异步电机调压调速控制系统设计仿真
摘
国工业断发展机械化调速系统性精度求越越高实现电机调速少方法研究电机调速找出符合实际调速方法限度节约源研究调压调速显必异步电机调压调速控制系统种较简单实调速系统该系统具良运行控制济性显示出巨发展潜力
设计分析异步电机调速原理介绍MATLAB相关知识通MATLAB软件分异步电机开环控制系统速度反馈闭环控制系统进行仿真
电机调速开环控制系统调速范围较采速度作负反馈闭环控制系统解决问题调速性改善设计两种系统分进行分析
关键词：异步电机调压调速控制仿真
Abctract
The continuous development of China's industry Mechanization of the speed control system performance and increasing accuracy There are many ways to achieve motor speed Of motor speed to find realistic maximum speed method can save energy so of pressure and speed adjustment becomes necessary Voltage Induction Motor Speed Control System is a simple and practical speed control system which has a good run control and economic performance showing great potential for development
The design and analysis of the principle of induction motor speed introduced the MATLABrelated knowledge respectively through the MATLAB software openloop induction motor speed control system with closed loop feedback control system is simulated
Openloop motor speed control system for small speed range using speed as a negative feedback loop control system to solve this problem To improve speed performance The design of these two systems can be analyzed separately
Key words induction motor pressure and speed adjustment control simulation
目录
摘 I
Abctract II
目录 III
前言 1
1 MATLAB简介 3
11 MATLAB特点 3
12 Simulink简介 6
2 三相异步电动机 7
21 三相异步电动机结构基工作原理 7
211 定子部分 7
212 转子部分 7
213 气隙 7
214 三相异步电动机基工作原理 8
22 转差率 8
23 异步电机三种运行状态 9
3 设计方案选择分析 10
31 三相异步电动机调速方法 10
32 调压调速 10
33调压调速特性调速性 11
331 开环调压调速特性 13
332 闭环调压调速特性 14
4 基MATLAB软件仿真 16
41 异步电机开环调压调速系统仿真 16
42 异步电机速度负反馈闭环调压调速系统仿真 21
结束语 24
致谢 25
参考文献 26
前言
现社会工业化越越体现着强工业化运行前提源力支撑调压调速种非常简单实调速方法文异步电机开环控制调压调速系统速度闭环控制调压调速系统讨仿真探讨济实调压电路找出合理调速方法实现电机稳运行滑调速延长电机寿命效节约源现实社会具相高研究价值
交流电动机发明美国发明家特斯拉完成早交流电动机根电磁感应原理设计结构起直流电动机更简单时起电车直流电动机途更广泛发明电动机真正进入家庭电器领域
交流电动机问世步电动机串激电动机交流换器电动机等逐步发明出投入实际生产生活提供更便利电动机发明应类说具极意义说类生活带翻天覆变化
交流电动机特鼠笼型异步电动机结构简单成低维护方便坚固耐惯量运行环境求高工农业生产中极广泛应突出优点：电机制造成低结构简单维护容易实现高压功率高速驱动适宜恶劣条件工作获直流电机控制系统相媲美更控制性交流电机研究越越深入
交流电机复杂变量强耦合非线性系统设计交流调速系统时完全解析法相复杂行通构造实验系统进行分析研究通常采办法实验分析研究耗时长投资便分析系统种性利计算机仿真技术研究交流调速系统省时省力办法计算机仿真作研究交流电机种重手段越越受重视
MATLAB 目前流行科学计算语言复数矩阵作基编程单元高级程序设计语言提供矩阵运算操作拥强绘图功时高度集成软件系统解决工程计算图形视化图处理媒体处理等问题MATLAB语言动控制航天工业汽车工业生物医学工程语言处理
方面涉MATLAB软件非常优秀软件具强仿真力仿真结果直观
1 MATLAB简介
11 MATLAB特点
MATLAB 直观简单电气系统SimPowerSystems(实体图形化仿真模型)
MATLABSimulink里提供实体图形化仿真模型数学模型相应文献SimPowerSystems译成电力系统笔者认强电领域电力系统相混淆弊译成电气系统实体图形化模型库中模块实际工程里实物图形符号例代表电阻电容电感电机触发器晶闸整流装置电压表等事物特图形符号实际物体图形符号连接成电路装置系统真物体实际物体图形化模型种实体图形化模型仿真（文献称系统原理图进行仿真）更具价值低成等特点
编程效率高
MATLAB语言提供丰富库函数（称M文件）成基库函数种类齐全功丰富样专工具箱Toolbox函数函数预先编制子程序编制程序时库函数直接调疑会提高编程效率
MATLAB种面科学工程计算高级语言允许数学形式语言编写程序BasicFortranC等语言更加接书写计算公式思维方式Matlab编写程序犹演算纸排列出公式求解问题Matlab语言通俗称演算纸式科学算法语言编写简单编程效率高易学易懂
界面友户方便
首先Matlab具友户界面易学易帮助系统户命令窗口里通help命令查询某函数功法命令格式极简单（格式help+命令函数）样初学者会生畏
次Matlab语言种解释执行语言（没专门工具编译前）灵活方便调试程序手段丰富调试速度快需学时间少种语言编写程序调试程序般四步骤：编辑编译连接执行调试步骤间序关系编程程间作瀑布型循环
Matlab语言语言相较解决述问题编辑编译连接执行融体画面进行灵活操作快速排输入程序中书写错误语法错误语意错误加快户编写修改调试程序速度说编程调试程中种VB简单语言
者Matlab运行时直接命令行输入Mailab语句（命令）包括调M文件语句输入条语句立进行处理完成绩译连接运行全程Matlab源程序编辑M文件Mat1ab磁盘文件M文件编辑源文件直接运行需进行编译连接运行M文件时果错计算机屏幕会出详细出锗信息户修改执行直正确止说Mat1ab语言仅种语言广义讲种该语言开发系统语言调试系统
扩充力强
Matlab系统仅户提供直接调丰富库函数进行复杂数学运算时直接调户根需行建立扩充完成指定功M文件户文件作Matlab库函数调户根需方便建立扩充新库函数便提高Matlab效率扩充功外充分利FortranC等语言资源包括户已编FortranC语言程序通建立Me调文件形式混合编程方便调关FortranC语言子程序
语句简单涵丰富
Mat1ab语言中基重成分函数般形式「a6c……] fun（def……）函数函数名输入变量def……输出变量abc……组成函数名F数目输入变量（包括输入变量）数目输出变量代表着含义（点面象中态性仅Matlab库函数功更丰富减少需磁盘空间Matlab编写M文件简单短高效
高效方便矩阵数组运算
Matlab语言象BasicFortranC语言样规定矩阵算术运算符关系运算符逻辑运算符条件运算符赋值运算符运算符部分毫改变搬数组间运算算术运算符增加·数组间运算外需定义数组维数出矩阵函数特殊矩阵专门库函数求解诸信号处理建模系统识控制优化等领域问题时显简捷高效方便高级语言拟基础高版
Matlab已逐步扩展科学工程计算领域久定名符实成万演算纸式科学算法语言
方便绘图功
Matlab提供许高级图形函数绘制出彩图形例绘制二维三维曲线面空间边形填充绘制三维曲线面进行复杂操作
Matlab开发面图形象低级图形函数访问硬件系统建立种低级图形象图形句柄界面户图形句柄操作图形局部元素
Matlab系列绘图函数命令适坐标体系例线性坐标数坐标半数坐标极坐标三维坐标需调绘图函数命令图标出图形标题X轴Y轴坐标格（栅）绘制需调相应命令简单易行
外调绘图函数时调整变量绘出线形：点线实线复线重线调整绘图函数变量绘出颜色种线条Matlab环境绘制图形尤清晰精美绚丽彩利Matlab提供图形技术创造出伦彩色世界
总Matlab语言设计思想说代表前计算机高级语言发展方
MATLAB 活笔记功
MATLABNotebook成功Microsift wordMATLAB集成集体文字处理科学计算工程设计构造完美统工作环境Notebook够解决种计算问题文字处理软件命令窗口中执行Notebook者Word环境中建立Mbook模板进入新环境：编辑科技文稿时进行科学演算（数值者符号）作图演算结果时显示操作命令环境中输入切命令够时激活修改重新运算更新原结果Notebook称MATLAB活笔记撰写科技文工程技术员编写理工学科教材教师演算理工学科题学生MATLABNotebook确实极理想工具
12 SIMULINK简介
Simulink动态系统进行建模仿真分析软件包支持离散连续两者混合线性非线性系统支持具种采样频率系统Simulink环境中利鼠标模型窗口中直接画出系统模型然直接进行仿真Simulink包含Sinks(输出方式)Source(输入源)Linear(线性环节)Nonlinear(非线性环节)Connectins(连接接口)等子模型库子模型库中包含相应功模块户定制创建模块
模型分析工具包括线性化衡点分析工具MATLAB许基工具箱MATLAB应工具箱MATLAB Simulink集成起户两种环境模型进行仿真分析修改
Simulink非常实应领域广领域广包括航空航天电子力学数学通信影视控制等
2 三相异步电动机
21 三相异步电动机结构基工作原理
三相异步电动机结构定子转子两部分组成转子装定子腔定子转子间缝隙称气隙
211 定子部分
定子部分定子铁心定子绕组机座三部分组成
定子铁心电机磁路部分减少铁心损耗般05mm厚导磁性较硅钢片叠成安放机座定子铁心叠片嵌放绕组槽称片中型电机定子铁心转子铁心采整圆片中型电机常采扇形片拼成圆冷铁心容量电机中定子铁心分段两段间留径通风槽作冷空气通道
定子绕组电机电路部分嵌放定子铁心圆槽定子绕组分单层双层两种般型异步电动机采单层绕组中型异步电动机采双层绕组
机座作固定支撑定子铁心端盖机座应较机械强度刚度中型电动机般铸铁机座型电动机机座铁板焊接成
212 转子部分
转子转子铁心转子绕组转轴三部分组成整转子端盖轴承支撑着转子作产生感应电流形成电磁转距实现机电量转换
转子铁心电机磁路部分般05mm厚硅钢片叠成转子铁心叠片嵌放绕组槽转子铁心固定转轴转子支架
213 气隙
异步电机气隙均匀气隙异步电动机运行性参数影响励磁电流电网供气隙越励磁电流越励磁电流 属功性质影响电网功率数异步电动机气隙机械条件允许数值中型电机气隙太般02~15mm左右
214 三相异步电动机基工作原理
三相绕组接通三相电源产生磁场空间旋转称旋转磁场转速电动机极数电源频率定旋转磁场转速n1称步转速电网频率f1电机磁极数p关系：
n160f1∕p (21)
转子磁场中相定子相运动切割磁场形成感应电动势转子铜条电流磁场中受力作转子会旋转起
综述知三相异步电动机转动基工作原理
（1）三相称绕组中通入三相称电流产生圆形旋转磁场
（2） 转子导体切割旋转磁场感应电动势电流
（3） 转子载流导体磁场中受电磁力作形成电磁转距驱电动机转子转动
异步电机旋转方始终旋转磁场旋转方致旋转磁场方取决异步电动机三相电流相序三相异步电动机转电流相序致改变转改变电流相序意调电动机两根电源线便实现电动机反转
异步电动机转速恒旋转磁场转速n1样转子绕组产生电磁转矩电动机旋转果nn1转子绕组定子磁场间相运动转子绕组中感应电动势感应电流产生见n22 转差率
步转速n1转子转速n差（n1n）步转速n1值称转差率字母s表示
S(n1n)n1 (22)
转差率s异步电动机基物理量反映异步电动机种运行情况异步电动机言转子尚未转动（起动瞬间）时n0时转差率s1转子转速接步转速（空载运行）时n≈n1时转差率s≈0见作异步电动转速0～n1范围变化转差率0～1范围变化
异步电动机负载越转速越慢转差率越负载越转速越快转差率越转差率直接反映转子转速快慢电动机负载异步电动机转速（21）推算
n(1s)n1 (23)
23 异步电机三种运行状态
根转差率正负异步电机三种运行状态
（1）电动机运行状态
定子绕组接电源转子会电磁转矩驱动旋转电磁转矩驱动转矩转旋转方相时电机电网电功率转变成机械功率转轴传输负载电动机转速范围n1＞n＞0转差率范围0＜s≤1
（2） 发电机运行状态
异步电机定子绕组接电源该电机转轴接机械负载台原动机拖动异步电机转子步转速（n>n1）旋转磁场方旋转显然时电磁转矩方转子方相反起着制动作制动转矩克服电磁转矩制动作转子继续旋转保持n>n1电机必须断原动机吸收机械功率机械功率转变输出电功率成发电机运行状态时n>n1转差率s<0
（3） 电磁制动运行状态
异步电机定子绕组接电源果外力拖着电机逆着旋转磁场旋转方转动时电磁转矩电机旋转方相反起制动作电机定子电网吸收电功率时转子外力吸收机械功率两部分功率电机部损耗方式转化成热消耗种运行状态称电磁制动状态种情况n负值n<0转差率s>1
知区分三种运行状态转差率s①0
3 设计方案选择分析
31 三相异步电动机调速方法
异步电机调速方法少根异步电机转速公式
nn1(1s)60f1p(1s) (31)
知：异步电动机三种基调速方法：
（1）改变定子极数p调速
（2）改变电源频率f1调速
（3）改变转差率s调速
32 调压调速
调压调速变转差率调速种
调压调压异步电动机调速中较简便种方法电机原理知转差率s基保持变时电动机电磁转矩定子电压方成正改变定子电压机械特性达调节电动机转速目
改变加定子电压通交流调压器实现目前广泛采交流调压器晶闸等器件组成三双晶闸分接三相交流电源三相定子绕组间通调整晶闸导通角调节加定子绕组两端端电压晶闸三相交流调压电路连结方式特点里采三相全波星型联接调压电路图31示
图31三相交流调压电路
电机绕组星型联接时三相分支双控制电路三晶闸反联三双晶闸分串接相绕组调压时相位控制负载电流流通时少相正晶闸相反晶闸时导通求晶闸触发脉宽度60°者采双脉触发移相范围150°移相调压时输出电压中含奇次谐波中奇次谐波果电机绕组带零线三次谐波电势然存会三次谐波电流电机绕组属感性负载电流波形会电压波形滑含谐波产生脉动转矩附加损耗等良影响晶闸调压电路缺点
33调压调速特性调速性
调压调速机械特性图32示图出着定子电压降低机械特性变软转矩减样降低电机载力负载稍波动电机停转恒转矩负载调速范围通风机类负载较调速范围
图32 电机调压调速机械特性
低速时磁通量较会转子电流较电机发热问题会变严重克服述调压调速中存问题通常采方法
（1）采转子电阻较高转差率笼型电动机实心转子电动机双层转子电动机获较宽调速范围
（2）笼型电动机采速度负反馈闭环调压调速系统图33示时机械特性硬度较滑调速较调速范围
ASR速度调节器 TG测速发电机 AT触发装置
图33 速度负反馈闭环调压调速系统
速度负反馈闭环调压调速系统工作原理：速度定值速度反馈值进行较较速度调节器控制电压控制电压输入触发装置触发装置输出控制晶闸导通角控制晶闸输出电压高低调节加定子绕组电压改变速度定值改变电动机转速采速度负反馈实现稳滑级调速时负载发生变化时通速度负反馈动调整加电动机定子绕组电压速度调节器输出控制电压晶闸触发脉前移调压器输出电压提高导致电动机输出转矩增速度回升接定值种调速方法恒转矩调速恒功率调速果拖动恒转矩负载转速较低时损耗增加宜长期低速运行果拖动风机类负载着转速降低负载转矩减电动机输出转矩相应减减损耗种调速方法更适合风机类负载相配合异步电动机调压调速通常适绕线型异步电动机
331 开环调压调速特性
定子电压U1变化时：界转差率变步转速n1变转矩T正定子电压U1方U1↓→n↓→s↑机械特性图34示见转子电阻正常值
图34 电机开环调压调速机械特性
般鼠笼型异步电动机恒转矩负载调速范围实价值高风机类负载调速范围较存低速时功率数低电流问题降压调速适高转差率鼠笼电机绕线式异步电机
332 闭环调压调速特性
前饱电抗器现广泛采晶闸调压电路前面述开环系统调速中机械特性软调速范围较窄加转速负反馈系统环节成调压调速闭环控制系统调速范围变
测速发电机TG测电动机转速测速发电机u∝nn↑→u↑u定电压较电压变化值变化值作放器输入端放输出触发器发出信号触发器发出发出定相位脉晶闸调压器输出定值电压调节定电压输出电压达调速目
4 基MATLAB软件仿真
根动控制系统理传统惯耦调压器饱电抗器已时里采三反联晶闸分串联三相交流电源线路中接交流电机定子绕组通控制晶闸导通角调交流调压电源样改变电机端电压实现调压调速目里介绍异步电机开环速度负反馈两种调压调速仿真
41 异步电机开环调压调速系统仿真
根电机拖动理异步电机拖动恒转矩负载时改变定子端电压机械特性稳定工作点转差率变化范围调速范围异步电机开环调速系统稳定精度高种开环调压调速系统应作讨闭环调压调速系统仿真基础
交流电机开环调压调速系统仿真模型图41示
图41 异步电机开环调压调速系统仿真模型
三相交流调压器子系统Subsystem图42示图41知输出转速信号没反馈输入端系统开环
图42清楚三反联晶闸分串联三相交流电源线路步6脉触发器输出脉出发六晶闸触发器步电压取三相电源线电压交流电机拖动恒定负载测量信号分配器仅仅测量电机转速输出三相电源交流电机定子电压示波器检测波形
图42 Subsystem子系统
仿真模型中模块提取路径：
异步电机Asynchronous Machine：
Simulink\SimpoweSystem\Machines\Asynchronous Machine
异步电机测试信号分配器Machine Measurement Demux：
Simulink\SimpoweSystem\Machines\Machine Measurement Demux
晶闸Thy1Thy6参数设置图43示
图43 调压器晶闸参数设置
测量信号分配器参数设置图44示
图44 测量信号分配器参数设置
仿真参数设置里仅仅设置仿真开始时间0停止时间3秒参数采系统默认设置图41模型进行仿真电机转速输出示波器显示out模块仿真输出信息返回Matlab命令窗口中显示波形Matlab命令窗口中输入plot(toutyout)回车输出转速仿真波形图45示图知触发器控制角30°时电机转速滑升趋稳速运行
图45控制角30°时电机输出转速
三相电源电机定子线电压波形图46示改变触发控制角时电机三相定子电压电机转速稍改变述异步电机特性决定
图46控制角30°时电源定子电压波形
42 异步电机速度负反馈闭环调压调速系统仿真
开环系统转速输出端信号反馈输入端定值进行较控制构成速度反馈控制系统反馈控制系统
交流电机速度反馈闭环调压调速系统仿真模型图47示仿真模型模块提取路径参数设置
传递函数模块Transfer Simulink\Continuous\ Transfer Fcn
增益模块Gain Simulink\Commonly Used Blocks\Gain
代数求模块Sum Simulink\Commonly Used Blocks\Sum
常数模块Constant Simulink\Commonly Used Blocks\ Constant
输出转速模块Out1 Simulink\Commonly Used Blocks\ Out1
晶闸Thy1Thy6参数设置图43示测量信号分配器参数设置图44示
图47 异步电机速度反馈调压调速系统仿真
仿真参数设置里仅仅设置仿真开始时间0停止时间3秒参数采系统默认设置图47模型进行仿真电机转速输出示波器显示输出转速模块仿真输出信息返回Matlab命令窗口中操作输出转速仿真波形图48示图知电机转速滑升趋稳速运行系统实际速度够定速度较踪
图48 速度反馈调压调速系统输出转速波形
结束语
二十世纪工业化正突飞猛进前发展着国工业断成熟机械化程度加深调速系统性精度求越越高少方法实现电机调速研究电机调速找出符合实际调速方法限度节约源研究调压调速显必异步电机调压调速控制系统种较简单实调速系统该系统具良运行控制济性显示出巨发展潜力
走高效节路子工业化发展必然样运限资源创造出更利益社会普遍关注问题断完善种技术找出佳方法创制出更利益
致谢
文利完成首先应该感谢XX老师次文写作程种遇少问题亏XX老师悉心指导工作繁忙抽出休息时间修改文老师指导利完成次文
作工程技术学院名学生感谢学院课教师三年中拥学知识机会三年专业学程中课老师学识渊博治学严谨教会应样做社会学时间固然短暂老师影响终生受益深深感谢老师
次文写作程中少学朋友帮助支持感谢
学学生活程中学专业知识生财富相信未日子里会更加努力学充分利学知识回报社会
参考文献
[1] 高景德交流电机系统分析北京：清华学出版社1993
[2] 吴浩烈电机电力拖动基础重庆：重庆学出版社1995
[3] 许晓峰电机拖动北京：高等教育出版社2004
[4] 王广慧电机拖动北京：中国电力出版社2004
[5] 李发海电机拖动基础北京：清华学出版2002
[6] 许实章电机学北京：机械工业出版社1992
[7] 李浚源电力拖动原理武汉：武汉学出版社1998
[8] 张松林电机拖动实验指导北京：机械工业出版社1996
[9] 武俊峰现代控制理基础哈尔滨：哈尔滨工程学出版社2001
[10] 孙晓波李双全动控制原理北京：科学出版社社2006
[11] 刘卫国MATLAB程序设计应北京：高等教育出版社2006
[12] 张志勇MATLAB教程[M]北京北京航空航天学出版社2006
[13] 曹戈MATLAB教程实训[M]北京：机械工业出版社2008
[14] 王海英控制系统MATLAB仿真设计北京：高等教育出版社2009
[15] 王正林程控制Simulink应北京：电子工业出版社2006
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摘
国工业断发展机械化调速系统性精度求越越高实现电机调速少方法研究电机调速找出符合实际调速方法限度节约源研究调压调速显必异步电机调压调速控制系统种较简单实调速系统该系统具良运行控制济性显示出巨发展潜力
设计分析异步电机调速原理介绍MATLAB相关知识通MATLAB软件分异步电机开环控制系统速度反馈闭环控制系统进行仿真
电机调速开环控制系统调速范围较采速度作负反馈闭环控制系统解决问题调速性改善设计两种系统分进行分析
关键词：异步电机调压调速控制仿真
Abctract
The continuous development of China's industry Mechanization of the speed control system performance and increasing accuracy There are many ways to achieve motor speed Of motor speed to find realistic maximum speed method can save energy so of pressure and speed adjustment becomes necessary Voltage Induction Motor Speed Control System is a simple and practical speed control system which has a good run control and economic performance showing great potential for development
The design and analysis of the principle of induction motor speed introduced the MATLABrelated knowledge respectively through the MATLAB software openloop induction motor speed control system with closed loop feedback control system is simulated
Openloop motor speed control system for small speed range using speed as a negative feedback loop control system to solve this problem To improve speed performance The design of these two systems can be analyzed separately
Key words induction motor pressure and speed adjustment control simulation
目录
摘 I
Abctract II
目录 III
前言 1
1 MATLAB简介 3
11 MATLAB特点 3
12 Simulink简介 6
2 三相异步电动机 7
21 三相异步电动机结构基工作原理 7
211 定子部分 7
212 转子部分 7
213 气隙 7
214 三相异步电动机基工作原理 8
22 转差率 8
23 异步电机三种运行状态 9
3 设计方案选择分析 10
31 三相异步电动机调速方法 10
32 调压调速 10
33调压调速特性调速性 11
331 开环调压调速特性 13
332 闭环调压调速特性 14
4 基MATLAB软件仿真 16
41 异步电机开环调压调速系统仿真 16
42 异步电机速度负反馈闭环调压调速系统仿真 21
结束语 24
致谢 25
参考文献 26
前言
现社会工业化越越体现着强工业化运行前提源力支撑调压调速种非常简单实调速方法文异步电机开环控制调压调速系统速度闭环控制调压调速系统讨仿真探讨济实调压电路找出合理调速方法实现电机稳运行滑调速延长电机寿命效节约源现实社会具相高研究价值
交流电动机发明美国发明家特斯拉完成早交流电动机根电磁感应原理设计结构起直流电动机更简单时起电车直流电动机途更广泛发明电动机真正进入家庭电器领域
交流电动机问世步电动机串激电动机交流换器电动机等逐步发明出投入实际生产生活提供更便利电动机发明应类说具极意义说类生活带翻天覆变化
交流电动机特鼠笼型异步电动机结构简单成低维护方便坚固耐惯量运行环境求高工农业生产中极广泛应突出优点：电机制造成低结构简单维护容易实现高压功率高速驱动适宜恶劣条件工作获直流电机控制系统相媲美更控制性交流电机研究越越深入
交流电机复杂变量强耦合非线性系统设计交流调速系统时完全解析法相复杂行通构造实验系统进行分析研究通常采办法实验分析研究耗时长投资便分析系统种性利计算机仿真技术研究交流调速系统省时省力办法计算机仿真作研究交流电机种重手段越越受重视
MATLAB 目前流行科学计算语言复数矩阵作基编程单元高级程序设计语言提供矩阵运算操作拥强绘图功时高度集成软件系统解决工程计算图形视化图处理媒体处理等问题MATLAB语言动控制航天工业汽车工业生物医学工程语言处理
方面涉MATLAB软件非常优秀软件具强仿真力仿真结果直观
1 MATLAB简介
11 MATLAB特点
MATLAB 直观简单电气系统SimPowerSystems(实体图形化仿真模型)
MATLABSimulink里提供实体图形化仿真模型数学模型相应文献SimPowerSystems译成电力系统笔者认强电领域电力系统相混淆弊译成电气系统实体图形化模型库中模块实际工程里实物图形符号例代表电阻电容电感电机触发器晶闸整流装置电压表等事物特图形符号实际物体图形符号连接成电路装置系统真物体实际物体图形化模型种实体图形化模型仿真（文献称系统原理图进行仿真）更具价值低成等特点
编程效率高
MATLAB语言提供丰富库函数（称M文件）成基库函数种类齐全功丰富样专工具箱Toolbox函数函数预先编制子程序编制程序时库函数直接调疑会提高编程效率
MATLAB种面科学工程计算高级语言允许数学形式语言编写程序BasicFortranC等语言更加接书写计算公式思维方式Matlab编写程序犹演算纸排列出公式求解问题Matlab语言通俗称演算纸式科学算法语言编写简单编程效率高易学易懂
界面友户方便
首先Matlab具友户界面易学易帮助系统户命令窗口里通help命令查询某函数功法命令格式极简单（格式help+命令函数）样初学者会生畏
次Matlab语言种解释执行语言（没专门工具编译前）灵活方便调试程序手段丰富调试速度快需学时间少种语言编写程序调试程序般四步骤：编辑编译连接执行调试步骤间序关系编程程间作瀑布型循环
Matlab语言语言相较解决述问题编辑编译连接执行融体画面进行灵活操作快速排输入程序中书写错误语法错误语意错误加快户编写修改调试程序速度说编程调试程中种VB简单语言
者Matlab运行时直接命令行输入Mailab语句（命令）包括调M文件语句输入条语句立进行处理完成绩译连接运行全程Matlab源程序编辑M文件Mat1ab磁盘文件M文件编辑源文件直接运行需进行编译连接运行M文件时果错计算机屏幕会出详细出锗信息户修改执行直正确止说Mat1ab语言仅种语言广义讲种该语言开发系统语言调试系统
扩充力强
Matlab系统仅户提供直接调丰富库函数进行复杂数学运算时直接调户根需行建立扩充完成指定功M文件户文件作Matlab库函数调户根需方便建立扩充新库函数便提高Matlab效率扩充功外充分利FortranC等语言资源包括户已编FortranC语言程序通建立Me调文件形式混合编程方便调关FortranC语言子程序
语句简单涵丰富
Mat1ab语言中基重成分函数般形式「a6c……] fun（def……）函数函数名输入变量def……输出变量abc……组成函数名F数目输入变量（包括输入变量）数目输出变量代表着含义（点面象中态性仅Matlab库函数功更丰富减少需磁盘空间Matlab编写M文件简单短高效
高效方便矩阵数组运算
Matlab语言象BasicFortranC语言样规定矩阵算术运算符关系运算符逻辑运算符条件运算符赋值运算符运算符部分毫改变搬数组间运算算术运算符增加·数组间运算外需定义数组维数出矩阵函数特殊矩阵专门库函数求解诸信号处理建模系统识控制优化等领域问题时显简捷高效方便高级语言拟基础高版
Matlab已逐步扩展科学工程计算领域久定名符实成万演算纸式科学算法语言
方便绘图功
Matlab提供许高级图形函数绘制出彩图形例绘制二维三维曲线面空间边形填充绘制三维曲线面进行复杂操作
Matlab开发面图形象低级图形函数访问硬件系统建立种低级图形象图形句柄界面户图形句柄操作图形局部元素
Matlab系列绘图函数命令适坐标体系例线性坐标数坐标半数坐标极坐标三维坐标需调绘图函数命令图标出图形标题X轴Y轴坐标格（栅）绘制需调相应命令简单易行
外调绘图函数时调整变量绘出线形：点线实线复线重线调整绘图函数变量绘出颜色种线条Matlab环境绘制图形尤清晰精美绚丽彩利Matlab提供图形技术创造出伦彩色世界
总Matlab语言设计思想说代表前计算机高级语言发展方
MATLAB 活笔记功
MATLABNotebook成功Microsift wordMATLAB集成集体文字处理科学计算工程设计构造完美统工作环境Notebook够解决种计算问题文字处理软件命令窗口中执行Notebook者Word环境中建立Mbook模板进入新环境：编辑科技文稿时进行科学演算（数值者符号）作图演算结果时显示操作命令环境中输入切命令够时激活修改重新运算更新原结果Notebook称MATLAB活笔记撰写科技文工程技术员编写理工学科教材教师演算理工学科题学生MATLABNotebook确实极理想工具
12 SIMULINK简介
Simulink动态系统进行建模仿真分析软件包支持离散连续两者混合线性非线性系统支持具种采样频率系统Simulink环境中利鼠标模型窗口中直接画出系统模型然直接进行仿真Simulink包含Sinks(输出方式)Source(输入源)Linear(线性环节)Nonlinear(非线性环节)Connectins(连接接口)等子模型库子模型库中包含相应功模块户定制创建模块
模型分析工具包括线性化衡点分析工具MATLAB许基工具箱MATLAB应工具箱MATLAB Simulink集成起户两种环境模型进行仿真分析修改
Simulink非常实应领域广领域广包括航空航天电子力学数学通信影视控制等
2 三相异步电动机
21 三相异步电动机结构基工作原理
三相异步电动机结构定子转子两部分组成转子装定子腔定子转子间缝隙称气隙
211 定子部分
定子部分定子铁心定子绕组机座三部分组成
定子铁心电机磁路部分减少铁心损耗般05mm厚导磁性较硅钢片叠成安放机座定子铁心叠片嵌放绕组槽称片中型电机定子铁心转子铁心采整圆片中型电机常采扇形片拼成圆冷铁心容量电机中定子铁心分段两段间留径通风槽作冷空气通道
定子绕组电机电路部分嵌放定子铁心圆槽定子绕组分单层双层两种般型异步电动机采单层绕组中型异步电动机采双层绕组
机座作固定支撑定子铁心端盖机座应较机械强度刚度中型电动机般铸铁机座型电动机机座铁板焊接成
212 转子部分
转子转子铁心转子绕组转轴三部分组成整转子端盖轴承支撑着转子作产生感应电流形成电磁转距实现机电量转换
转子铁心电机磁路部分般05mm厚硅钢片叠成转子铁心叠片嵌放绕组槽转子铁心固定转轴转子支架
213 气隙
异步电机气隙均匀气隙异步电动机运行性参数影响励磁电流电网供气隙越励磁电流越励磁电流 属功性质影响电网功率数异步电动机气隙机械条件允许数值中型电机气隙太般02~15mm左右
214 三相异步电动机基工作原理
三相绕组接通三相电源产生磁场空间旋转称旋转磁场转速电动机极数电源频率定旋转磁场转速n1称步转速电网频率f1电机磁极数p关系：
n160f1∕p (21)
转子磁场中相定子相运动切割磁场形成感应电动势转子铜条电流磁场中受力作转子会旋转起
综述知三相异步电动机转动基工作原理
（1）三相称绕组中通入三相称电流产生圆形旋转磁场
（2） 转子导体切割旋转磁场感应电动势电流
（3） 转子载流导体磁场中受电磁力作形成电磁转距驱电动机转子转动
异步电机旋转方始终旋转磁场旋转方致旋转磁场方取决异步电动机三相电流相序三相异步电动机转电流相序致改变转改变电流相序意调电动机两根电源线便实现电动机反转
异步电动机转速恒旋转磁场转速n1样转子绕组产生电磁转矩电动机旋转果nn1转子绕组定子磁场间相运动转子绕组中感应电动势感应电流产生见n
步转速n1转子转速n差（n1n）步转速n1值称转差率字母s表示
S(n1n)n1 (22)
转差率s异步电动机基物理量反映异步电动机种运行情况异步电动机言转子尚未转动（起动瞬间）时n0时转差率s1转子转速接步转速（空载运行）时n≈n1时转差率s≈0见作异步电动转速0～n1范围变化转差率0～1范围变化
异步电动机负载越转速越慢转差率越负载越转速越快转差率越转差率直接反映转子转速快慢电动机负载异步电动机转速（21）推算
n(1s)n1 (23)
23 异步电机三种运行状态
根转差率正负异步电机三种运行状态
（1）电动机运行状态
定子绕组接电源转子会电磁转矩驱动旋转电磁转矩驱动转矩转旋转方相时电机电网电功率转变成机械功率转轴传输负载电动机转速范围n1＞n＞0转差率范围0＜s≤1
（2） 发电机运行状态
异步电机定子绕组接电源该电机转轴接机械负载台原动机拖动异步电机转子步转速（n>n1）旋转磁场方旋转显然时电磁转矩方转子方相反起着制动作制动转矩克服电磁转矩制动作转子继续旋转保持n>n1电机必须断原动机吸收机械功率机械功率转变输出电功率成发电机运行状态时n>n1转差率s<0
（3） 电磁制动运行状态
异步电机定子绕组接电源果外力拖着电机逆着旋转磁场旋转方转动时电磁转矩电机旋转方相反起制动作电机定子电网吸收电功率时转子外力吸收机械功率两部分功率电机部损耗方式转化成热消耗种运行状态称电磁制动状态种情况n负值n<0转差率s>1
知区分三种运行状态转差率s①0
3 设计方案选择分析
31 三相异步电动机调速方法
异步电机调速方法少根异步电机转速公式
nn1(1s)60f1p(1s) (31)
知：异步电动机三种基调速方法：
（1）改变定子极数p调速
（2）改变电源频率f1调速
（3）改变转差率s调速
32 调压调速
调压调速变转差率调速种
调压调压异步电动机调速中较简便种方法电机原理知转差率s基保持变时电动机电磁转矩定子电压方成正改变定子电压机械特性达调节电动机转速目
改变加定子电压通交流调压器实现目前广泛采交流调压器晶闸等器件组成三双晶闸分接三相交流电源三相定子绕组间通调整晶闸导通角调节加定子绕组两端端电压晶闸三相交流调压电路连结方式特点里采三相全波星型联接调压电路图31示
图31三相交流调压电路
电机绕组星型联接时三相分支双控制电路三晶闸反联三双晶闸分串接相绕组调压时相位控制负载电流流通时少相正晶闸相反晶闸时导通求晶闸触发脉宽度60°者采双脉触发移相范围150°移相调压时输出电压中含奇次谐波中奇次谐波果电机绕组带零线三次谐波电势然存会三次谐波电流电机绕组属感性负载电流波形会电压波形滑含谐波产生脉动转矩附加损耗等良影响晶闸调压电路缺点
33调压调速特性调速性
调压调速机械特性图32示图出着定子电压降低机械特性变软转矩减样降低电机载力负载稍波动电机停转恒转矩负载调速范围通风机类负载较调速范围
图32 电机调压调速机械特性
低速时磁通量较会转子电流较电机发热问题会变严重克服述调压调速中存问题通常采方法
（1）采转子电阻较高转差率笼型电动机实心转子电动机双层转子电动机获较宽调速范围
（2）笼型电动机采速度负反馈闭环调压调速系统图33示时机械特性硬度较滑调速较调速范围
ASR速度调节器 TG测速发电机 AT触发装置
图33 速度负反馈闭环调压调速系统
速度负反馈闭环调压调速系统工作原理：速度定值速度反馈值进行较较速度调节器控制电压控制电压输入触发装置触发装置输出控制晶闸导通角控制晶闸输出电压高低调节加定子绕组电压改变速度定值改变电动机转速采速度负反馈实现稳滑级调速时负载发生变化时通速度负反馈动调整加电动机定子绕组电压速度调节器输出控制电压晶闸触发脉前移调压器输出电压提高导致电动机输出转矩增速度回升接定值种调速方法恒转矩调速恒功率调速果拖动恒转矩负载转速较低时损耗增加宜长期低速运行果拖动风机类负载着转速降低负载转矩减电动机输出转矩相应减减损耗种调速方法更适合风机类负载相配合异步电动机调压调速通常适绕线型异步电动机
331 开环调压调速特性
定子电压U1变化时：界转差率变步转速n1变转矩T正定子电压U1方U1↓→n↓→s↑机械特性图34示见转子电阻正常值
图34 电机开环调压调速机械特性
般鼠笼型异步电动机恒转矩负载调速范围实价值高风机类负载调速范围较存低速时功率数低电流问题降压调速适高转差率鼠笼电机绕线式异步电机
332 闭环调压调速特性
前饱电抗器现广泛采晶闸调压电路前面述开环系统调速中机械特性软调速范围较窄加转速负反馈系统环节成调压调速闭环控制系统调速范围变
测速发电机TG测电动机转速测速发电机u∝nn↑→u↑u定电压较电压变化值变化值作放器输入端放输出触发器发出信号触发器发出发出定相位脉晶闸调压器输出定值电压调节定电压输出电压达调速目
4 基MATLAB软件仿真
根动控制系统理传统惯耦调压器饱电抗器已时里采三反联晶闸分串联三相交流电源线路中接交流电机定子绕组通控制晶闸导通角调交流调压电源样改变电机端电压实现调压调速目里介绍异步电机开环速度负反馈两种调压调速仿真
41 异步电机开环调压调速系统仿真
根电机拖动理异步电机拖动恒转矩负载时改变定子端电压机械特性稳定工作点转差率变化范围调速范围异步电机开环调速系统稳定精度高种开环调压调速系统应作讨闭环调压调速系统仿真基础
交流电机开环调压调速系统仿真模型图41示
图41 异步电机开环调压调速系统仿真模型
三相交流调压器子系统Subsystem图42示图41知输出转速信号没反馈输入端系统开环
图42清楚三反联晶闸分串联三相交流电源线路步6脉触发器输出脉出发六晶闸触发器步电压取三相电源线电压交流电机拖动恒定负载测量信号分配器仅仅测量电机转速输出三相电源交流电机定子电压示波器检测波形
图42 Subsystem子系统
仿真模型中模块提取路径：
异步电机Asynchronous Machine：
Simulink\SimpoweSystem\Machines\Asynchronous Machine
异步电机测试信号分配器Machine Measurement Demux：
Simulink\SimpoweSystem\Machines\Machine Measurement Demux
晶闸Thy1Thy6参数设置图43示
图43 调压器晶闸参数设置
测量信号分配器参数设置图44示
图44 测量信号分配器参数设置
仿真参数设置里仅仅设置仿真开始时间0停止时间3秒参数采系统默认设置图41模型进行仿真电机转速输出示波器显示out模块仿真输出信息返回Matlab命令窗口中显示波形Matlab命令窗口中输入plot(toutyout)回车输出转速仿真波形图45示图知触发器控制角30°时电机转速滑升趋稳速运行
图45控制角30°时电机输出转速
三相电源电机定子线电压波形图46示改变触发控制角时电机三相定子电压电机转速稍改变述异步电机特性决定
图46控制角30°时电源定子电压波形
42 异步电机速度负反馈闭环调压调速系统仿真
开环系统转速输出端信号反馈输入端定值进行较控制构成速度反馈控制系统反馈控制系统
交流电机速度反馈闭环调压调速系统仿真模型图47示仿真模型模块提取路径参数设置
传递函数模块Transfer Simulink\Continuous\ Transfer Fcn
增益模块Gain Simulink\Commonly Used Blocks\Gain
代数求模块Sum Simulink\Commonly Used Blocks\Sum
常数模块Constant Simulink\Commonly Used Blocks\ Constant
输出转速模块Out1 Simulink\Commonly Used Blocks\ Out1
晶闸Thy1Thy6参数设置图43示测量信号分配器参数设置图44示
图47 异步电机速度反馈调压调速系统仿真
仿真参数设置里仅仅设置仿真开始时间0停止时间3秒参数采系统默认设置图47模型进行仿真电机转速输出示波器显示输出转速模块仿真输出信息返回Matlab命令窗口中操作输出转速仿真波形图48示图知电机转速滑升趋稳速运行系统实际速度够定速度较踪
图48 速度反馈调压调速系统输出转速波形
结束语
二十世纪工业化正突飞猛进前发展着国工业断成熟机械化程度加深调速系统性精度求越越高少方法实现电机调速研究电机调速找出符合实际调速方法限度节约源研究调压调速显必异步电机调压调速控制系统种较简单实调速系统该系统具良运行控制济性显示出巨发展潜力
走高效节路子工业化发展必然样运限资源创造出更利益社会普遍关注问题断完善种技术找出佳方法创制出更利益
致谢
文利完成首先应该感谢XX老师次文写作程种遇少问题亏XX老师悉心指导工作繁忙抽出休息时间修改文老师指导利完成次文
作工程技术学院名学生感谢学院课教师三年中拥学知识机会三年专业学程中课老师学识渊博治学严谨教会应样做社会学时间固然短暂老师影响终生受益深深感谢老师
次文写作程中少学朋友帮助支持感谢
学学生活程中学专业知识生财富相信未日子里会更加努力学充分利学知识回报社会
参考文献
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