三相异步电动机闭环调压调速仿真

三相异步电动机晶闸管调压调速仿真

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(陕西西安710054 )

摘要：利用Matlab建立异步电动机晶闸管调压调速模型，通过调节反并联晶闸管的触发角可以对异步电动机定子电压进行控制，对开环和闭环系统进行仿真比较，不断调整寻找最佳的控制参数，最终得到闭环系统的最佳模型，并给以扰动测试该系统。

关键词：晶闸管调压调速闭环控制参数

0 引言

随着电力电子器件的发展，电动机调速发展迅速，目前应用较为广泛的分别是变频调速（VVVF）、直接转矩调速（DTC）和调压调速（VV），其中传统的调压调速是各种调速方法中较简单，且易于实现的的一种调速方法，在一些转速转矩要求不高的场合仍有大量应用。

1 调压调速

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，而气隙磁通

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随着定子电压????的降低而减小，属于弱磁调速。三相异步电动机调压调速的机械特性表达式如下：

????可调，电磁转矩与定子电压的平方成正比，机械特性如图1所示

图1调压调速机械特性图

带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超过 0 ~ sm，调速范围有限。如果带风机类负载运行，则工作点为D、E、F，调速范围可

以大一些。

带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转差功率、减小输出功率来换取转速的降低。

过去改变交流电压的方法多用自耦变压器或带直流磁化绕组的饱和电抗器，自从电力电子技术兴起以后，这类比较笨重的电磁装置就被晶闸管交流调压器取代了。

目前，交流调压器一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串接在三相电路中，主电路接法有多种方案，用相位控制改变输出电压；本文采用双向晶闸管交流调压电路，如图2所示。

图2双向晶闸管交流调压器

下面以单相为例讨论晶闸管调压电路的工作原理，原理图如图3所示。

图3单相晶闸管交流电路

由上图可知，触发角α越大，半周期内晶闸管导通的时间就越短，周期内电压有效值越小，即通过调节导通角的大小就可以达到调节定子电压的目的。

2开环仿真实验

在Matlab中搭建调压系统开环模型，如图4所示。

图4 三相异步电动机开环调压调速仿真模型 设置时长为10s，运行方法为ob23s，分别调节导通角α为10°，45°，75°，负载类型为很赚巨大、负载，可得转速波形如图5所示；

（a）导通角α为10°时转速波形

（b）导通角α为45°时转速波形

（c）导通角α为75°时转速波形

图5开环调压调速恒转矩负载下电机转速波形 由仿真结果不难看出，调压调速方式下异步电动机的转速变化范围较小，且不稳定，容易波动，在5s时将负载转矩由6增加到9.6可得图6波形。

图6开环调压调速负载突增情况下电机转速波形

调压调速方式下，负载转矩突然增大会导致转速有明显的降低，过渡时间较长。

3闭环仿真实验

在开环系统的基础上搭建转速闭环调节系统，其他模型不变，模型如图7所示。 图7三相异步电动机闭环调压调速仿真模型 由开环系统仿真结果设定导通角为75°，对应转速给定为1380，仿真时长调整为20s，PID参数分别为0.3、0.6、0.5，其他参数不变，可得导通角为75°时的闭环转速波形如图8所示。

图8 导通角为75°时的闭环转速波形 转速闭环系统下，转速经波动后稳定在1380左右，稳定后的曲线平直，转速上升较快，总体波动较小，设定在13时，将转速给定值增加到1430可得图9中所示波形。

图9给定转速突增情况下的闭环转速波形 与开环情况下相比，闭环系统转速调节较为稳

定，过渡时间短，转速值稳定且与给定值相一致，抗扰动性能较强。

4总结

三相异步电动机调压调速较为简单，但机械特性不好，在做闭环仿真时使用PI调节器的情况下，参数基本不用调整，使用了PID工具，整定参数值较为复杂，但系统相应速度有所提高。

今后的研究方向可以从控制策略入手，采用模糊PID控制方法，将电机电流也纳入闭环控制，继续研究闭环系统下，三相异步电动机调压调速的特性。

参考文献：

【1】阮毅，陈伯时主编。电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2009.8

【2】李发海，朱东起。电机学[M].北京:科学出版社，2007.6

【3】马宏忠，方瑞明，王建辉。电机学[M].北京：高等教育出版社，2009.1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/er0t.html