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1、5 交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真5.1 交流电动机减压软起动系统仿真5.2 转速开环恒压频比控制交流异步电动机调速系统仿真5.3 空间矢量的坐标变换5.4 异步电动机PWM逆变器驱动仿真5.5 三相异步电动机矢量变频调速系统仿真2交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真5.1 交流电动机减压软起动系统仿真1、降压软起动存在问题 在有限供电系统中较大存量的交流电动机起动时，由于起动电流过大，会引起电网电压下降，而影响其他用电设备的正常工作。2、传统的减压起动方法：星三角起动和自耦变压器起动等。3
2、、现代的减压起动方法：应用晶闸管交流调压原理构造软起动器。4、晶闸管软起动器的电气原理图3交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真5、仿真电路：4交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真（1）主电路部分三相对称电源、晶闸管整流桥、交流电动机、脉冲发生器。（2）控制电路部分 由Step，GI和Fcn模块组成，其中Step 给出阶跃起动信号，GI模块用于设定起动曲线，函数Fcn用于使控制信号与触发器输入情号要求相匹配。5交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真给定积分GI模块：其中放大器(G
3、ain)的作用是使积分时间常数不受放大器输入偏差大小的影响，本例中放大倍数取为1000。限幅器用于设定积分时间常数，调节限幅器的上下限可以调节给定积分器输出曲线的上升斜率。6交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真 Fcn模块：晶闸管三相调压器给电动机供电时，晶阳管控制角的移相范围受一定限制，当控制角较大时，调压器输出电压过低，电动机起动转矩太小电动机不能起动；当控制角小于电动机功率因数角时，调压器失去调压作用，调压器输出全电压；本例调压器触发模块移相控制电压Uc与控制角的关系如图所示。综合以上因素在控制环节中设置函数匹配环节，匹配关系式为：其中：6.5为能
4、使电动机起动的最小控制电压 u(1)为给定积分器输出。7交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真8交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真5.2 转速开环恒压频比控制交流异步电动机调速系统仿真1、恒压频比控制的交流异步电动机调速系统特点在基频以下的调速过程中可以保持电动机气隙磁通基本恒定，在相同转矩条件下电动机的转差率基本不变，所以电动机有较硬的机械特性，使电动机有较好的调速性能。如果频率较低，定子阻抗压降所占比重较大，电动机难以保持气隙磁通不变，电动机的最大转矩将随频率的下降而减小。为使电动机在低频低速时仍有较大的转矩，
5、需要进行低频电压补偿。9交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真2、恒压频比变频调速系统的基本原理结构由升降速时间设定、Uf 曲线、SPWM调制和驱动组成。3、仿真电路10交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真11交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真4、模型12交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真取整环节(integer)，使频率为整数。VF曲线由函数发生器Fcn产生，根据频率确定相应的电压值，其函数表达式为函数模块ua、ub、uc分别用于产
6、生三相调制信号。其中u(1)、u(2)、u(3)依次表示电压、频率和时间。13交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真5、仿真参数14交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真6、仿真曲线15交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真16交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真5.3 空间矢量的坐标变换1、三相静止坐标系和两相静止坐标系的变换在功率不变的条件下，按磁动势相等的原则，交流电机中三相对称绕组产生的空间旋转磁场可以用两相对称绕组来等效。17交流调
7、速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真 2、两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换两相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换是用于建立两相静止绕组和两相旋转绕组间电压或电流之间的关系。18交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真3、三相静止坐标系和两相旋转坐标系的变换三相静止坐标系到两相任意旋转坐标系的变换矩阵为两相任意旋转坐标系到三相静止坐标系的变换矩阵为19交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真5.4 异步电动机PWM逆变器驱动仿真1、电路描述三相电动机额定功率3马力，额定电压220V，额定转
8、速1725转，由SPWM逆变器供电。电网频率为60Hz，三角波频率为1980Hz。PWM逆变器由Simulink基本模块搭建。输出电压通过受控电压源模块向异步电动机定子绕组供电，转子短路。为仿真逆变器与电机间电抗器的影响，定子漏电感LIs设为实际值的二倍，负载转矩设为11.9N.m。电机静止启动，转速设定为额定值，达到额定转速时间为0.9s。2、仿真模型及结果20交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真21交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真仿真曲线1：SPWM调制信号22交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控
9、制系统仿真电力拖动控制系统仿真仿真曲线2：SPWM电压信号23交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真仿真曲线3：转速、电磁转矩信号24交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真仿真曲线4：定子、转子电流25交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真3、仿真说明（1）仿真参数，由于逆变器开关频率为1980Hz，相对误差设定为1e-7。（2）电机定子、转子电流谐波成分较多，电磁转矩也是一样，但转速由于电机的惯性作用比较平滑。（3）电机定子端电压的有效值的基波成分，可有采用傅立叶分析模块提取，该
10、模块位于Extras library/Measurements group。（4）观察PWM逆变器输出，使用示波器的放大功能以便观看波形。26交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真5.5 三相异步电动机矢量变频调速系统仿真1、系统模型与模型说明三相异步电动机有电流控制的PWM逆变器供电。电机驱动机械负载，惯性为J，摩擦系数为B，负载转矩为TL。转速控制环使用比例积分控制器产生q轴电流。q轴电流iq*控制电机输出转矩，d轴电流id*控制控制电机磁通。DQ-ABC模块用于 将 id*和 iq*转换为 ia*,ib*,and ic*。用于电压、电流测量模块满足信号提取和可视化目的。27交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真28交流调速系统的仿真交流调速系统的仿真电力拖动控制系统仿真电力拖动控制系统仿真29