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实验报告课程名称：机电一体化系统设计实验名称：交流异步电动机调速系统软件仿真专业班级：姓名：学号：指导教师：成绩：11.实验目的：熟悉SIMULINK环境；建立三相异步电动机恒压频比调速系统模型并仿真分析。2.实验内容：设计并在simulinnk下搭建三相异步电动机恒压频比环调速系统3.实验原理方案(10分)异步电机的调速有多种方法，转速开环恒压频比控制是交流电动机变频调速最基本的一种控制转速方式，在一般的变频调速装置里面都嵌入有这项功能，工作方式为恒压频比的调速方式能满足大多数场合交流电动机调速控制的要求，使用起来也相对方便，是通用变频器的基本模式。但在低压时候需要一定的补偿电压，采用恒压频比控制，在基频以下的调速过程中的转差率会保持不变，电动机的所以会机械特性会相对较硬，电动机有较好的调速性能。正选脉冲宽度调制三相逆变电路，是一种以三角波做载波的应用冲量等效原理而获得理想交流电源的电路装置，在调制比与载波比一定的条件下，通过调节外加直流电源的大小就可以获得在额定频率下产生额定电压的正选电压波，通过调节正弦波的频率就可以得到理想的电压频率波，而且调节输入正弦波的频率能得到线性的输出电压幅值。MATLAB在电气领域中的运用随处可见，在这里可以运用MATLAB里的Simulink仿真出具体的模型，通过示波器来观察具体的波形，从而进行进一步的分析。4.实验实现方案(20分)首先采用三相双极性SPWM逆变电路产生三相交流电源，全控型器件可以选用IGBT，这样通过调节外加直流电源的大小便可获的理想的输出交流电压源幅值，然后通过改变给定的频率信号来改变异步电机的转速，基本模型如下图所示图1调速系统模型图低频电压补偿f+——给定频率升降速时间设定SPWM调制和驱动电压型逆变电路UUftf*GIU/f曲线2恒压频比变频调速系统基本原理结构如图2.7所示，系统由升降速时间设定环节，U—F曲线，SPWM调制和驱动等环节组成。其中升降速时间设定环节G1用来限制电动机的升频速度，避免频率上升过快而造成电流和转矩的冲击，起到软启动控制的作用。U—F曲线用于根据频率确定相应的电压，该曲线不经过原点，以保持U/F不变，并在低频时进行适当的电压补偿。SPWM和驱动环节将根据频率和电压要求产生按正弦脉宽调制的驱动信号，控制控制逆变器以实现电动机的变压变频调速。基本的仿真模块图如下所示图2MATLAB仿真图5.系统仿真结果的输出及结果分析(70分)图3out输出波形3该图为Out示波器的仿真波形，有图形可以看出，当输入频率选择为50HZ时，前5s的时间里输出波形从0到50线性变化，有仿真模块可以计算出由于饱和上线为10，后面存在积分环节，输入信号为50，01050tdt，可知t=5s。图4仿真示波器图像该图为仿真示波器的仿真结果，由于取整函数的存在以及V-F的函数关系可以得知仿真结果与分析结果一致。图5sinA波形以上图是sinA的仿真结果，仿真结果与分析结果一致。4图6转速波形上图为异步电机转速仿真图形，有图形可以看出，转速的上升曲线可以近似为一条直线，5s时的稳定速度为1500左右。图7电磁转矩波形该图为电磁转矩的仿真图，由于异步电机没有负载的存在所以电磁转矩近似为0。5图8Uab波形该图为Uab的有效值波形，由该图可知，随着时间的增加，频率的上升，Uab有效值也随之上升，这样才能保证U/F的值保持恒定，仿真结果与分析结果相同。图9Uab实际输出波形该图为Uab实际输出波形，符合双极性SPWM输出波形的规律。当输入频率为40HZ时，转速输出波形为下图所示。6图1040HZ转速波形当输入频率为30HZ时，转速输出波形为下图所示：图1130HZ转速波形当输入频率为20HZ时的转速波形如下图所示：7图1220HZ转速波形6．实验总结从上图仿真的波形可以看的出，实际波形非常接近于理论分析的波形，根据三相调制信号，PWM发生器产生逆变器驱动脉冲，经逆变器得到频率跟幅值可调的三相电压，使交流电动机按给定的要求起动和运行。在给定频率为50Hz，起动时间为5s的情况下，仿真结果如以上各图所示，由波形可以得到，在频率变化的边界上，正玄调制的信号和转速波形都发生了不同程度的畸变，这是因为频率变化的时刻不一定发生在一个调制信号的周期末尾，在周期信号还未结束的时候，频率就已经发生了跳变，就可能使得下一个信号的前半个周期变得宽或者窄，是相应的一周期频率变小或者变大，观察图形可知系统比较稳定，并且可以通过电压频率协调控制调节转速，符合设计要求。交流变频调速系统是恒转矩调速，但交流变频调速调速范围比较大，调速性能比较好，效率也更高。交流调频调速属于转差不变型调速系统，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变。所以变频调速应用更广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流。