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MATLAB模拟下的异步电机调速系统优化与仿真
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更新于2024-06-24
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该文档是一篇基于MATLAB的异步电机调速仿真毕业论文,主要探讨了在现代能源需求和节能背景下,异步电机调速技术的应用和发展。论文首先介绍了研究背景,指出传统调速方法如串电阻、变极等存在效率低下问题,强调了利用电能控制技术改进电机性能的重要性。 第二章详细讨论了不同类型的交流调速系统,包括调压调速、串级调速、变级调速、电磁调速和变频调速,分析了各自的优缺点,并最终选择了变频调速作为论文的核心内容。变频调速因其能实现无级调速且具有较高的效率,成为现代电机控制的趋势。 第三章深入研究了异步电机的变频调速,介绍了异步电机的基本物理模型,重点探讨了几种常用的变频控制方式,如直接转矩控制、矩阵式控制、SVPWM和SPWM控制。作者对每种控制方式的特点进行了比较,最后确定了SPWM变频调速作为仿真研究的基础。 第四章详述了如何使用MATLAB进行异步电机调速的仿真,包括MATLAB的基本介绍、仿真模块的选择以及具体步骤。这部分内容涵盖了SPWM逆变器的建模仿真,如参数设置、SPWM模型的构建和实际仿真过程。然后,作者构建了异步电机的SPWM调速系统仿真模型,并展示了具体的仿真结果。 论文的第五章总结了研究的主要成果,对未来的研究方向进行了展望。作者强调了MATLAB在异步电机调速仿真中的实用性和重要性,以及该技术在节能和电机优化方面的应用潜力。此外,还列举了参考资料和致谢部分,体现了作者严谨的学术态度和对前人工作的尊重。 这篇论文旨在通过MATLAB仿真技术,提升异步电机的调速性能,减少能源浪费,对于推动我国中小型电机行业的技术进步和节能减排具有实际意义。
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第 2 章 异步电机调速系统方案选择
2.1 交流调速系统
异步电机的稳态数学模型包括异步电动机稳态时的等效电路和机械特性,
两者有联系又有区别。稳态等效电路描述了在一定转差率下电动机的稳态电气
特性,而机械特性则表征了转矩与转差率的稳态关系。
按照定义,转差率与转速的关系为:
n
=
60
f
1
p
式中
n
1
——同步转速
p——为电机极对数
f
1
——供电电源频率
而同步转速与电机角速度关系为:
n
=
60ω
2π
=
9.55ω
按照交流异步电动机原理,从定子传输到转子的电磁功率 Pm 分成成两部
分:一部分是拖动负载的有效功率;另一部分是传输给转子电路的转差功率,
与转差率 s 成正比。从能量转换的角度看,转差率是否增大,能量石被消耗掉
还是得到利用,是评价调速系统性能高低的标志。
转差功率消耗型调速系统:这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在
转子回路中,定子降电压调速和绕线转子电动机串电阻调速均属于这一类。
转差功率馈送型调速系统:在这类系统中,一部分转差功率被消耗掉,大
部分则通过变流装置回馈给电网或转化成机械能予以利用,转速越低,能利用
的功率越多,绕线转子异步电动机串级调速属于这一类。
转差功率不变型调速系统:在转差功率中,转子铜损是不可避免的,在定
子侧实行变压变频控制时,无论转速高低,转子铜损基本不变,转子电路中没
有附加的损耗,因此效率最高,是应用最广的一种调速方案。
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2.2 交流调速方案
2.2.1 调压调速
保持电源频率 f1 为额定频率 f1n,只改变定子电压 Us 的调速方法称作调压
调速。由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制,定子电压 Us 只能降低,不能升高,
故又称作降压调速。
调压调速的基本特征是电动机同步转速保持为额定值不变,即
n
1
=
n
1N
=
60
f
1
N
p
而气隙磁通 Φm 随定子电压的降低而减小,属于弱磁调速。
当改变电动机的定子电压时,可以得到一组不同的机械特性曲线,从而获
得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比,因此最大转矩下降很多,
其调速范围较小,使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围,调压调速
应采用转子电阻值大的笼型电动机,如专供调压调速用的力矩电动机,或者在
绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围,当调速在 2:1 以上的
场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。 调压调速的主要装置是一个能
提供电压变化的电源,常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶
闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点: 调压调速线路简
单,易实现自动控制; 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中,效
率较低。 调压调速一般适用于 100KW 以下的生产机械。
2.2.2 串级调速
在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个
可变频、可变幅的电压。将异步电动机转子电压先整流成直流电压,然后在引
入一个附加的直流电动势,控制此直流附加电动势的幅值,就可以调节异步电
动机的转速。这样一来就把交流电机调速的问题转化为与频率无关的直流变压
问题,对问题的分析与工程实现都方便多了。加入这一直流附加电动势要有一
定的技术要求:首先,他应该是可以平滑调节的,以满足对电动机转速平滑调
节的要求;其次,从节能的角度看,希望产生附加直流电动势的装置能够吸收
从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。根据以上的要求,较好的
方案是采用工作在有源逆变状体的晶闸管可控整流装置作为产生直流附加电动
势的电源。
串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动
机的转差,达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收,再利
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