三相SPWM技术转速开环变频调速系统.doc

《自动控制系统》课程设计
三相SPWM技术转速开环变频调速系统

姓 名：
学 号：
指导教师： 祝开艳
题 目 名 称： 转速开环变频调速系统
专业名称： 自动化11-
所在学院： 信息工程学院
时 间： 2013年6月3～6月9日

目录：
1.课程设计的性质和目的····································

2.课程设计的课题和内容····································
2.1课程设计的课题········································
2.2课程设计的内容········································

3.spwm转速开环变频调速系统·······························
3.1系统框图·············································
3.2仿真模型的建立和参数计算·····························

4.仿真结果················································
4.1电流仿真结果·········································
4.2电压仿真结果·········································
4.3转矩仿真结果·········································

5.实验心得及总结·········································

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:
1. 课程设计的性质和目的
性质：本课程是自动化专业的专业课，是一个实践性很强的教学环节。
目的：运用自动控制原理、电力拖动自动控制系统、电力电子技术等理论知识，对以电动机为对象的自动控制系统进行控制参数整定与实验研究，进一步巩固和提高控制系统观念，熟悉和掌握所学的理论知识。综合运用专业知识与计算机仿真技术，对直流传动系统研究，掌握在计算机环境下设计并调试整个控制系统的方法。通过课程设计，加强自动控制系统基本理论的学习和基本技能的训练，启发学生创新思维以及独立解决实际问题的能力。
2. 课程设计的课题和内容
2.1课程设计的课题
采用三相SPWM技术设计一个转速开环变频调速系统，观察电动机的电流、转速和转矩曲线
2.2课程设计的内容
1．根据题目的技术要求，分析论证并确定主电路的结构型式和闭环调速系统的组成，画出系统组成的原理框图
2．调速系统主电路元部件的确定及其参数计算（包括有变压器、电力电子器件、平波电抗器与保护电路等）

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:
3．驱动控制电路的选型设计（模拟触发电路、集成触发电路、数字触发器电路均可）
4．动态设计计算：根据技术要求，对系统进行动态校正，确定ASR调节器与ACR调节器的结构型式及进行参数计算，使调速系统工作稳定，并满足动态性能指标的要求
5．绘制V-M双闭环直流不可逆调速系统的电气原理总图（要求计算机绘图）
6．整理设计数据资料，课程设计总结，撰写设计计算说明书
3.spwm转速开环变频调速系统
3.1系统框图

恒压频比变频调速系统的基本原理结构如图所示，系统由升降速时间设定，u/f曲线，SPWM调制和驱动等环节组成。其中升降速时间设定用来限制电动机的升频速度，避免转速上升过快而造成电流和转矩的冲击，起软启动控制的作用。u/f曲线用于根据频率确定相应的电压，以保持压频比不变，并在低频时进行适当的电压补偿。SPWM和驱动环节将根据频率和电压要求产生按正弦脉宽调制的驱动信号，控制控制逆变器以实现电动机的变压变频调速。

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:
3.2仿真模型的建立和参数计算
（1） 变频调速系统的仿真图
转速开环变频调速系统的仿真Matlab/Simulink模型图如图所示

（2）给定积分GI的分支模块

GI模块用于设定启动曲线。其中放大器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，所以放大倍数可以取大一些，本例中放大倍数取为10000。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

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:
（3） 仿真中各个模块的确定
A.直流电源

表示给定514V的直流电
B.多功能桥式电路

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:
Number of bridge arms表示有3个桥臂即三相桥逆变电路，使用的原件是IGBT反并联二极管，输出的是Uab、Ubc、Uca端的电压
C.交流电机
交流电机的A、B、C端分别与多功能桥式电路的A、B、C端连接，TM接个阶跃脉冲，M端输出接电动机测量单元。

D.电动机测量单元
输入端接交流电机的M端，输出端接示波器等测量仪器。

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:

E.信号发生器

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:
F.传递函数
根据频率确定相应的电压值，其函数表达式为U=Un*f/fn+U0
式中Un为电动机额定电压，fn为电动机额定频率，U0为初始电压补偿值。电压U、频率f、时间t经汇总为一维矢量x=[u(1),u(2),u(3)],其中的u(1)、u(2)、u(3)依次表示电压、频率和时间。用函数模块产生三相调制信号ua、ub、uc，即：
ua=u(1)*sin(u(2)*2*pi*u(3))
ub=u(1)*sin(u(2)*2*pi*u(3)-2*pi/3)
uc=u(1)*sin(u(2)*2*pi*u(3)-4*pi/3)
根据三相调制信号，由pwm发生器产生逆变器驱动脉冲，经逆变器得到频率和幅值可调的三相电压，使交流电动机安给定要求启动和运行。

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:

G.pwm发生器
设置pwm发生器的载波频率为1500Hz

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:

H.仿真环境参数设置
选取算法为ode23tb

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:
4. 仿真结果
（1）三相调制型号

（2）逆变输出uab

（3）定子电流
A组电流

B组电流

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:

C组电流

（4）转距图像

（5） 转速图像

大 连 海 洋 大 学 课 程 设 计 报 告 纸
学院: 专业班级: 姓名: 学号:
由波形可知，系统稳定，并且可以通过电压频率协调控制调节转速，符合设计要求。
交流变频调速系统是恒转矩调速，但交流变频调速调速范围比较大，调速性能比较好，效率也更高。交流调频调速属于转差不变型调速系统，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变。所以变频调速应用更广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流。
5.实验心得及总结
在交流异步电动机调速系统的设计仿真过程中，我学习到了，设计一个系统，设计思想是很重要得。清晰明了有序的设计思想，才可以设计出合理的系统。
在本设计的进行过程中，并不是一帆风顺的，出现过问题与障碍。由于开始时设计的不够合理，在老师和同学的帮助下，作过几次很大的修改，几次修改过后，对系统的合理性和操作的方便性都有了很大的帮助。而且修改过的设计，基本上达到了最初的设计要求，实现了对异步电动机调速控制的要求。但是由于设计系统经验不足，本设计的许多方面仍然存在问题，许多方面还可以更加合理，需要进一步的改进。
通过本次毕业设计我熟悉和掌握了交流调速系统的结构，能根据要求完成各种交流调速系统的建模，对各种调速系统的优缺点有了一定了解，可以在选择合理的方案解决实际问题，能够运用MATLAB软件中的电力仿真模块仿真各种调速系统。综合运用所学的基础理论和专业知识能力也有了很大的提高。
在以后的学习中，我将继续研究这一系统，使系统的功能更加完善，系统更为稳定，满足设计要求，并使之具有实用性。