三相异步电动机变频调速系统设计及仿真

天津职业技术师范大学课程设计说明书题目：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真指导老师：班级：机检1112班组员天津工程师范学院课程设计任务书机械工程学院机检1112班学生课程设计课题：三相异步电动机变频调速系统设计及仿真一、课程设计工作日自2015年1月12日至2015年1月23日二、同组学生：三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等）：1、目的和意义交流调速是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。2、具体内容写出设计说明书，内容包括：（1）各主要环节的工作原理；（2）整个系统的工作原理（包括启动、制动以及逻辑切换过程）；（3）调节器参数的计算过程。2．画出一张详细的电气原理图；3．采用Matlab中的Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到的调节器参数进行校正，验证设计结果的正确性。将Simulink仿真模型，以及启动过程中的电流、转速波形图附在设计说明书中。4、考核方式1．周五采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）；2．每天上午8:30--11:30在综合楼226房间答疑。五、参考文献1、陈伯时．电力拖动自动控制系统----运动控制系统（第3版）．机械工业出版社，2003指导教师签字：教研室主任签字：1目录第一章绪论.....................................................................................................................................2第二章系统总体设计方案.............................................................................................................42.1概述....................................................................................................................................42.2系统组成结构及工作原理.................................................................................................42.2.1恒压频比控制下的机械特性..................................................................................42.2.2变频器......................................................................................................................62.2.3变频器主电路工作原理..........................................................................................62.2.4整流电路..................................................................................................................72.2.5逆变电路..................................................................................................................72.2.6调节器......................................................................................................................92.2.7启动制动................................................................................................................10第三章硬件设计及选型...............................................................................................................113.1主电路的设计...................................................................................................................113.2整流电路设计...................................................................................................................113.3逆变电路的设计...............................................................................................................12第四章simulink仿真....................................................................................................................134.1建立模型...........................................................................................................................134.2未变频时仿真结果..........................................................................................................144.3变频时仿真结果（基频以下调速）...............................................................................154.4变频时仿真结果（基频以上调速）...............................................................................17关于变频调速的总结.....................................................................................................................18附电气图.........................................................................................................................................19参考文献.........................................................................................................................................192第一章绪论在交流调速中，交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能和可靠性不断完善，价格不断降低。变频调速是以变频器向交流电动机供电，并可以构成开环或闭环系统。变频器可以将原先固定的电压和频率的交流电源转换为可调电压和可调频率的交流电，所以变频器已经成为当今交流调速的核心部件。[1]变频调速是一种经典的交流电动机调速方法，交流电动机采用变频调速技术不仅能够实现无级调速，而且可以根据负载的不同，通过适当调节电压和频率的关系，使电动机始终在高效率区运行，并且保证良好的动态性能，因而被广泛使用。[6]目前，应用较为广泛的变频调速系统主要有以下几种：1.转速开环的变频调速系统所谓转速开环变频调速就是采用开环、恒压频比，并且带低频电压补偿的控制方式。该控制系统成本低及其结构简单，所以多用于风机等的节能调速上面。2.转速闭环转差率控制的PWM变频调速系统利用电机稳定运行时，在转差率S很小的范围内，当磁通Φ不变时，转矩与转差角频率成正比的关系来实现电动机较高性能调速，但其动态性能不够。33.转速、磁链双闭环矢量控制的电流滞环型PWM变频调速系统。应用矢量控制理论，对转速、磁链进行分别控制，采用了滞环电流跟踪型PWM逆变器，所以其动态性能很好，还配有精确的转子磁链观测器，则系统都达到与直流电动机调速系统相媲美。[6]研究意义：生产机械通过电动机的拖动来进行预定的生产方式。直流电动机可方便地进行渊速,但直流电动机体积大、造价高，并且无节能效果。而交流体积小、价格低廉、运行性能优良、重量轻，因此对交流电动机的凋速具有重大的实用性。使用调速技术后，生产机械的控制精度可大为提高，并能够较大幅度地提高劳动生产率和产品质量，而且可对诸多生产过程实施自动控制。通过大量的理论研究和实验，人们逐渐认识到对交流电动机进行调速控制，不仅能使电力拖动系统具有非常优秀的控制性能，而且在许多场合中，还具有非常显著的节能效果。鉴于多种调速方式中，交流变频调速具有系统体积小，重量轻、控制精度高、保护功能完善、工作安全可靠、操作过程简单，通用性强，使传动控制系统具有优良的性能，同时节能效果明显，产生的经济效益显著。尤其当与计算机通信相配合时，使得变频控制更加安全可靠，易于操作(由于计算机控制程序具有良好的人机交互功能)，变频技术必将在工业生产发挥巨大的作用，让工业自动化程度得到更大的提高。[4][5]4第二章系统总体设计方案2.1概述本系统采用恒压频比开环交流控制。通过外部线路控制电机启动制动；通过三相调制波调节电机速度；变频器将工频交流电转换为需要的电压与频率；测速发电机测得电机实际转速并反馈回控制回路。系统原理图如下图2.1所示：图2-1恒压频比开环交流控制系统2.2系统组成结构及工作原理2.2.1恒压频比控制下的机械特性异步电动机带载稳态运行时，由521122222112112'3''lpllUsRTnsRRsLL此式表明，对于同一负载要求，即以一定的转速An在一定的负载转矩lAT下运行时，电压和频率可以有多种组合，其中恒压频比（11/U恒值）最容易实现的。它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能满足一般的调速要求。但是低速带载能力还较差，需对定子压降实行补偿为了近似的保持气隙磁通不便，以便充分利用电机铁心，发挥电机产生转矩的能力，在基频以下采用恒压频比控制，实行恒压频比控制时，同步转速自然也随着频率变化10602pnn/minr因此带负载时的转