优质毕业设计基于MATLABSIMULINK的交流电动机调速系统仿真.doc

1 绪论

1.1 课题研究背景及目标
1.1.1 研究背景
直流调速系统关键优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好和含有良好动态性能。在相当长时期内，高性能调速系统几乎全部是直流调速系统。尽管如此，直流调速系统却处理不了直流电动机本身换向和在恶劣环境下不适应问题，同时制造大容量、高转速及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流拖动系统深入发展。
交流电动机自1985年出现后，因为没有理想调速方案，所以长久用于恒速拖动领域。20世纪70年代后，国际上处理了交流电动机调速方案中关键问题，使得交流调速系统得到了快速发展，现在交流调速系统已逐步替换大部分直流调速系统。现在，交流调速已含有了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率和能够四象限运行等优异特征，其稳、动态特征均能够和直流调速系统相媲美。
和直流调速系统相比，交流调速系统含有以下特点：
（1） 容量大；
（2） 转速高且耐高压；
（3） 交流电动机体积、重量、价格比相同容量直流电动机小，且结构简单、经济可靠、惯性小；
（4） 交流电动机环境使用性强，坚固耐用，能够在十分恶劣环境下使用；
（5） 高性能、高精度新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样性能指标；
（6） 交流调速系统能显著节能；
从各方面看，交流调速系统最终将替换直流调速系统。
1.1.1 研究目标
本课题关键利用MATLAB-SIMULINK软件中交流电机库对交流电动机调速系统进行仿真，由仿真结果图直接认识交流系统机械特征。本文关键对三相交流调压调速系统进行仿真研究，认识PID调整器参数改变对系统性能影响，认识该系统动态及静态性能优劣及适用环境。
1.2 文件综述
在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能关键设备，一是要含有较高机电能量转换效率；二是应能依据生产机械工艺要求控制和调整电动机旋转速度。电动机调速性能怎样对提升产品质量、提升劳动生产率和节省电能有着直接决定性影响。所以，调速技术一直是研究热点[1][2]。而交流调速系统凭着其绝正确优势，最终必将替换直流调速系统[3]。
近几年来，科学技术快速发展为交流调速技术发展发明了极为有利技术条件和物质基础。交流电动机调速系统不仅性能同直流电动机性能一样，而且成本和维护费用比直流电动机系统更低，可靠性更高[4]。现在，国外优异工业国家生产直流传动装置基础呈下降趋势，交流变频调速装置生产大幅度上升。在日本，1975年在调速领域，直流占80%，交流占20%；1985年交流占80%,直流占20％[5]。到现在为止，日本除了部分地方还继续采取直流电机外，几乎全部调速系统全部采取变频装置[6][7]。
计算机仿真技术在交流调速系统应用，使得对交流调速性能分析和研究变更为方便。传统计算机仿真软件包用微分方程和差分方程建模，其直观性、灵活性差，编程量大，操作不便。伴随部分大型高性能计算机仿真软件出现，实现交流调速系统实时仿真能够较轻易地实现[8]。如：matlab软件已经能够在计算机中全过程地仿真交流调速系统整个过程。matlab语言很适合于交流调速领域内仿真及研究，能够为一些问题处理带来极大方便并能显著提升工作效率。伴随新型计算机仿真软件出现，交流调速技术必将在成本控制、工作效率、实时监控等方面得到长足进步[9][10]。
交流调速技术发展到今天，相对而言已经比较成熟，在工业中得到了广泛应用，不过伴随部分新电力电子器件和部分新控制策略出现，工业应用对交流调速系统又提了新要求，现代交流电机调速技术研究和应用前景十分宽广。
20世纪80年代中期研制开发出一个新型交流调速系统——开关磁阻电动机调速系统，它将新型电机、现代电力电子技术和控制技术融为一体，形成一个经典机电一体化调速系统。因为它在效率、调速性能和成本方面全部含有一定优势，已成为现代电力拖动一个热门课题，将会在调速领域占有一席之地。
交流调速控制策略多年来发展很快速，诸如转差矢量控制，自适应控制（磁通自适应、断续电流自适应、参数自适应等模型参考自适应控制），状态观察器（磁通观察器、力矩观察器等），为赔偿速度降以提升精度前馈控制，以节能、平稳、快速等为目标函数优化控制，线性二次型积分控制，滑模变结构控制，直接转矩控制及模糊控制等已见诸中国外相关文件及杂志中[11][12][1]。
1.3 论文关键工作
1.分析多种调速系统在实际利用中优缺点，分析多种调速方法适用场所。
2.关键分析掌握三相交流调压调速原理，机械特征等，然后对其进行MATLAB仿真实现，经过修改系统各部分参数，能够输出稳定波形。依据示波器输出结果，对系统性能进行分析。
1.4 论文章节安排
第一章 绪论：关键介绍本课题研究背景和研究内容，和交流调速系统在中国外发展和前景展望；介绍了文章关键工作安排和论文章节安排。
第二章 交流调速系统：比较交流调速系统多种调速方案，关键分析了交流调压调速系统原理及机械特征，及对交流调压调速电路和闭环调压调速系统进行了关键研究分析。
第三章 交流调压调速系统MATLAB仿真：利用MATLABSIMULINK工具箱分别对异步电动机调压调速系统主电路和控制电路进行建模和参数设置，最终建立了异步电动机调压调速系统电路仿真模型，并对其进行了仿真分析和研究，给出仿真结果，经过对仿真结果分析验证了交流调压电路工作原理和所建模型正确性。
第四章 结论：对全文进行总结，指明异步电动机调压调速系统发展方向。

2 交流调速系统原理和特征

2.1交流调速系统
交流电机包含异步电动机和同时电动机两大类。对交流异步电动机而言，其转速为：
（2-1）
从转速公式可知改变电动机极对数，改变定子供电功率和改变转率全部可达成调速目标。
对同时电动机而言，同时电动机转速为：
（2-2）
因为实际使用中同时电动机极对数是固定，所以只有采取变压变频（VVVF）调速，即通常说变频调速。
利用到实际中交流调速系统关键有：变级调速系统、串级调速系统、调压调速系统、变频调速系统[1]。
(1)变极调速系统：调旋转磁场同时速度最简单措施是变极调速。经过电动机绕组改接使电机从一个极数变到另一个极数，从而实现异步电动机有级调速。
变极调速系统所需设备简单，价格低廉，工作也比较可靠，但它是有级调速，通常为两种速度，三速以上变极电机绕组结构复杂，应用较少。变极调速电动机关键在于绕组设计，以最少线圈改接和引出头以达成最好电机技术性能指标。
(2)串级调速系统：绕线转子异步电动机串级调速是将转差功率加以利用一个经济、高效调速方法。改变转差率传统方法是在转子回路中串入不一样电阻以取得不一样斜率机械特征，从而实现速度调整。这种方法简单方便，但调速是有级，不平滑，而且转差功率消耗在电阻发烧上，效率低。自大功率电力电子器件问世后，采取在转子回路中串联晶闸管功率变换器来完成馈送转差功率任务，这就组成了由绕线异步电动机和晶闸管变换器共同组成晶闸管串级调速系统。转子回路中引入附加电势不仅能够改变转子回路有功功率——转差功率大小，而且还能够调整转子电流无功分量，即调整异步电动机功率因数。
(3)调压调速系统：异步电动机电机转矩和输入电压基波平方成正比，所以改变电机端电压(基波)能够改变异步电动机机械特征和它和负载特征交点，来实现调速。
异步电动机调压调速是一个比较简单调速方法。在20世纪50年代以前通常采取串饱和电抗器来进行调速。多年来伴随电力电子技术发展，多采取双向晶闸管来实现交流调压。用双向晶闸管调压方法有两种：一是相控技术，二是斩波调压。采取斩波控制方法可能调速不够平滑，所以在异步电机调压控制中多用相控技术。不过采取相控技术在输出电压波形中含有较大谐波，会引发附加损耗，产生转矩脉动[15]。
(4)变频调速系统：在多种异步电机调速系统中，效率最高、性能最好系统是变压变频调速系统。变压变频调速系统在调速时，须同时调整定子电源电压和频率，在这种情况下，机械特征基础上平行移动，转差功率不变，它是目前交流调速关键方向[16]。
调压调速系统优点是线路简单，价格廉价，使用维修方便，本文关键针对交流调压调速系统进行MATLAB仿真。下面对交流调压调速系统原理及机械特征进行介绍。
2.2 交流异步电动机调压调速系统
2.2.1 三相交流调压电路
交流调压调速需要三相交流调压电路，晶闸管三相交流调压电路接线方法很多，工业上常见是三相全波星形连接调压电路。图2.1所表示。这种电路接法特点是负载输出谐波分量低，适适用于低电压大电流场所[11]。

图2.1 三相全波星形连接调压电路
要使得该电路正常工作，必需满足下列条件：
(1)在三相电路中最少有一相正向晶闸管和另一相得反相晶闸管同时导通。
(2)要求采取脉冲或窄脉冲触发电路。
(3)为了确保输出电压三相对称而且有一定调整范围，要求晶闸管触发信号除了必需和对应交流电源有一致相序外，各个触发信号之间还必需严格保持一定相位关系。即要求U、V、W三相电路中正向晶闸管（即在交流电源为正半周时工作晶闸管）触发信号相位互差120°，三相电路中反向晶闸管触发信号相位互差120°；在同一相中反并联两个正、反向晶闸管触发脉冲相位应互差180°。由上面结论，可得三相调压电路中各晶闸管触发次序为VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT1以这类推。相邻两个晶闸管触发信号相位差60°。
在晶闸管交流调压中，晶闸管可借助于负载电流过零而自行关断，不需要另加换流装置，故线路简单、调试轻易、维修方便、成本低廉，从而得到广泛应用。
2.2.2 调压调速原理
依据异步电动机机械特征方程式
（2-3）
其中 ——电动机极对数
、——电动机定子相电压和供电角频率
——转差率
、——定子每相电阻和折算到定子侧转子每相电阻
、——定子每漏感和折算到定子侧转子每相漏感
可见，当转差率一定时，电磁转矩和定子电压平方成正比。改变定子电压可得到一组不一样人为机械特征，图2.2所表示。在带恒转矩负载时，能够得到不一样稳定转速，图中A，B，C点，其调速范围较小，而带风机泵类负载时，可得到较大调速范围，图2.2中D，E，F点。

图2.2 异步电动机在不一样定子电压时机械特征
所谓调压调速，就是经过改变定子外加电压来改变电磁转矩，可得到较大调速范围，从而在一定输出转矩下达成改变电动机转速目标[13]。
为了能在恒转矩负载下扩大调压调速范围，使电机在较低速下稳定运行又不致过热，可采取电动机转子绕组有较高电阻值时机械特征。在恒转矩负载下交流力矩电动机机械特征。图2.3显示这类电动机调速范围增大了，而且在堵转转矩下工作也不致烧毁电动机[1][4]。

图2.3　交流力矩电机在不一样定子电压时机械特征
2.2.3 闭环控制调压调速系统
2.2.3.1 系统组成及其静特征
异步电动机调压调速时，采取一般电机调速范围很窄；而且在低速运行时候稳定性很差，在电网电压、负载有扰动时候会引发较大转速改变。处理这些矛盾根本方法是采取带转速负反馈闭环控制，以达成自动调整转速目标。在调速要求不高情况下，也可采取定子电压负反馈闭环控制。
图2.4（a）是带转速负反馈闭环调压调速系统原理图，图2.4（b）是对应调速系统静特征。假如系统带负载在A点稳定运行，当负载增大造成转速下降时，经过转速反馈控制作用提升定子电压，使得转速恢复，即在新一条机械特征上找到了工作点。同理，当负载减小使得转速升高时，也能够得到新工作点。将工作点、A、连起来就是闭环系统静特征[1]。

（a）原理图

(b)静特征
图2.4 转速负反馈闭环控制交流调压调速系统
在额定电压下机械特征和最小电压下机械特征是闭环系统静特征左右两边极限，当负载改变达成两侧极限时，闭环系统便失去控制能力，回到开环机械特征上工作[14]。
对图2.4（a）所表示系统，可画出系统静态结构图，见图2.5所表示：

图2.5 异步电动机调压调速系统静态结构图
图中：----晶闸管交流调压器VVC和触发装置GT放大系数；
----触发装置控制电压；
----为转速反馈系数；
----测速发电机TG输出反馈电压。
转速调整器ASR采取PI调整器；是由式（2-3）描述异步电动机械特征方程，它是一个非线性函数。
2.2.3.2 近似动态结构图
异步电动机调压调速近似动态结构图以下所表示：
图2.6 异步电动机调压调速系统近似动态结构图
图中各步骤传输函数为:
(1) 转速调整器ASR
常见PI调整器消除静差并改善动特征，其传输函数为：
（2-4）
(2) 晶闸管交流调压器和触发装置GT-V
假定该步骤输入输出关系是线性,在动态中可近似为一阶惯性步骤，其近似条件和晶闸管触发和整流装置一样。本步骤传输函数可表示为:
（2-5）
(3) 测速反馈步骤FBS
考虑到反馈滤波作用, 传输函数为:
（2-6）
(4) 异步电动机MA
因为描述异步电动机动态过程是一组非线性微分方程，只用一个传输函数来正确表示异步电动机在整个调速范围内输入输出关系式不可能。只有做出一定假设，并用稳态工作点周围微偏线性化方法才能得到近似传输函数。

3 交流调压调速系统MATLAB仿真

3.1系统建模和模型参数设置
3.1.1主电路建模和参数设置
主电路关键由三相对称交流电压源、晶闸管、晶闸管三相交流调压器、交流异步电动机、电机信号分配器等部分组成。
下面分别讨论三相交流电源、三相交流调压器、同时脉冲触发器、交流异步电动机、电机测试信号分配器建模和参数设置问题[16]。
3.1.1.1 三相交流电源建模和参数设置
首先从图3.1中电源模块组中选择一个交流电压源模块，再用复制方法得到三相电源另两个电压源模块，并把模块名称分别修改成A相、B相、C相。然后从图3.2中链接器模块组中选择“ground”元件也复制成三份，按图3.3所表示连接即可

图3.1 Simulink中电源模块

图3.2 Simulink中连接模块

图3.3 三相交流电源模型
为了得到三相对称交流电压源，对其参数设置：
双击A相交流电压源图标打开参数设置对话框，A相得参数设置分别是：幅值（peak amplitude）取220V、初相位(Phase)设置成、频率(Frequency)设置为50HZ，其它为默认值。B、C参数设置方法和A相相同，除了将初相位设置成互差以外，其它参数全部和A相相同。由此可得到三相对称交流电源[4]。
3.1.1.2 晶闸管三相交流调压器建模和参数设置
晶闸管三相交流调压器通常是采取三对反并联晶闸管元件组成，单个晶闸管元件采取“相位控制”方法，利用电网自然换流。图3.4中所表示为晶闸管三相交流调压器仿真模型。

图3.4 晶闸管三相交流调压器仿真模型子系统
触发脉冲次序为V1－V2－V3－V4－V5－V6，其中V1－V3－V5之间和V4－V6－V2之间互差120度，V1－V4之间、V3－V6之间、V5－V2之间互差180度。
双击晶闸管对话框得到晶闸管参数设置图，依据图中要求及系统要求对其进行参数设置以下：
电阻（Resistance Ron）：40 ；
电感（Inductance Lon）：0H；
正向电压（Forward voltage Vf）：0.8V;
初始电流（Initial current Ic）：0A；
缓冲器电阻（Subber resistance Rs）：1200 ；
缓冲器电容（Subber capacitance Cs）：250 。
上图是用单个晶闸管元件按三相交流调压器接线要求搭建成仿真模型，单个晶闸管参数设置仍然遵照晶闸管整流桥参数设置标准，具体以下：假如针对某个具体变流装置进行参数设置，对话框中参数应取默认值进行仿真，若仿真结果理想，就可认可这些设置参数，若仿真结果不理想，则经过仿真试验，不停进行参数优化，最终确定其参数。这一参数设置标准对其它步骤参数设置也是适用[18]。
在使用Simulink进行系统仿真分析时，首先需要进行模块参数设置，所以需要对系统中全部模块进行正确参数设置。假如逐一对各个系统进行参数设置时很繁琐，因为子系统通常均为含有一定功效模块组集合，在系统中相当于一个单独模块，含有特定输入和输出关系。对于已经设计好子系统而言，能够像Simulink模块库中模块一样进行参数设置，则会给用户带来很大方便，这时用户只需要对子系统参数选项中参数进行设置，无需关心子系统内部模块实现。具体封装步骤以下：
选择需要封装子系统（Subsystem）,然后单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Mask Subsystem项，或单击Edit-Mask Subsystem项[19]。这时将出现图中所表示封装编辑器。使用封装编辑器子系统中图标、参数初始化设置对话框和帮助文档，从而可使使用户设计出很友好模块界面，以充足发挥Simulink强大功效。
打开Mask editor:Subsystem对话框，图3.5所表示。使用此编辑器能够对封装后子系统进行多种编辑。在默认情况下，封装子系统不使用图标。但友好子系统图标可使子系统功效一目了然。为了增强封装子系统界面友好性，用户能够自定义子系统模块图标。只需在途中编辑对话框中“图标和端口”选项卡中“绘制命令”栏中使用MATLAB中对应便能够绘制模块图标，并可设置不一样参数控制图标界面显示[20]。

图3.5 子系统封装编辑器
下图为晶闸管三相交流调压器子系统封装图以下所表示：

图3.6 三相交流调压器子系统封装图
图中，Ua，Ub，Uc分别连接三相交流电源三相，P连接从脉冲触发器出来触发脉冲，输出a，b，c分别连接交流电动机A，B，C 输入[4]。
3.1.1.3 同时脉冲触发器建模和参数设置
通常，工程上将触发器和晶闸管整流桥作为一个整体来研究，所以，在此处讨论同时脉冲触发器。同时脉冲触发器包含同时电源和6脉冲触发器两部分。6脉冲触发器能够从图3.7所表示附加模块（Extras Control Blocks）子模块组取得。

图3.7 附加模块（Extras Control Blocks）子模块
6脉冲触发器需要三相线电压同时，所以同时电源任务是将三相交流电源相电压转换成线电压。同时电源和6脉冲触发器符号图以下所表示[4]：

图3.8 同时脉冲触发器子系统
同时脉冲触发器封装后子系统符合以下：

图3.9 同时脉冲触发器封装后子系统符号
然后依据主电路连接关系，建立起主电路仿真模型。图3.10中ln2为脉冲器开关信号，当脉冲器开关信号为“0”时，开放触发器；为“1”时，封锁触发器[4]。
3.1.1.4 交流异步电动机建模和参数设置
在Power System工具箱中有一个电机模块库，它包含了直流电机、异步电机、同时电机和其它多种电机模块。其中，模块库中有两个异步电动机模型，一个是标幺值单位制（PI unit）下异步电动机模型，另一个是国际单位制（SI unit）下异步电动机模型，本设计中采取后者。国际单位制下异步电动机模型符号图所表示[2]：

图3.10 异步电动机模块
其电气连接和功效分别为：
A，B，C：交流电机定子电压输入端子；
：电机负载输入端子，通常是加到电机轴上机械负载；
a,b,c:绕线式转子输出电压端子，通常短接，而在鼠笼式电机为此输出端子；
m:电机信号输出端子，通常接电机测试信号分配器观察电机内部信号，或引出反馈信号[2]。
异步电动机模型参数设置以下。双击异步电动机模型，即了得到参数设置对话框。分别对其进行参数设置以下所表示[6]：
（1）绕组类型（Rotor type）: 转子类型列表框，分别能够将电机设置为绕线式（Wound）和鼠笼式（Squirrel－cage）两种类型。在本文中用鼠笼式（Squirrel－cage）异步电动机；
（2）参考坐标系（Reference Frame）：参考坐标列表框，能够选择转子坐标系（Rotor）、静止坐标系（Stationary）、同时旋转坐标系（Synchronous）。在本文中选择同时旋转坐标系（Synchronous）；
（3）额定参数: 额定功率（KW）取30KW，线电压（V）为380V，频率（赫兹）为50HZ；
（4）定子电阻（Stator）（ohm）取0.087和漏感（H）取为0.8mH；
（5）转子电阻（Rotor）（ohm）为0.028和漏感（H）取为34.7mH；
其它设置为默认值
3.1.1.5 电动机测试信号分配器建模和参数设置
电动机测试信号分配器模块模型图以下3.11所表示：

图3.11 Machines Measurement Demux
电动机测试信号分配器模块
双击电动机测试信号分配模块得图3.12电机测试信号分配器参数设置图。

图3.123 电动机测试信号分配器参数设置对话框及参数选择
图中：ir_abc：转子电流ira,irb,irc；
ir_qd：同时d-q坐标下q轴下转子电流ir_q和d轴下转子电流ir_d；
phir_qd：同时d-q坐标下q轴下转子磁通phir_q和d轴下转子磁通phir_d；
vr_qd：同时d-q坐标下q轴下转子电压vr_q和d轴下转子电压vr_d；
is_abc：定子电流isa,isb,isc；
is_qd：同时d-q坐标下q轴下定子电流is_q和d轴下定子电流is_d；
phir_qd：同时d-q坐标下q轴下定子磁通phis_q和d轴下定子磁通phis_d；
vs_qd：同时d-q坐标下q轴下定子电压vs_q和d轴下定子电压vs_d；
wm：电机转速wm；
Te：电机机械转矩Te；
Thetam：电机转子角位移Thetam[1]。
3.1.2 控制电路建模和参数设置
交流调压系统控制电路包含：给定步骤、速度调整器、限幅器、速度反馈步骤等。控制电路相关参数设置以下：
速度反馈系数设为20；
调整器参数设置分别是：ASR：；；上下限幅为[400-0]；
其它没做说明为系统默认参数。
3.1.2.1 给定步骤建模和参数设置
在调压调速仿真模型中有多个给定步骤，它能够从图3.13中输入源模块组中选择“constant”模块，模块路径为Simulink/Commonly Used Blocks[14]。

图3.13 输入源模块组
然后双击该模块图标，打开参数设置对话框，在该系统中用到两个给定模块，分别将给定值（Constent value）设置为-20和0两个。其它设置为默认值。
实际调速时，给定信号是在一定范围内改变，我们能够经过仿真实践，确定给定信号许可改变范围[4]。
3.1.2.2 速度调整器建模和参数设置
速度调整器通常采取PI控制，百分比和积分参数设置要依据系统仿真结果不停地改变改动，以得到最稳定输出特征和动态特征。限幅器、速度反馈步骤也一样。具体方法是分别设置这些参数一个较大和较小值进行仿真，搞清它们对系统性能影响趋势，据此逐步将参数进行优化。
PID Controller在Simulink Extras/Additional Linear中，图3.14所表示：

3.14 Simulink Extras/Additional Linear模块组
在此仿真中，经过不停地改变改动，最终确定转速调整器为
（1）百分比常数（Proportional）为30；
（2）积分时间常数 （Integral）为300；
（3）微分时间常数（Derivative）为0（PI控制）。
3.1.2.3 限幅器建模和参数设置
限幅器模块在Simulink/Commonly Used Blocks模块库中，图3.13所表示：
限幅值值设置为[400-0]。具体参数设置步骤以下：
双击限幅器图标，得到限幅器参数设置对话框，对其进行参数设置。依据题目要求，经过不停地试验，最终设定限幅器参数值为[12]：
最大值（Upper limit）：400
最小值（Lower limit）：0
3.1.3 系统仿真参数设置
在MATLAB模型窗口下打开“simulink”菜单，进行“simulink parameters”设置，点击“simulink parameters”菜单后，得到仿真参数对话框，参数设置图3.15所表示：

图3.15 系统仿真参数设置
因为系统多样性，没有一个仿真算法是万能。在不一样系统中需要采取不一样仿真算法，到底采取哪一个算法愈加好，这需要实践，从仿真能否进行仿真速度、仿真精度等方面进行比较选择。在此仿真中，经过实践我们在仿真中所选择算法为ode23s。
仿真开始实践Start time通常设为0，Stop time依据实际需要而定，通常只要能够仿真出完整波形就能够了。在此论文中，我Stop time们设置Stop time为默认值为30[4]。
3.1.4 异步电机调压调速系统仿真模型
异步电动机调压调速系统仿真模型图3.16所表示：

3.16 异步电动机调压调速系统仿真模型
其中，转速调整器参数，限幅值参数，仿真参数设置全部已经在前面介绍过，这里反馈参数K选择为20，其它全部设置为默认值。
由上图可得到交流调压调速系统转速特征。图3.17所表示。
修改电机测试信号分配器输出端子，使其输出端分别为电磁转矩、三相定子电流输出is_abc能够得到图3.18、3.19波形。
3.2仿真结果输出及结果分析
当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。
在MATLAB模型窗口打开“Simulink”菜单，点击“Start”命令后，系统开始进行仿真，仿真结束后可输出仿真结果。然后依据输出结果，观察系统是否稳定，假如不稳定，则 继续修改系统中积分参数、百分比参数等参数，直到系统稳定为止。
系统有两种输出方法：“示波器”和“out1”输出模块。本文采取示波器观察输出结果。运行结束后，只要在系统模型图上双击“示波器”图标即可。经过“示波器”模块观察仿真输出，则要对“示波器“Limit data points to last”值要设大一点，不然”Figure”数尺图形会不完整。通常情况下设置“Limit data points to last”为500000，本文也是如此。
示波器数尺结果以下：图3.17显示为交流调压调速系统转速曲线，图3.18为交流调压调速系统电子转矩输出，图3.19为交流调压调速电路三相定子电流输出。

图3.17 交流调压调速系统转速特征

图3.18 交流调压调速电磁转矩输出

图3.19 交流调压调速电路三相定子电流输出
从上图中系统输出，能够看出在开始开启瞬间，定子电流峰值可达450A，在恒转矩开启阶段，定子电流基础上保持在150A。恒转矩开启阶段大约时间为0.7s。在恒转矩阶段，转矩保持在极限值300N m。速度约在0.9s时上升到最大值，在约1.9s时达成稳态值，稳态时转子角速度约为120rad/s。最终能够得到以下结论：
（1） 开启阶段大约时间为0.7s，系统反应速度比较快，上升时间比较短。
（2） 利用转速调整器饱和特征，使得系统保持恒定最大许可电流，在尽可能短时间内建立转速，在退饱和实现速度调整和实现系统无静差特征。
（3） 因为采取PI调整器组成了转速负反馈无静差系统，在负载改变和电网电压波动等扰动情况下，保持系统恒定输出。
（4） 由上图可知，这个曲线结果和实际电机运行结果相同，系统建模和仿真是成功。

4 结论

交流调压调速系统含有线路简单，价格廉价，使用维修方便等优点，所以在实际工程中得到广泛应用。 具体研究了三相交流调压电路，并经过MATLABSIMULINK 电力系统工具箱分别对其主电路和控制电路进行了建模和参数设置，最终建立了异步电动机调压调速系统仿真模型，依据输出仿真结果，简单分析了该系统转速输出、电磁转矩输出和三相定子电流输出，验证了交流调压电路工作原理和系统模型正确性，为交流调速系统以后发展及应用奠定了良好理论基础。
在系统中，因为非线性步骤线性化处理、近似处理、调整器饱和非线性等原因造成了工程设计和性能要求有差异，从而仿真出波形不是很理想，抗扰性能不够强等等缺点。所以在系统仿真过程中必需经过大量调试和参数修改，才能得出超调量小、抗干扰性能很好调压调速系统。
造成系统工程设计方法和仿真试验之间有差距原因总结以下：
（1）工程设计方法在设计过程中做了很多近似处理，而这些简化处理要在一定条件下才成立。
（2）仿真试验在建模过程中忽略了非线性原因和次要原因。
（3）用MATLAB/SIMULINK软件是控制系统功效完善，实现系统控制轻易，结构模型简单强大动态仿真工具。该方法经济又方便，能大大缩短科研开发速度，提升开发效率，同时能够尝试不一样控制方法，进行优化设计。

参考文件

[1] 张少军，杜金城．交流调速原理及应用[M] ．北京：中国电力出版社，．
[2] 李发海，王岩．电机和拖动基础[M] ．北京：清华大学出版社，．
[3] 阮毅，陈维钧．运动控制系统[M] ．北京：清华大学出版社，．
[4] 周深渊，宋永英，朱希荣．交直流调速系统和MATLAB仿真[M]．北京：中国电力出版社，．
[5] 陈伯时．电力拖动自动控制系统(第2版)[M] ．北京：机械工业出版社，．
[6] 薛定宇，陈阳泉.基于MATLAB/Simulink系统仿真技术和应用[M] ．北京：清华大学出版社，．
[7] 王沫然，Simulink建模及动态仿真[M] ．北京：电子工业出版社，．
[8] 薛定宇．控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言[M]．北京：清华大学出版社，1998．
[9] 吴安顺．最新实用交流调速系统[M] ．北京：机械工业出版社，1999．
[10] 胡崇岳．现代交流调速技术[M] ．北京：机械工业出版社，．
[11] 陈国呈．PWM变频调速及软开关电力变换技术[M]．北京：机械工业出版社，．
[12] 张志涌，刘瑞，杨祖樱．掌握和精通MATLAB[M] ．北京：北京航空航天大学出版社，1997．
[13] 冯垛生，曾岳南．无速度传感器矢量控制原理和实践[M]．北京：机械工业出版社，1997．
[14] 张开如，陈荣．Matlab—Simulink在交流调速系统仿真中应用[J]．电子学报，，29(12A)：1923-1927．
[15] 林伟，臧小惠．交流调压电路仿真和研究[J] ．中国期刊网，，34(12A) ：134-138．
[16] 肖倩华，廖世海．现代交流调速技术应用和发展[J] ．电气传动，(4)：7-9．
[17] Yuan Guofeng，Li Yongdong．The Application of Converter Technique in Variable Speed Constant Frequency Asynchronous Wind Power Generation Systems[J] ．The World of Inverters，-09．
[18] Ivanov S,Campeanu A，Bitoleanu A，Popescu M．Active clamped resonant DC link inverter[M]，Oxford，1998．
[19] Robyns B,Labrique F，Buyse H．Commande nuinerique sirnplifiee et robusted actionneurs asynchrones de faible puissance[J]．JPlivs 111 France.61039-1057. 1996．
[20] Ivanov S，Sente P，Labrique F．Vector control:building the missing link between a DSP controller board and the VSI fed AC motor．SPEED AM’.98 Authorized．1998．

致谢

经过两个月忙碌和工作，此次毕业设计已经靠近尾声，作为一个本科生毕业设计，因为经验匮乏，难免有很多考虑不周全地方，假如没有导师督促指导，和一起工作同学们支持，想要完成这个论文是难以想象。 在这里首先要感谢我导师莫老师。莫老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计每个阶段，从查阅资料到设计草案确实定和修改，中期检验，后期具体设计，装配草图等整个过程中全部给了我悉心指导。我论文较为复杂烦琐，不过莫老师仍然细心地纠正图纸中错误。其次要感谢我同学对我无私帮助，尤其是在仿真软件使用方面，正因为如此我才能顺利完成设计，另外，我还要感谢那些曾给我授过课每一位老师，是你们教会我专业知识。在此，我再说一次谢谢！谢谢大家！！！。