异步机调速课设-异步电动机转差频率控制变频调速

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1、武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程实践摘要本设计是利用MATLAB对异步电动机转差频率控制调速系统进行仿真研究。首先分析了异步电动机转差频率控制技术的主要控制方法、基本组成与工作原理。其次，完成对异步机转差频率控制的变压变频调速系统进行主电路的设计，主要器件的参数选择及选型。最后，通过对仿真结果进行分析，归纳出如下结论：开环的转差频率控制带载能力差，闭环设计的转差频率控制的变频调速系统有助于改善调速范围，并减小转速的超调量。关键词异步电动机转差频率调速武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程实践目录1.转差频率控制系统基本原理11.1转差频率控制的基本概念11.2基于异步

2、电动机稳态模型控制的转差频率控制规律21.2.1基本规律之一21.2.2基本规律之二32.转差频率控制系统设计32.1控制系统原理图32.2转速调节器ASR参数计算43.MATLAB仿真43.1转速开环变压变频系统仿真43.2转速闭环转差频率控制调速系统仿真53.2.1转速闭环转差频率控制调速系统仿真53.2.2转速闭环转差频率控制调速系统改进63.3仿真结果分析8心得体会9参考文献10武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程实践异步电动机转差频率控制变频调速1.调速系统基本原理1.1转差频率控制的基本概念已知电力拖动的基本方程式:（1-1）由式（1-1）克制运动控制系统的根

3、本问题是转矩控制。异步电动机的稳态等效电路如图1-1所示图1-1异步电动机稳态模型已知异步电动机恒气隙磁通的电磁转矩公式如下所示：（1-2）电机气隙电动势公式如下（1-3)将式（1-3）带入式（1-2）得(1-4)9武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程实践式（1-4）中，，是电动机的结构常数。定义转差角频率，则（1-5）当电动机稳态运行时，转差率较小，因而也较小，则可做一个近似，表示为（1-6）由此可知，当能够保持气隙磁通不变，且在s值较小的稳态运行范围内，可以通过控制转差角频率来孔子转矩，此为转差频率控制的基本思想。由式（1-5）可得转矩特性如图1-2所示图1-2按恒Φ

4、m值控制的Te=ｆ(ωs)特性1.2转差频率控制的基本规律1.2.1基本规律之一前文中已有提到，要实现转差频率控制，是要保证在气隙磁通不变的前提。按恒控制时可保持气隙磁通恒定，由异步电动机等效可得定子电压为(1-7)可见要实现恒控制,必须采用定子电压补偿控制，以补偿定子电阻和漏抗的压降。但为了降低控制系统的复杂性，忽略电流相量相位变化的影响，仅采用幅值补偿，则电压频率特性为（1-8)9武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程实践特性图如图1-3所示。图1-3恒压频比控制的电压-频率特性1.2.2基本规律之二由图1-2可见，当较小时处于稳定运行段，转矩与转差频率成正比，当达到最

5、大值时，达到。要保证系统稳定运行，必须使<ωsm。对于式（1-5），取，可得最大转差角频率（1-9）在转差频率控制系统中，只要给定限幅，使其限幅值小于338.6，则可保持Te与ωs的正比关系，也就可以用转差频率来控制转矩。1.转差频率控制系统设计2.1控制系统原理图转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统结构原理图如图2-1所示，系统共有两个转速反馈控制。图2-1转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统结构原理图9武汉理工大学《电力拖动与控制系统》课程实践转速外环为负反馈，ASR为转速调节器，一般选为PI调节器，转速调节器ASR的输出转差频率给定相当于电磁转矩给定。内环为正反馈

6、，将转速调节器ASR的输出信号转差频率给定与实际转速相加，得到定子频率给定信号，实际转速由速度传感器FBS测得。然后根据式（1-8）所给出的电压-频率特性函数，求得定子电压给定信号，用定子电压给定和定子频率给定控制PWM变频器，即可得要不电动机调速所需的定子电压和频率。2.2转速调节器ASR参数计算首先，写出系统各个环节相应的传递函数。（1）设转速调节器ASR为PI调节，其传递函数表达式为（2-1)（2）令PWM变换器的开关频率为8kHz，放大系数为40，则其传递函数表达式为（2-2）（3）异步电动机的传递函数：由于异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系

7、统，为了使计算更简单，令其传递函为其中，。由已给定的参数计算可得Tm=1.69*10^-5s，Kma=0.11。（4）测速环节的传递函数为，其中，并令Tou=0.01s。利用以上的传递函数，可得到转速闭环系统的开环传递函数。又令闭环系统为Ⅱ型系统，则计算可得Kp=10，τn=0.2。3.MATLAB仿真3.1转速开环变压变频系统仿真转速开环变压变频调速系统仿真模型如图3-1所示。设定异步机的参数如下：三相相电压200V同步频率50Hz额定功率2.2kW定子电阻Rs=0.877Ω转子电阻0.022Ω励磁电感360.8