變頻調(diào)速課程設(shè)計(jì)--三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速及其仿真

1、<p>　　電氣傳動(dòng)綜合課程設(shè)計(jì) </p><p>　　題目：三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速及其仿真 </p><p>　　2014 年 11月</p><p>　姓 名</p><p>　學(xué) 院信息與電氣工程學(xué)院</p><p>　專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化</p><p>

2、　年 級(jí)</p><p>　學(xué) 號(hào)</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p><b>　　題目名稱：</b></p><p>　　《三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速及其仿真》</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：</b></p><p>　　

3、（1）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)及原理：</p><p>　　由于變頻運(yùn)行下三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有節(jié)能的重要優(yōu)點(diǎn),已在國(guó)內(nèi)外工業(yè)生產(chǎn)和日常生活許多領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用。目前在變頻調(diào)速系統(tǒng)中,隨著電力電子技術(shù)及變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展,交流調(diào)速技術(shù)日新月異，新的控制策略不斷涌現(xiàn)，這也使得交流調(diào)速開(kāi)始全面取代直流調(diào)速。在交流調(diào)速技術(shù)中，交流變頻調(diào)速以其優(yōu)異的調(diào)速性能，高效節(jié)能和廣泛的應(yīng)用范圍等特點(diǎn)而被國(guó)內(nèi)外人為是最有前途的調(diào)

4、速方式。</p><p>　　隨著生產(chǎn)技術(shù)的不管發(fā)展，直流拖動(dòng)的薄弱環(huán)節(jié)逐步顯示出來(lái)。由于換向器的存在，使直流電動(dòng)機(jī)的維護(hù)的工作量加大，單機(jī)容量，最高轉(zhuǎn)速以及使用環(huán)境都受到限制。人們轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，便于維護(hù)，價(jià)格低廉的異步電動(dòng)機(jī)，但異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能難以滿足要求生產(chǎn)要求。于是，從20世紀(jì)30年代開(kāi)始，人們就致力于交流調(diào)速技術(shù)的研究，然而發(fā)展緩慢，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，直流調(diào)速一直以性能優(yōu)良領(lǐng)先于交流調(diào)速。6

5、0年代以后，特別是70年代以來(lái)，電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，使得交流調(diào)速性能可以與直流調(diào)速媲美。目前，交流調(diào)速已進(jìn)入逐步代替直流調(diào)速的時(shí)代。</p><p>　　交流變頻的發(fā)展情況，基本上可歸納為以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1.大容量和特大容量上，填補(bǔ)了直流調(diào)速傳動(dòng)的空白。</p><p>　　2.新型全控型開(kāi)關(guān)器件的迅速發(fā)之前按，提高了變頻器的性能指

6、標(biāo)。</p><p>　　3.可靠性發(fā)面得到了提高，能滿足某些長(zhǎng)期不能停機(jī)或?qū)煽啃杂刑厥庖蟛块T(mén)的需要。</p><p>　　MATLAB 是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。</p><p>　　MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Ma

7、trix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟</p><p>　　件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。</p><p>　　MATLAB的基

8、本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn),使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)ORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接調(diào)用,用戶也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程

9、序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。</p><p>　　MATLAB特點(diǎn)：　　●此高級(jí)語(yǔ)言可用于技術(shù)計(jì)算 </p><p>　　●此開(kāi)發(fā)環(huán)境可對(duì)代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理</p><p>　　●交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計(jì)及求解問(wèn)題 </p><p>　　●數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計(jì)、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 </

10、p><p>　　●二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) </p><p>　　●各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 </p><p>　　●各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應(yīng)用程序和語(yǔ)言（如 C、C++、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成  </p><p><b>　　1.

11、1電機(jī)概述</b></p><p>　　電機(jī)作為一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在電力工業(yè)各類工礦企業(yè)，農(nóng)業(yè)國(guó)防，交通運(yùn)輸，日常生活各方面都占有重要地位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)化大生產(chǎn)的需要，三相基本的電機(jī)形式：直流電機(jī)，感應(yīng)電機(jī)，同步電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中獲得了廣泛的應(yīng)用。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)負(fù)載的要求，人為的或自動(dòng)的進(jìn)行調(diào)節(jié)，稱為調(diào)速。但出于不同的使用目的，往往對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度提出不同的要求，如電動(dòng)車輛

12、，電梯，機(jī)床等要求有良好的速度調(diào)節(jié)性能；調(diào)速也是風(fēng)機(jī)，水泵類負(fù)載節(jié)能運(yùn)行的需要。一般籠型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速略低于同步轉(zhuǎn)速，且在負(fù)載變化時(shí)變化不大，是一種接近于恒速的驅(qū)動(dòng)裝置，其本身的調(diào)速性能不佳。因此·電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一直是電氣專家學(xué)者致力于解決的問(wèn)題。近年來(lái)，直流調(diào)速，交流變頻調(diào)速隨著技術(shù)的進(jìn)步，性能在不斷改善。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但它有一個(gè)根本的缺點(diǎn)，就是有機(jī)械式的整流

13、器——整流子和電刷，因此它的維護(hù)工作量較大；而且由于機(jī)械式整流器的限制，制造大功率高電壓的直流電機(jī)比較困難。由于這些原因，限制了直流可調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)的使用范圍。</p><p>　　我們知道，交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率s有以下關(guān)系：式中—電源效率，Hz，p—電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)；改變電源的頻率，電動(dòng)機(jī)可以調(diào)速。變頻調(diào)速既適用于同步電動(dòng)機(jī)，又適用異步電動(dòng)機(jī)，是一種高效率的調(diào)速方案。</p&

14、gt;<p><b>　　1.2變頻器概述</b></p><p>　　變頻器是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路

15、一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。</p><p>　　變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器.它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?然后用電子元件對(duì)直流電進(jìn)行開(kāi)關(guān).變?yōu)榻涣麟?一般功率較大的變頻器用可控硅.并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置.使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào).用來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù).使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范

16、圍內(nèi)可調(diào).變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中.變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯。因此，交流變頻調(diào)速已逐漸取代了過(guò)去的傳統(tǒng)滑差調(diào)速、變極調(diào)速、直流調(diào)速等調(diào)速系統(tǒng)，越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于冶金、紡織、印染、煙機(jī)生產(chǎn)線及樓宇、供水空調(diào)等領(lǐng)域。</p><p>　　1.3三相異步電動(dòng)

17、機(jī)變頻調(diào)速原理及其種類</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速開(kāi)始于上世紀(jì)50年代末。在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，原來(lái)只用于恒速傳動(dòng)的交流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)了調(diào)速控制，以取代制造復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)麻煩的直流電動(dòng)機(jī)。以后，隨著電力電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，再加上現(xiàn)代控制理論向電氣傳動(dòng)領(lǐng)域的滲透，使得交流調(diào)速技術(shù)得到了迅速發(fā)展，其設(shè)備容量不斷擴(kuò)大，性能指標(biāo)及可靠性不斷提高，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的比例逐年上升，在各工業(yè)部門(mén)中，使

18、得交流調(diào)速系統(tǒng)逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)能，縮小體積、降低成本的目的。</p><p>　　根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為</p><p>　　式中為異步電動(dòng)機(jī)的定子電壓供電頻率；為異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)；為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。</p><p>　　所以調(diào)節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方案。異步電動(dòng)機(jī)的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)一般簡(jiǎn)稱變頻調(diào)速系統(tǒng)，由于調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差功率不變，在各

19、種異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中效率最高，同時(shí)性能最好，是交流調(diào)速系統(tǒng)的主要研究和發(fā)展方向。</p><p>　　1.3.1變頻調(diào)速原理及其機(jī)械特性</p><p>　　改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組供電電源的頻率，可以改變同步轉(zhuǎn)速，從而改變轉(zhuǎn)速。如果頻率連續(xù)可調(diào)，則可平滑的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，此為變頻調(diào)速原理。</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，忽略定子阻抗壓降時(shí)，定子每相電壓為&l

20、t;/p><p>　　式中為氣隙磁通在定子每相中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；為定子電源頻率；為定子每相繞組匝數(shù)；為基波繞組系數(shù)，為每極氣隙磁通量。</p><p>　　如果改變頻率，且保持定子電源電壓不變，則氣隙每極磁通將增大，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)鐵芯磁路飽和，從而導(dǎo)致過(guò)大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過(guò)熱而損壞電機(jī)，這是不允許的。因此，降低電源頻率時(shí)，必須同時(shí)降低電源電壓，已達(dá)到控制磁通的目的。對(duì)此，需要考慮基頻（額

21、定頻率）以下的調(diào)速和基頻以上調(diào)速兩種情況。</p><p>　　1.3.2.基頻以下變頻調(diào)速</p><p>　　為了防止磁路的飽和，當(dāng)降低定子電源頻率時(shí)，保持為常數(shù)，使氣每極磁通為常數(shù)，應(yīng)使電壓和頻率按比例的配合調(diào)節(jié)。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)</p><p><b>　　矩為</b></p><p>　　上式對(duì)求導(dǎo)，即 ，

22、有最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率為</p><p>　　由上式可知：當(dāng)常數(shù)時(shí)，在較高時(shí)，即接近額定頻率時(shí)，，隨著的降低，減少的不多；當(dāng)較低時(shí)，較小；相對(duì)變大，則隨著的降低，就減小了。顯然，當(dāng)降低時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩不等于常數(shù)。保持常數(shù)，降低頻率調(diào)速時(shí)的機(jī)械特征如圖1所示。這相當(dāng)于他勵(lì)直流電機(jī)的降壓調(diào)速。</p><p>　　圖1 變頻調(diào)速的機(jī)械特性</p><p>　?。╝） 基頻以

23、下調(diào)速（常數(shù)）  （b）基頻以上調(diào)速（=常數(shù)）</p><p>　　1.3.3.基頻以上變頻調(diào)速</p><p>　　在基頻以上變頻調(diào)速時(shí)，也按比例身高電源電壓時(shí)不允許的，只能保持電壓為不變，頻率越高，磁通越低，是一種降低磁通升速的方法，這相當(dāng)于它勵(lì)電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速。</p><p>　　保持=常數(shù),升高頻率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為</p>

24、;<p>　　上式求，得最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率為</p><p>　　由于較高，、和比大的多，則上式變?yōu)?lt;/p><p>　　因此，頻率越高時(shí)，越小，也越小。保持 為常數(shù)，升高頻率調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性如圖1（b）所示。</p><p>　　2 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真模型</p><p>　　2.1 問(wèn)題提出及分析</p>

25、;<p>　　這是篇驗(yàn)證性的論文，所以我并沒(méi)有將調(diào)速放到實(shí)際的環(huán)境中，只是通過(guò)仿真將參數(shù)變化引起的轉(zhuǎn)速及其他數(shù)據(jù)的變化作為問(wèn)題來(lái)驗(yàn)證，然后分析這些變化的優(yōu)缺點(diǎn)，從而來(lái)講述它們所適應(yīng)的環(huán)境。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速接近，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速改變</p><p>　　后，電機(jī)轉(zhuǎn)速也就隨之變化，由公式可知，改變電源頻率，可以調(diào)節(jié)磁場(chǎng)</p><p>　　旋轉(zhuǎn)，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，這種方法稱為變

26、頻調(diào)速。</p><p>　　2.2 SIMULINK仿真模型</p><p>　　建立三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速仿真模型，可以采用simulink提供的仿真模塊，如交流電源，電壓測(cè)量，異步電機(jī)，電機(jī)測(cè)量等。其中，三相交流電源位于【Power System】的Power Electronics中，將三相交流電源的頻率設(shè)置成60，電壓值設(shè)置的與電機(jī)的電壓相同。電壓表位于【Power Syste

27、m】的Measurement中，異步電機(jī)模塊位于【Power System】庫(kù)的Machines中，雙擊電機(jī)模型，設(shè)置其參數(shù)，設(shè)置如圖（a）所示，設(shè)置增益K的值為（30/3.14）其仿真圖形如實(shí)例圖（b）所示。</p><p>　?。╝）異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置</p><p>　?。╞）變頻調(diào)速仿真模型</p><p>　　這是個(gè)簡(jiǎn)單的電機(jī)調(diào)速仿真系統(tǒng)，雖然簡(jiǎn)單但是仍然

28、要觀察電機(jī)的性能指標(biāo)，其中比如超調(diào)，調(diào)節(jié)時(shí)間等。</p><p>　　上升時(shí)間是輸出響應(yīng)從零開(kāi)始第一次上升到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。越小，表示初始響應(yīng)速度越快。由自動(dòng)控制原理可知，系統(tǒng)的快，穩(wěn)是相對(duì)矛盾的，兩者是沖突的，一般我們都在尋找一個(gè)兩者最佳的平衡點(diǎn)。</p><p>　　根據(jù)參數(shù)設(shè)定將，分別設(shè)定為40ms，由于初始設(shè)定的頻率為60，根據(jù)</p><p>　　可知應(yīng)

29、該為1800r/min。</p><p>　　2.3未變頻時(shí)仿真結(jié)果</p><p><b>　?。╟）示波器讀數(shù)</b></p><p>　　由圖可知，由于沒(méi)有負(fù)載，所以定子和轉(zhuǎn)子電流以及電磁轉(zhuǎn)矩均最終趨于0，根據(jù)公式可知，轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定在1800r/min，同時(shí)在40ms左右，電機(jī)的轉(zhuǎn)速到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，與預(yù)定結(jié)果差入不大。</p>&

30、lt;p>　　2.4變頻時(shí)仿真結(jié)果（基頻以下調(diào)速）</p><p>　　改變電源頻率，將其變?yōu)?0，由于這是基頻以下調(diào)速，所以為了防止磁路的飽和，當(dāng)降低定子電源頻率時(shí)，保持常數(shù)，因此電壓要相應(yīng)的改變成183.3v，重新運(yùn)行仿真模型，得到仿真結(jié)果如圖（d）所示。</p><p><b>　　（d）示波器讀數(shù)</b></p><p>　　由示

31、波器讀數(shù)可知，當(dāng)頻率變?yōu)?0后，根據(jù)公式可知，轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定在1500r/min，同時(shí)由圖可知頻率改變后，相應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間也變短了，也就是說(shuō)反應(yīng)更快了。</p><p>　　2.5變頻時(shí)仿真結(jié)果（基頻以上調(diào)速）</p><p>　　改變電源頻率，將其變成為70，由前面的理論知識(shí)可知，基頻以上調(diào)速時(shí)電源電壓是不變的，重新運(yùn)行仿真模型，得到仿真圖形如圖（e）所示。</p><p

32、>　　由圖可知，轉(zhuǎn)速約為2100r/min，滿足這個(gè)公式的理論計(jì)算結(jié)果，不過(guò)電機(jī)的響應(yīng)時(shí)間與基頻以上調(diào)整時(shí)的響應(yīng)時(shí)間要大的多，同時(shí)，如果將頻率進(jìn)行更細(xì)微的調(diào)整，轉(zhuǎn)速也會(huì)有相應(yīng)細(xì)微的變化。</p><p><b>　　2.6變極調(diào)速</b></p><p>　　當(dāng)電源頻率保持不變，改變定子繞組的極對(duì)數(shù)，也能改變同步轉(zhuǎn)速，從而改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。利用這樣的方法調(diào)整，定子

33、繞組需要有特殊的繞法個(gè)接法，應(yīng)使繞組的的極對(duì)數(shù)能依外部接法的改變而改變。由于電機(jī)的極對(duì)數(shù)只能是整數(shù)，故變極調(diào)速是有級(jí)不平滑的，例如極對(duì)數(shù)增加一倍，同步轉(zhuǎn)速將減小一半，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也會(huì)成倍減小?，F(xiàn)在的變極電機(jī)不僅有倍極比如2/4，4/8等，還有非倍極比，如4/6，6/8極，以及三速，四速變極電機(jī)。為了適應(yīng)不同負(fù)載需求，變極電機(jī)又可以分為恒功率，恒轉(zhuǎn)矩以及遞減轉(zhuǎn)矩（風(fēng)機(jī)，泵負(fù)載）類電機(jī)。</p><p>　　變極電機(jī)定子

34、繞組的繞制方法有：一是雙繞組變極，定子上有兩套對(duì)數(shù)不同，相對(duì)獨(dú)立的繞組，每次運(yùn)行只用其中一套，這種雙繞組設(shè)計(jì)較方便，但是材料利用率差，較少使用；二是單繞組變極，定子上只有一套繞組，通過(guò)線圈間的不同接法，構(gòu)成不同的極對(duì)數(shù)，這種繞組的材料利用率較高，但欲使不同極對(duì)數(shù)時(shí)電機(jī)均有較好的性能，繞組設(shè)計(jì)難度大，我國(guó)大多數(shù)變極電機(jī)采用這種方法。有時(shí)為了獲得三速或者是四速電機(jī)，還可以將上訴兩種方法結(jié)合起來(lái)使用。為了避免轉(zhuǎn)子繞組換接，變極電機(jī)基本采用籠型

35、轉(zhuǎn)子，它可以隨著定子極對(duì)數(shù)的改變而自動(dòng)改變極對(duì)數(shù)。</p><p>　　變極調(diào)速使用的系統(tǒng)模型及電機(jī)參數(shù)與變頻調(diào)速的均相同，在仿真時(shí)，只改變它的極對(duì)數(shù)，然后觀察示波器中定子，轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的變化。其電機(jī)的參數(shù)如圖所示，將電機(jī)的極數(shù)設(shè)置成3.如果將極對(duì)數(shù)設(shè)置成非整數(shù)或者其他的，系統(tǒng)將無(wú)法正常仿真。 </p><p>　　然后運(yùn)行仿真系統(tǒng)，得到示波器讀數(shù)如圖（e）所示：</p>

36、;<p><b>　　圖（e）</b></p><p>　　由圖可知，根據(jù)公式可計(jì)算得當(dāng)=3時(shí)，=1200r/min，而定子及轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)矩與變頻調(diào)速均無(wú)較大的差別，同時(shí)由圖可知反映時(shí)間約為20ms，低于變頻調(diào)速的響應(yīng)時(shí)間，超調(diào)量也比變頻調(diào)速小，但是由于極對(duì)數(shù)的限制，變極調(diào)速并不能平滑的調(diào)速，它是有級(jí)的，這是它跟變頻調(diào)速的最大區(qū)別。不過(guò)變極調(diào)速是一種比較經(jīng)濟(jì)，它不要需要逆變器，

37、它是高效的調(diào)速方法，控制設(shè)備簡(jiǎn)單，只需要加轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，使用維護(hù)方便。雙速電機(jī)的尺寸一般要比同容量的普通異步電機(jī)稍打，運(yùn)行性能也稍差，常用于不需要連續(xù)調(diào)速場(chǎng)合。</p><p><b>　　2.7調(diào)壓調(diào)速</b></p><p>　　當(dāng)外施電源電壓改變時(shí),最大轉(zhuǎn)矩將隨的平方而變化,但最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)的轉(zhuǎn)差率保持不變.改變電源電壓的有效值,將其設(shè)置成如圖(f)的數(shù)據(jù),而其他的參

38、數(shù)不變,重新運(yùn)行仿真模型,得到示波器的讀數(shù)如圖(g)所示.</p><p><b>　　圖(f)</b></p><p><b>　　圖(g)</b></p><p>　　由示波器的讀數(shù)可知,調(diào)壓調(diào)速是改變機(jī)械特性,而當(dāng)電機(jī)空載或者輕載時(shí),轉(zhuǎn)速基本不變.調(diào)壓調(diào)速目前廣泛采用交流調(diào)壓器,由晶閘管等器件組成,通過(guò)調(diào)整晶閘管的導(dǎo)

39、通角大小來(lái)調(diào)節(jié)加到定子繞組上的端電壓.結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)便,控制電路價(jià)格較低.但是低速時(shí)轉(zhuǎn)子銅耗較大,效率較低.對(duì)于風(fēng)機(jī)類負(fù)載,負(fù)載功率近似與轉(zhuǎn)速的三次方成正比,雖然轉(zhuǎn)速下降不多,但是輸入功率下降的較多,節(jié)能效果明顯,所以比較適合風(fēng)機(jī)類負(fù)載的調(diào)速.</p><p>　　2.8關(guān)于變頻調(diào)速的總結(jié)</p><p>　　該仿真只是從原理上揭示了變頻調(diào)速的機(jī)制，與通常的變頻調(diào)速系統(tǒng)不是同一回事，該變頻調(diào)速

40、主要是從公式入手，通過(guò)改變電源頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨之變化。</p><p>　　根據(jù)變頻調(diào)速與變極調(diào)速,調(diào)壓調(diào)速的對(duì)比，可以知道變頻調(diào)速的一些特點(diǎn)與性能：</p><p>　　（1）變頻調(diào)速設(shè)備（簡(jiǎn)稱變頻器）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，容量有限。但隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，變頻器向著簡(jiǎn)單可靠、性能優(yōu)異、價(jià)格便宜、操作方便等趨勢(shì)發(fā)展。</p><p>　?。?/p>

41、2）變頻器具有機(jī)械特性較硬，靜差率小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍廣（可達(dá)10：1），平滑性高等特點(diǎn)；可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速,這是與變極調(diào)速的最大區(qū)別.</p><p>　　（3）變頻調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)差率較小，則轉(zhuǎn)差功率損耗較小，效率較高。</p><p>　?。?）可以證明：變頻調(diào)速時(shí)，基頻下的調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；基頻調(diào)速以上時(shí)，近似為恒功率調(diào)速方式。</p><p>　　(5）變

42、頻調(diào)速器已廣泛用于生產(chǎn)機(jī)械等很多領(lǐng)域內(nèi)。</p><p>　　但是變頻調(diào)速同樣也有些問(wèn)題，變頻器輸出的交流電壓、電流波形通常不是完全的正弦波，除了基波分量外，還有高頻諧波分量，這將對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能產(chǎn)生不良影響。對(duì)此，為適應(yīng)變頻器供電的要求，專門(mén)設(shè)計(jì)形成變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。而且針對(duì)超調(diào)，響應(yīng)時(shí)間的問(wèn)題，這些都是要解決的問(wèn)題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

43、;/p><p>　　[1] 李發(fā)海 王巖.電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2012.6</p><p>　　[2] 陳伯時(shí) 阮毅. 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.1</p><p>　　[3] 王兆安 劉進(jìn)軍，電力電子技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.</p><p>　　[4] 曹弋.MATLAB教程及實(shí)訓(xùn).北京: 機(jī)械

44、工業(yè)出版社,2009.6</p><p>　　[5] 林飛，杜欣. 電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真.北京：中國(guó)電力出版社，2008</p><p>　　[6] 王正林，劉明. 精通MATLAB[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2006</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)總結(jié)：</b></p><p>　　這次電氣傳動(dòng)

45、課程設(shè)計(jì)是專業(yè)學(xué)習(xí)階段一次理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過(guò)這次的變頻控制電機(jī)的設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。 雖然課程設(shè)計(jì)內(nèi)容較為