MAT軟件基礎(chǔ)及應(yīng)用2

第七章MATLAB在電力拖動自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用7.1單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)7.2PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)7.3交流調(diào)壓系統(tǒng)7.4變頻調(diào)速系統(tǒng)7.5異步電動機的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)7.6繞線式異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)7.1單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

7.1.1單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)

2.系統(tǒng)的Simulink仿真模型【例7_2】創(chuàng)建單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)，由晶閘管整流裝置控制直流電機，反饋采用測速發(fā)電機，創(chuàng)建Simulink仿真模型。在比例調(diào)節(jié)器的作用下，電機轉(zhuǎn)速很快達(dá)到穩(wěn)定；在2S時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩由50上升為100，電流和電磁轉(zhuǎn)矩都升高，系統(tǒng)快速進(jìn)行調(diào)節(jié)，使轉(zhuǎn)速回升達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。用給定值和反饋值的偏差來控制整流器觸發(fā)角，系統(tǒng)穩(wěn)定時存在轉(zhuǎn)速偏差。7.1.2單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)

2.電流截止負(fù)反饋當(dāng)電機電流Id<Idcr時無電流反饋，只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋；當(dāng)電機的電流Id>Idcr時，電流負(fù)反饋就起作用，這種當(dāng)電流大到一定程度時才出現(xiàn)的電流負(fù)反饋叫做電流截止負(fù)反饋。Switch的輸入端口有三個，中間端口2為控制端，端口1和端口3為數(shù)據(jù)端，當(dāng)滿足條件“u2>=Threshold”時，輸出為端口1，否則輸出為端口3。因此當(dāng)電流ia>=120時，輸出120；否則輸出0。在圖中可以看到加電流截止負(fù)反饋后，反饋電流ia不會超過120，因為當(dāng)電流ia>=120時，就加入了電流負(fù)反饋信號。7.2PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)

7.2.1可逆PWM變換器

2.橋式可逆PWM變換器模型模塊自帶幅值為1的三角波，且輸入信號應(yīng)該在-1~1之間，輸入信號與三角波信號比較，占空比大于50%，電動機正轉(zhuǎn)；當(dāng)比較結(jié)果小于0大于-1時，占空比小于50%，電動機反轉(zhuǎn)。7.2.2單閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)【例7_4】創(chuàng)建單閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的Simulink模塊，通過示波器查看電機轉(zhuǎn)速和電流波形。系統(tǒng)主要由給定階躍信號（Step）、直流電源（DCVoltageSource）、三相整流橋（UniversalBridge）、PI調(diào)節(jié)器（DiscretePIController）、上節(jié)介紹的雙極式可逆PWM變換器、直流電機（DCMachine）、轉(zhuǎn)速反饋（Gain）等模塊。電壓Ud波形顯示為-220~220的脈沖，根據(jù)脈沖寬度電流id上升和下降；轉(zhuǎn)速曲線n當(dāng)啟動時給定信號為10，電機為正轉(zhuǎn)，2秒時給定信號為-10電機反轉(zhuǎn)，電流ia啟動時較大，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)時穩(wěn)定。7.2.3雙閉環(huán)PWM可逆直流調(diào)速系統(tǒng)【例7_6】創(chuàng)建電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的Simulink模型，采用雙極式PWM直流可逆變換器控制，通過示波器查看電流和轉(zhuǎn)速的波形。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在單閉環(huán)調(diào)速的基礎(chǔ)上增加了電流環(huán)，其余部分與單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同，包括雙極式可逆PWM變換器、直流電機（DCMachine）、轉(zhuǎn)速反饋（Gain）等模塊。從仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)給定電壓為10V時，在電機起動過程中，電流調(diào)節(jié)器作用下的電動機電樞電流接近最大值，使得電動機以最快速度開始上升，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到230r/min，超調(diào)量為15%，穩(wěn)態(tài)時轉(zhuǎn)速為200r/min；當(dāng)2秒時給定信號為-10時，電動機從電動狀態(tài)變成制動狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時，電動機開始反轉(zhuǎn)。7.3交流調(diào)壓系統(tǒng)

7.3.1交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)原理

7.3.2交流調(diào)壓調(diào)速仿真模型【例7_6】創(chuàng)建交流電機調(diào)壓調(diào)速Simulink仿真模型，使用示波器查看輸出轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩波形。三相調(diào)壓器三相調(diào)壓器由六個晶閘管（DetailedThyristor）V1~V6組成；六個晶閘管的觸發(fā)角輸入g端口由Demux分離成六個輸出信號分別連接；分別將晶閘管V1與V4的a和k端口連接、V3與V6的a和k端口連接、V2與V5的a和k端口連接作為子系統(tǒng)的輸入端Ua、Ub和Uc；分別將晶閘管V1與V4的k和a端口連接、V3與V6的的k和a端口連接、V2與V5的的k和a端口連接作為子系統(tǒng)的輸出端Ua1、Ub1和Uc1；每個晶閘管的E端口直接連接Terminator模塊。

在啟動時轉(zhuǎn)速從零上升過程中，電磁轉(zhuǎn)矩較大，到電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，電磁轉(zhuǎn)矩保持不變；當(dāng)啟動1s時，負(fù)載由20增加到40，轉(zhuǎn)速下降，電磁轉(zhuǎn)矩上升，穩(wěn)定時轉(zhuǎn)速恢復(fù)到原來值，保持無靜差調(diào)速。7.4變頻調(diào)速系統(tǒng)【例7_7】創(chuàng)建SPWM調(diào)速系統(tǒng)的Simulink仿真模型，使用示波器查看交流電機的定子電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩。離散PWM發(fā)生器：正弦信號由三個正弦輸入信號產(chǎn)生，三角波為幅值為1頻率為1080HZ的信號。在電機轉(zhuǎn)速上升的過程中，電機定子電流開始較大，轉(zhuǎn)速上升很快，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時，電流也穩(wěn)定下來；隨著調(diào)制波頻率的變化，輸出電壓也隨著變化，從而保證電壓和頻率之比恒定，轉(zhuǎn)速也跟著變化。7.5異步電動機的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)

7.5.1轉(zhuǎn)速恒壓頻比交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的原理

（2）基頻以上調(diào)速基頻以下采用恒壓頻比的控制方式時，機械特性隨f1下調(diào)而向下平移，這一變化大體上和直流電機調(diào)速時的特性變化情況基本相似，但所不同的是，當(dāng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大后，轉(zhuǎn)矩在降低時，特性曲線就折回來了，且頻率越低轉(zhuǎn)矩越小?；l以上調(diào)速時,角頻率提高但是電壓卻不變，此時的同步轉(zhuǎn)速提高，臨界轉(zhuǎn)矩減少，氣隙磁通減弱，使得輸出轉(zhuǎn)矩降低，轉(zhuǎn)速上升，允許輸出功率基本不變。GI積分限幅模塊V-F曲線（Fcn）7.5.2轉(zhuǎn)速恒壓頻比交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型

【例7_8】創(chuàng)建轉(zhuǎn)速恒壓頻比交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的Simulink仿真模型，使用示波器觀察電壓和頻率的變化情況，以及電機的轉(zhuǎn)速波形。SPWM調(diào)速系統(tǒng)模型設(shè)置仿真算法為ode23tb，仿真時間為2秒轉(zhuǎn)速波動很大，上升并最后穩(wěn)定在1500；電磁轉(zhuǎn)矩和電流由于負(fù)載很小，幾乎為0;Uab有效值波形隨時間增加，頻率增加，有效值上升，則保證了U/F的值穩(wěn)定7.6繞線式異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)

7.6.1串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理轉(zhuǎn)子經(jīng)三相不可控整流裝置UR整流，產(chǎn)生直流電壓；工作在有源逆變狀態(tài)的三相可控整流裝置UI除了提供可調(diào)的直流電壓作為電機調(diào)速所需的附加直流電動勢外，還可將UR整流輸出的轉(zhuǎn)差功率逆變，并回饋到交流電網(wǎng)。L為平波電抗器，兩個整流裝置電壓Ud和Ui的極性如圖所示，電流id的方向也如圖所示，因此系統(tǒng)穩(wěn)定工作時，Ud>Ui。2.雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)

7.7.2繞線式異步電機串級調(diào)速系統(tǒng)仿真

【例7_9】創(chuàng)建Simulink繞線式異步電機的串級調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，系統(tǒng)采用電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)雙閉環(huán)控制，在示波器中觀察電機的轉(zhuǎn)速和定子電流波形。當(dāng)電流調(diào)節(jié)器ACR輸出為0時，同步6脈沖觸發(fā)器的輸入信號α為90°，