三相异步电动机变频调速专业系统设计及仿真

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 年 1 月 12 日至 年 1 月 23 日 二、同组学生 三、课程设计任务要求（包含课题起源、类型、目标和意义、基础要求、完成时间、关键参考资料等） 1、目标和意义 交流调速是一门关键专业必修课，它含有很强实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机和拖动、电力电子变流技术等）了解和灵活应用所学知识去处理实际问题，培养学生设计实际系统能力，特开设为期一周课程设计。 2、具体内容 写出设计说明书，内容包含 （1）各关键步骤工作原理； （2）整个系统工作原理（包含开启、制动和逻辑切换过程）； （3）调整器参数计算过程。 2．画出一张具体电气原理图； 3．采取Matlab中Simulink软件对整个调速系统进行仿真研究，对计算得到调整器参数进行校正，验证设计结果正确性。将Simulink仿真模型，和开启过程中电流、转速波形图附在设计说明书中。 4、考评方法 1．周五采取口试方法进行考评（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（包含口试情况和上交材料内容）； 2．天天早晨830--1130在综合楼226房间答疑。 五、参考文件 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， 指导老师签字 教研室主任签字 目录 第一章 绪论2 第二章 系统总体设计方案4 2.1 概述4 2.2系统组成结构及工作原理4 2.2.1恒压频比控制下机械特征4 2.2.2变频器6 2.2.3变频器主电路工作原理6 2.2.4整流电路7 2.2.5逆变电路7 2.2.6调整器9 2.2.7开启制动10 第三章 硬件设计及选型11 3.1主电路设计11 3.2整流电路设计11 3.3逆变电路设计12 第四章 simulink仿真13 4.1建立模型13 4.2 未变频时仿真结果14 4.3变频时仿真结果（基频以下调速）15 4.4变频时仿真结果（基频以上调速）17 相关变频调速总结18 附电气图19 参考文件19 第一章 绪论 在交流调速中，交流电动机调速方法有三种变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中变频调速含有绝对优势，而且它调速性能和可靠性不停完善，价格不停降低。变频调速是以变频器向交流电动机供电，并能够组成开环或闭环系统。变频器能够将原先固定电压和频率交流电源转换为可调电压和可调频率交流电，所以变频器已经成为当今交流调速关键部件。[1] 变频调速是一个经典交流电动机调速方法，交流电动机采取变频调速技术不仅能够实现无级调速，而且能够依据负载不一样，经过合适调整电压和频率关系，使电动机一直在高效率区运行，而且确保良好动态性能，所以被广泛使用。[6] 现在，应用较为广泛变频调速系统关键有以下多个 1. 转速开环变频调速系统 所谓转速开环变频调速就是采取开环、恒压频比，而且带低频电压赔偿控制方法。该控制系统成本低及其结构简单，所以多用于风机等节能调速上面。 2. 转速闭环转差率控制PWM变频调速系统 利用电机稳定运行时，在转差率S很小范围内，当磁通Φ不变时，转矩和转差角频率成正比关系来实现电动机较高性能调速，但其动态性能不够。 3. 转速、磁链双闭环矢量控制电流滞环型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，采取了滞环电流跟踪型PWM逆变器，所以其动态性能很好，还配有正确转子磁链观察器，则系统全部达成和直流电动机调速系统相媲美。[6] 研究意义生产机械经过电动机拖动来进行预定生产方法。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，而且无节能效果。而交流体积小、价格低廉、运行性能优良、重量轻，所以对交流电动机凋速含有重大实用性。使用调速技术后，生产机械控制精度可大为提升，并能够较大幅度地提升劳动生产率和产品质量，而且可对很多生产过程实施自动控制。经过大量理论研究和试验，大家逐步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含有很优异控制性能，而且在很多场所中，还含有很显著节能效果。鉴于多个调速方法中，交流变频调速含有系统体积小，重量轻、控制精度高、保护功效完善、工作安全可靠、操作过程简单，通用性强，使传动控制系统含有优良性能，同时节能效果显著，产生经济效益显著。尤其当和计算机通信相配合时，使得变频控制愈加安全可靠，易于操作因为计算机控制程序含有良好人机交互功效，变频技术必将在工业生产发挥巨大作用，让工业自动化程度得到更大提升。[4][5] 第二章 系统总体设计方案 2.1 概述 本系统采取恒压频比开环交流控制。经过外部线路控制电机开启制动；经过三相调制波调整电机速度； 变频器将工频交流电转换为需要电压和频率；测速发电机测得电机实际转速并反馈回控制回路。系统原理图以下图2.1所表示 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恒压频比控制下机械特征 异步电动机带载稳态运行时，由 此式表明，对于同一负载要求，即以一定转速 在一定负载转矩 下运行时，电压和频率能够有多个组合，其中恒压频比（恒值）最轻易实现。它变频机械特征基础上是平行下移，硬度也很好，能满足通常调速要求。不过低速带载能力还较差，需对定子压降实施赔偿 为了近似保持气隙磁通不便，方便充足利用电机铁心，发挥电机产生转矩能力，在基频以下采取恒压频比控制，实施恒压频比控制时，同时转速自然也伴随频率改变 所以带负载时转速降落为 在机械特征近似直线段上。能够导出 由此可见，当为恒值时，对同一转矩，是基础不变，所以也是基础不变，也就是说，在恒压频比条件下改变频率时，机械特征基础上是平行下移，它们和直流她激电机调速时特征改变情况近似，所不一样是，当转矩达成最大值以后，转速再降低，特征就折回来了。而且频率越低时候转矩越小 对前式整理可得出为恒值时最大转矩随角频率改变关系为