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基于MATLAB的异步电机VVVF调速系统仿真.doc
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基于MATLAB的异步电机VVVF调速系统仿真.doc
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摘 要:
随着电力电子技术的发展,异步电机以其在变频调速方面的优点开始显现出来了,
相对于直流电机有更加广泛的应用
本论文主要介绍了异步电机的工作原理以及异步电机的调速方法。通过改变频率、
改变电源电压、改变极对数等方法来改变电机的转速,我是通过改变电机频率来达到
改 变 电 机 转 速 的 目 的 , 本 文 还 介 绍 了 变 频 器 的 原 理 和 PWM ( pulse width
modulation)变频器的工作原理。同时通过运用 Matlab/simulink 系统对异步电机
转速调节进行了开环闭环的仿真。
本论文对电机转矩转速观察为开环系统,但是在闭环系统中通过使用 Matlab/
simulink 对系统闭环进行设计仿真,实现了调速,并观察到了电机转速、转矩改变的
图像,并且分析了解了异步电机转速改变的原因和仿真过程中的条件等。
关键词 Matlab 异步电机 变频调速 仿真
Abstract:
With the development of power electronics, the advantage of the variable frequency
speed in asynchronous machine is compared with the DC motor , it is more widely used.
The principle of asynchronous machine and its way of speed governing is main discussed
in this paper. The speed of electrical motor is changed by changing frequency voltage, and
numbers of pole-p[airs. This paper is based on changing frequency of the electrical motor, the
principle of frequency converter and working theory about PWM(pulse width
modulation)is also presented. The open-loop and closed-loop simulation of speed
governing with asynchronous machine is achieved through the use of Matlab/simulink
system.
The observation to electrical motor speed and torque in this paper is the open-loop
system, in a closed-loop system, Matlab/simulink is used to design and similated the closed-
loop system speed changing is realized, the changing plot of speed and torque about the
electrical motor and observed the changing image of torque and the speed about the electrical
motor, is observed. the reason why asynchronous machine speed changes and parameters a
selection of call the component during the simulation are analyzed.
Understanding of the principle of the induction motor and speed control methods, there
are three main methods Speed: (1) changing the frequency, (2) change to slip (3) changes the
very few. This paper has taken to change the frequency of the ways to achieve the purpose of
speed. At the same time also understand the principle of the inverter, and its scope of
application.
Key words Matlab asynchronous machine Frequency Control Simulation
目 录
第一章 绪 论.....................................................................................................................1
第一节 电气传动技术的发展概况..........................................................................................................1
第二节 普通交流异步电动机变频调速调速范围的问题......................................................................2
第三节 交流异步电动机的调速方式......................................................................................................2
一、 转子回路串电阻或阻抗调速..................................................................................................3
二、 定子调压调速..........................................................................................................................3
三、 串级调速..................................................................................................................................3
四、 变极调速..................................................................................................................................3
五、 变频调速..................................................................................................................................4
第四节 关于 matlab 仿真的相关内容......................................................................................................4
第二章 异步电机运行基本原理及其调速方法以及变量控制
【1】
..................................................5
第一节 异步电机运行基本原理..............................................................................................................5
第二节 异步电机的电压方程和等效电路..............................................................................................5
第三节 异步电机的功率方程和转矩方程..............................................................................................8
第四节 异步电机的调速方法..................................................................................................................9
一、 变极调速................................................................................................................................10
二、 变频变压调速........................................................................................................................10
三、 改变转差率来调速................................................................................................................12
第三章 逆变器工作原理和控制及其应用..............................................................................13
第一节 变频器的工作原理
【
4
】
..............................................................................................................13
第二节 变频器控制方式
【
3
】
..................................................................................................................13
一、 正弦脉宽调制(SPWM)控制方式.........................................................................................14
二、 电压空间矢量(SVPWM)控制方式.......................................................................................14
三、 矢量控制(VC)方式................................................................................................................15
四、 直接转矩控制(DTC)方式.....................................................................................................15
五、 矩阵式交—交控制方式........................................................................................................15
第三节 简单的三种变频器控制方式....................................................................................................16
第四节 变频器的实际应用....................................................................................................................16
第五节 正弦波脉宽调制(SPWM)变频器..............................................................................................18
一、 SPWM 变频器的工作原理...................................................................................................18
二、 SPWM 变频器的同步调制和异步调制...............................................................................19
第四章 MATLAB 基于 VVVF 对异步电机的调速仿真实现.......................................................21
第一节 关于 Matlab 软件的应用与操作...............................................................................................22
一、 PWM 模块的组成与仿真......................................................................................................22
二、 电机模块的仿真....................................................................................................................24
三、 输出观察模块的仿真............................................................................................................26
第二节 开环调速系统仿真....................................................................................................................27
第三节 闭环调速系统仿真....................................................................................................................31
一、 闭环调速 Matlab 仿真主模块...............................................................................................32
二、 控制环节模块........................................................................................................................33
三、 仿真结果................................................................................................................................37
总结和展望.....................................................................................................................41
第一章 绪 论
异步电机的工作原理?异步电机调速又是怎么样的呢?目前主要引用在那几个领
域呢?以及异步电机的仿真又是什么呢?又是怎么去仿真的呢?对这些问题的初步说
明将是这篇论文所要叙述的。
随着工业的进步,传统的直流电机由于其结构复杂、不易维护等缺点正逐渐地被具
有高可靠性成本低、维护简便的感应式交流异步电动机所取代。交流电机变频调速系
统,在进行动态数字仿真时,需要首先推导出三相交流异步电机的数学模型,它是一个高
阶强偶合、多变量、非线性的系统,与此同时还需要建立电源模型。在进行仿真时,可采
用高级语言 FORTRAN、C、Visual、C++等进行编程,但采用这些语言开发周期长,掌
握难度较大,而由 Math work 公司推出的 MATLAB,使得为解决这些具体问题而建立数
学模型变得轻松、便捷,为科技工程人员带来了巨大的便利。
MATLAB 是一种科学技术软件,用户可根据 MATLAB 的控制系统工具箱中的命令
来实现所需要的系统,也可以根据混合使用各库中的模块来组合成新的系统,封装自己定
义的模块或自己定义模块库,以便随时调用,从而实现全图形化仿真。MATLAB 集成了
大量的工具箱,如控制系统(Control System)、模糊逻辑(Fuzzy Logical)、神经网络
(Neural network)、信号处理(Signal Processing)以及仿真(SIMULINK)等工具箱。
作为 MATLAB 的重要组成部分的 SIMULINK 具有相对独立的功能和使用方法。它提供
了图形用户界面(GUI),模型由模块组成的框图来表示,用户建模通过简单的单击和拖动
鼠标的动作就能完成,简化了设计过程。本文就是利用 SIMULINK 工具箱,对所推导的
三相交流异步电动机及电源进行建模,封装。还利用 MATLAB 的 M 文件结合具体的调
速控制系统进行仿真
异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速系统。由于调速时转差功率不
随转速而变化,调速范围宽、无论是高速还是低速时效率都较高,在采取一定的技术
措施后能实现高动态性能,可与直流调速系统媲美。因此现在应用面很广。
第一节 电气传动技术的发展概况
电气传动是指以各类电动机为动力的传动装置与系统。电气传动系统通常由电动
机、控制装置和信息装置几部分组成。电气传动关系到合理地使用电动机以节约电能
和控制机械的运转状态(位置、速度、加速度等),实现电能、机械能的转换,达到优质、
高产、低耗的目的。
电气传动按照电动机的种类划分,有直流电动机传动、交流电动机传动、步进电
动机传动、伺服电动机传动等。电气传动又可分为不可调速和可调速两大类,调速又
分为交流调速和直流调速。
直流电气传动和交流电气传动在 19 世纪后期先后诞生。但在 20 世纪的大部分年
代里,已形成公认的格局:约占电气传动的 80%不变速传动系统都采用交流传动,
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