三相异步电动机调速系统仿真

三相异步电动机变频调速系统设计及仿真引言随着科技的发展和电力系统的逐步完善，三相异步电动机在工业和民用领域中广泛应用。

为了满足不同负载条件下的调速需求，变频调速技术成为了最为常用的方案之一、本文基于三相异步电动机的特点，设计了一个简单的变频调速系统，并通过仿真验证了系统的性能。

一、系统结构设计根据三相异步电动机变频调速系统的基本结构，本文设计了以下几个部分：输入电源模块、变频器模块、电机驱动模块和反馈传感器模块。

1.输入电源模块输入电源模块通常由整流器和滤波器组成，用于将交流电转换为直流电，并通过滤波器减小输出的纹波电压。

本文采用了简化的输入电源模块结构，以简化设计和仿真过程。

2.变频器模块变频器模块是整个系统的核心部分，用于将直流电转换为固定频率或可调频率的交流电。

本文采用的是PWM（脉宽调制）变频器，控制器利用脉宽调制技术对直流电进行精细的调节，从而实现对输出频率的控制。

3.电机驱动模块电机驱动模块主要由电机和驱动器组成，用于将变频器输出的交流电转换为机械能，驱动电机工作。

本文使用了三相异步电动机作为驱动器，并采用了传统的电动机驱动方式。

4.反馈传感器模块反馈传感器模块用于获取电机的运行状态和工作参数，实时反馈给控制器，以实现对整个系统的闭环控制。

常用的反馈传感器有电流传感器、速度传感器和位置传感器等。

二、设计流程本文设计的变频调速系统采用闭环控制方式进行控制，设计流程如下：1.确定控制策略根据系统需求，选择适合的控制策略。

常用的控制策略有PI控制、模糊控制和神经网络控制等。

本文选择了基于PI控制的控制策略。

2.设计控制器根据控制策略设计控制器，主要包括比例环节和积分环节。

比例环节用于根据偏差信号产生控制量，积分环节用于消除系统的静态误差。

本文设计了基于PI控制器的控制器。

3.仿真系统建模根据系统的物理特性，建立仿真系统的数学模型。

本文仿真系统采用母线电压法，通过电机的等效电路进行建模和仿真。

三相异步电机新模型及其仿真与实验1 引言近年来，由于电机控制技术和控制装置的发展，异步电动机的应用范围越来越广泛。

变频调速技术的不断完善，使得异步电动机也能应用于过去只能使用直流电动机的领域，并有逐渐取代直流电动机的趋势。

异步电动机的变频调速控制技术要求对异步电动机实施反馈控制，异步电动机的模型对能否获得正确的控制策略有很大的影响。

至今为止，在三相异步电动机的控制和故障诊断研究[1-3]中，绝大多数采用的是著名的PARK模型。

然而，PARK模型要在电机三相参数是对称状态时才是正确的。

当电机内部发生故障时，这个条件一般不满足。

实践证明：变频调速控制系统在电机內部故障时会产生无效甚至有害的控制后果。

电机模型不合适是重要原因之一。

很多学者为建立模拟三相异步电机內部故障的模型做了大量工作[4-5]，经典的是基于有限元计算得到的模型，这类模型可以对电机参数不对称的状态进行详细地模拟[4]。

但这类模型一般都很复杂,不适用于在线应用。

三相异步电动机还有另一种模型，即原始的相轴线模型（ABC坐标模型，方程式(1)，(2)）。

这种模型在电机三相参数不对称时仍然可以使用。

但是，这种模型的缺点是其部分参数随着电机定、转子间相对位置的变化而变化，是由一组线性变系数微分方程构成的模型。

从应用的角度来看，由于异步电机的转差，定、转子间的相对位置不断变化。

要在线检测定、转子间的相对位置并用到实时控制中去是困难的。

所以，在三相异步电动机的变频调速控制中没有采用这套模型。

针对这个问题，人们提出了很多方案[6-9]：如把不对称相等值成同其它绕组对称的绕组与一附加绕组之和的方法[6]；采用参数辨识的方法[7]等等。

但由于这些方法的基础仍是采用PARK模型，只是对其修修补补，因而效果不好。

笔者在从事三相异步电动机的故障诊断研究中，也遇到了没有合适的电机模型的问题。

通过对三相电机运行的物理机理的分析和研究，构造了一个变换函数[10]。

使用该变换函数，得到了三相异步电机的新模型。

信息工程学院基于Matlab的三相异步电动机起动、调速和制动特性仿真摘要：异步电动机目前在日常生活中已得到广泛应用，其主要特点为结构简单、运行可靠、效率较高和成本较低。

为使其应用更加广泛且性能更加完善，有必要对其最基本的起动、制动和调速性能进行深入研究。

而随着电机研究的不断深入，仿真就成为对其进行研究的一个重要手段，其中Matlab软件以其方便、高效、直观的特点，广泛应用于异步电动机的仿真研究，方便快捷且节约资源，为解决一些复杂问题带来了极大的方便。

本文通过Matlab软件进行仿真，研究异步电动机起动、调速和制动的各种方法，以找到提高其性能的途径，并通过与理论相对比，验证了本文模型的有效性和正确性。

关键词：Matlab；仿真；异步电动机Simulation for Start-up ,Speed Control and Braking Character of Three-phase Asynchronous Motor Based onMatlabAbstract:Asynchronous motor has been widely used in our daily life at present, the main characteristics of simple structure, reliable operation, high efficiency and low cost. In order to make its application more widely and performance will be improved, it is necessary for the most basic starting, braking and speed regulating performance for further research. And with the research of motor, the simulation has become an important means to study, the Matlab software, with its convenient, efficient and intuitive features, are widely used in the simulation research of asynchronous motor is convenient and save resources, to solve some complex problems has brought great convenience.Based on the Matlab software simulation, the asynchronous motor starting, speed and braking methods, in order to find ways to improve its performance, and compared with the theory, proves the correctness and the effectiveness of the model. Key words:Matlab; simulation; asynchronous motor1 设计目的和意义1.1 概述在科学技术发展迅速的当今社会，电机已经成为生活中必不可少的一部分，为人们的生产生活提供了极大的方便。

基于PLC控制的三相异步电动机调速系统作者：康婧来源：《硅谷》2009年第16期[摘要]着重阐述由三菱公司生产的PLC、变频器和触摸屏组成的三相异步电动机调速系统的工作原理及实现方法。

此调速系统依靠PLC、变频器和触摸屏三者之间的通讯实现资料共享,从而达到实时控制的目的,同时具有较高的工作可靠性,速度实时调节的灵活性,操作的简易性,维护的方便性等特性。

[关键词]PLC控制技术变频器触摸屏中图分类号:TM3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0820018-01一、前言随着计算机技术、电子技术的不断进步,PLC(可编程逻辑控制器)技术、变频(变频器)调速技术的发展极为迅速,已渗透到各个领域。

以它们为主导的现代生产技术正以史无前例的速度迅猛发展。

加上可视化的人机接口的发展,使对自动化生产过程的实时控制和实时监视成为了可能,本文以利用PLC、变频器与触摸屏等现代化控制器来实现传统的三相异步电动机速度控制为例,具体介绍PLC、变频器和触摸屏在此系统中的实际作用、工作方式及三者之间的通讯方法。

二、系统的工作原理该系统硬件的连接方式主要通过三菱FR-700变频器实现对三相异步电动机的速度调节,然后通过PLC与变频器的通讯实现数据共享,用户可以通过编制PLC程序,实现变频器参数的实时修改从而达到改变电动机速度的目的,参数修改的方式可以是外在设置的按钮组件,也可以通过触摸屏的触摸键对变频器的参数进行设定,同时触摸屏可以实时反映电动机的工作参数,如输出电压、输出功率等,从而可以满足集中控制的需求。

三、触摸屏设置与控制画面制作(一)触摸屏的通讯连接F940GTO触摸屏有两个通讯接口,分别是RS232和RS422接口,在此系统中,这RS232接口与计算机RS232接口连接,RS422接口与PLC的RS485接口连接。

(二)PLC程序设计1.正转程序介绍以上为正转指令部分,通过D11、D12对所通信的变频器站号进行设定,这里设定H30、H31表设定的站号为1号,此处设定必须与变频器自身设定一致,否则不能实现通信。

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 (3)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 (4)四、变极调速 (4)五、变频调速 (4)第四节关于matlab仿真的相关内容 (5)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 (6)第一节异步电机运行基本原理 (6)第二节异步电机的电压方程和等效电路 (6)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 (10)一、变极调速 (10)二、变频变压调速 (11)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 (14)第一节变频器的工作原理 (14)第二节变频器控制方式 (14)一、正弦脉宽调制(SPWM)控制方式 (15)二、电压空间矢量(SVPWM)控制方式 (15)三、矢量控制(VC)方式 (16)四、直接转矩控制(DTC)方式 (16)五、矩阵式交—交控制方式 (16)第三节简单的三种变频器控制方式 (17)第四节变频器的实际应用 (18)第五节正弦波脉宽调制(SPWM)变频器 (19)一、 SPWM变频器的工作原理 (20)二、 SPWM变频器的同步调制和异步调制 (21)第四章 MATLAB基于VVVF对异步电机的调速仿真实现 (24)第一节关于Matlab软件的应用与操作 (25)一、 PWM模块的组成与仿真 (25)二、电机模块的仿真 (27)三、输出观察模块的仿真 (29)第二节开环调速系统仿真 (30)第三节闭环调速系统仿真 (35)一、闭环调速Matlab仿真主模块 (36)二、控制环节模块 (37)三、仿真结果 (41)总结和展望 (46)参考文献 (48)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。

三相异步电动机变频调速系统设计及仿真引言：随着现代工业生产的不断发展，能源的需求也越来越大。

传统的电动机调速系统通常采用机械传动或者直接调节电压、频率等方式来实现调速，但是这些方法存在效率低、调速精度不高等问题。

为了解决这些问题，引入变频调速技术，可以通过改变电机供电频率来实现调速，不仅能够提高效率，还可以实现精确调速。

因此，本文设计了一种三相异步电动机变频调速系统，并进行了仿真验证。

一、系统框架设计本文设计的三相异步电动机变频调速系统主要包括三相异步电动机、变频器、控制器和传感器等几个主要组件。

其中，三相异步电动机作为执行部分，负责将电能转换成机械能，变频器作为调速部分，通过改变输入电压频率来控制电机转速。

控制器则负责监测和控制整个系统的工作状态，传感器则用来获取电机的实时状态信息，如电流、转速等。

二、电机模型建立为了进行仿真验证，需要建立电机的数学模型。

三相异步电动机可以通过电磁转矩方程来描述其动态特性。

根据电路分析和电磁场理论，可以得到如下电机转矩方程：T=(3*ρ*f*V^2*s)/(2*π*N_1)其中，T为电机转矩，ρ为极数，f为电机运行频率，V为电机定子端电压，N_1为电机定子匝数，s为滑差。

根据这个方程，可以通过调节频率和滑差来控制电机的转矩和转速。

三、变频器控制策略变频器是实现电机调速的关键设备，其工作原理是通过改变输入电压频率实现输出电压频率的调节。

常见的变频器控制策略有开环控制和闭环控制两种。

开环控制是根据电机的数学模型，通过计算期望转速和实际转速之间的误差，来调节输出电压频率；闭环控制则需要实时监测电机的转速，并将实际转速与期望转速进行比较，来调节输出电压频率。

四、系统仿真验证为了验证设计的变频调速系统的性能，需要进行仿真实验。

通过MATLAB/Simulink软件，可以搭建一个模拟的实验环境，获取电机的转速、电流等实时状态信息，并对比期望转速和实际转速之间的误差。

根据不同的控制策略，可以得到不同的调速结果，并通过比较分析来选择最优的控制策略。

基于PLC实现的三相异步电动机七段速调速实验学院：专业:学号:姓名:引言三相异步电动机的应用非常广泛，具有机构简单，效率高，控制方便，运行可靠，易于维修成本低的有点，几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域，在这些应用领域中,三相异步电动机运行的环境不同，所以造成其故障的发生也很频繁，所以要正确合理的利用它。

要合理的控制它。

这个系统的控制是采用PLC的编程语言--—-梯形图,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能，使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路,可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令,并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。

长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业，企业对自动化的需要。

进入20世纪80年代，由于计算机技术和微电子技术的迅猛发展，极大地推动了PLC的发展，使得PLC的功能日益增强，目前，在先进国家中,PLC已成为工业控制的标准设备，应用面几乎覆盖了所有工业，企业.由于PLC综合了计算机和自动化技术,所以它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平，它不但可以很容易的完成逻辑，顺序，定时，计数，数字运算，数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动化控制。

特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息，网络时代的到来,扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛的运用于众多行业。

一、实验名称:基于PLC实现的三相异步电动机七段调速实验二、实验目的：1。

吉林建筑大学城建学院课程设计报告题目名称双闭环三相异步电动机调压调速系统的仿真院（系）电气信息工程系课程名称电力拖动自动控制系统班级电气11-1学号*********学生姓名李林指导教师柏逢明起止日期2015.3.2-2015.3.13目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章双闭环三相异步电动机调压调速系统 (1)1.1设计原理 (1)1.2工作原理 (2)1.2.1 控制电路 (2)1.2.2 移相触发电路 (2)第2章设计方案 (3)2.1 主电路设计 (3)2.1.1 调压电路 (3)2.1.2 开环调压调速 (3)2.1.3闭环调压调速 (4)2.2 控制回路设计 (5)2.2.1转速检测环节和电流检测环节的设计 (5)2.2.2调速系统的静态参数分析 (9)2.3 触发电路设计 (11)第3章仿真设计 (12)3.1 调压电路 (12)3.1.1 调压电器的仿真模型 (12)3.1.2 参数的设定 (13)3.1.3电阻负载的仿真图形 (14)3.2 异步电动机带风机泵类负载开环调压调速模块 (15)3.2.1 参数设定 (15)3.2.2闭环调压 (18)结论 (21)致谢 (22)参考文献 (23)摘要调压调速是变转差率调速的一种。

由电机原理可知当转差率s基本保持不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电动机转速的目的。

改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。

目前广泛采用的交流调压器由晶闸管等器件组成。

它是将三个双向晶闸管分别接到三相交流电源与三相定子绕组之间，通过调整晶闸管导通角的大小来调节加到定子绕组两端的端电压。

晶闸管三相交流调压电路的连结方式很多，各有其特点。

双闭环调压调速特性以前用饱和电抗器，现在广泛采用晶闸管调压电路。

在前面所述的开环系统的调速中，其机械特性软，调速范围较窄。

加转速负反馈系统环节后成了调压调速的闭环控制系统。

第1章绪论1.1 双闭环三相异步电动机调压调速系统的原理和组成调压调速即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。

理论依据来自异步电动机的机械特性方程式：其中，p为电机的极对数；为定子电源角速度；w1U为定子电源相电压；1’为折算到定子侧的每相转子电阻；R2R为每相定子电阻；1为每相定子漏感；L11L为折算到定子侧的每相转子漏感；12S为转差率。

图1-1异步电动机在不同电压的机械特性由电机原理可知，当转差率s基本保持不变时，电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比。

因此，改变定子电压就可以得到不同的人为机械特性，从而达到调节电动机转速的目的1.2 双闭环三相异步电动机调压调速系统的工作原理系统主电路采用3个双向晶闸管，具有体积小。

控制极接线简单等优点。

A.B.C 为交流输入端，A 3.B3.C3为输出端，接向异步电动机定子绕组。

为了保护晶闸管，在晶闸管两端接有阻容器吸收装置和压敏电阻。

1.2.1 控制电路速度给定指令电位器BP1所给出的电压，经运算放大器N组成的速度调节器送入移相触发电路。

同时，N还可以得到来自测速发电机的速度负反馈信号或来自电动机端电压的电压反馈信号，以构成闭环系统，提高调速系统的性能。

1.2.2 移相触发电路双向晶闸管有4种触发方式。

本系统采用负脉冲触发，即不论电源电压在正半周期还是负半周期，触发电路都输出负得触发脉冲。

负脉冲触发所需要的门极电压和电流较小，故容易保证足够大的触发功率，且触发电路简单。

TS是同步变压器，为保证触发电路在电源正负半波时都能可靠触发，又有足够的移相范围，TS采用DY11型接法。

移相触发电路采用锯齿波同步方式，可产生双脉冲并有强触发脉冲电源（+40V）经X31送到脉冲变压器的一次侧第2章 双闭环三相异步电动机调压调速系统的设计方案2.1 主电路设计2.1.1 调压电路改变加在定子上的电压是通过交流调压器实现的。

目前广泛采用的交流调压器由晶闸管等器件组成。

目录前言 (1)1 异步电动机动态数学模型 (2)1.1电压方程 (2)1.2磁链方程 (3)1.3转矩方程 (5)1.4运动方程 (6)2 坐标变化和变换矩阵 (8)2.1三相--两相变换（3/2变换） (8)3 异步电动机仿真 (9)3.1异步电机仿真框图及参数 (9)3.2异步电动机的仿真模型 (11)4 仿真结果 (15)5 结论 (16)参考文献 (17)前言随着电力电子技术与交流电动机的调速和控制理论的迅速发展,使得异步电动机越来越广泛地应用于各个领域的工业生产。

异步电动机的仿真运行状况和用计算机来解决异步电动机控制直接转矩和电机故障分析具有重要意义。

它能显示理论上的变化,当异步电动机正在运行时,提供了直接理论基础的电机直接转矩控制(DTC),并且准确的分析了电气故障。

在过去,通过研究的异步电动机的电机模型建立了三相静止不动的框架。

研究了电压、转矩方程在该模型的功能,同相轴之间的定子、转子的线圈的角度。

θ是时间函数、电压、转矩方程是时变方程这些变量都在这个运动模型中。

这使得很难建立在αβ两相异步电动机的固定框架相关的数学模型。

但是通过坐标变换,建立在αβ两相感应电动机模型框架可以使得固定电压、转矩方程,使数学模型变得简单。

在本篇论文中,我们建立的异步电机仿真模型在固定框架αβ两相同步旋转坐标系下,并给出了仿真结果,表明该模型更加准确地反映了运行中的电动机的实际情况。

1 异步电动机动态数学模型在研究三相异步电动机数学模型时，通常做如下假设 1) 三相绕组对称，磁势沿气隙圆周正弦分布；2) 忽略磁路饱和影响，各绕组的自感和互感都是线性的； 3) 忽略铁芯损耗4) 不考虑温度和频率对电阻的影响异步电机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。

1.1 电压方程三相定子绕组的电压平衡方程为（1-1）与此相应，三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为（1-2）式中 A u , B u , C u , a u , b u ,c u —定子和转子相电压的瞬时值；A i ,B i ,C i , a i , b i ,c i —定子和转子相电流的瞬时值；A ψ,B ψ,C ψ, a ψ, b ψ,c ψ—各相绕组的全磁链； Rs, Rr —定子和转子绕组电阻上述各量都已折算到定子侧，为了简单起见，表示折算的上角标“ ’”均省略，以下同此。