1、第七章第七章 MATLABMATLAB在电力拖动自动控制系统中的在电力拖动自动控制系统中的应用应用7.1 单闭环调速系统7.2 双闭环直流调速系统7.3 PWM可逆直流调速系统7.4 交流调压系统7.5 变频调速系统7.6异步电动机的交流变频调速系统7.7绕线式异步电动机串级调速系统7.1 7.1 单闭环调速系统单闭环调速系统7.1.17.1.1单闭环有静差单闭环有静差调速系统调速系统 2.系统系统的的Simulink仿真模型仿真模型【例例7_2】创建单闭环有静差调速系统，由晶闸管整流装置控制直流电机，反馈采用测速发电机，创建Simulink仿真模型。在比例调节器的作用下，电机转速很快达到稳定
2、；在2S时，负载转矩由50上升为100，电流和电磁转矩都升高，系统快速进行调节，使转速回升达到稳态值。用给定值和反馈值的偏差来控制整流器触发角，系统稳定时存在转速偏差。7.1.27.1.2单闭环无静差单闭环无静差调速系统调速系统 2.电流电流截止负反馈截止负反馈 当电机电流IdIdcr时，电流负反馈就起作用，这种当电流大到一定程度时才出现的电流负反馈叫做电流截止负反馈。Switch的输入端口有三个，中间端口2为控制端，端口1和端口3为数据端，当满足条件“u2=Threshold”时，输出为端口1，否则输出为端口3。因此当电流ia=120时，输出120；否则输出0。在图中可以看到加电流截止负反馈
3、后，反馈电流ia不会超过120，因为当电流ia=120时，就加入了电流负反馈信号。7.2 7.2 双闭环直流调速系统双闭环直流调速系统 主要由电流调节器和转速调节器两个负反馈闭环组成，把转速调节器的输出当成电流调节器的输入，再通过电流调节器的输出控制后面的电路。在这里电流环为内环，而转速环为外环，所以形成了转速电流双闭环控制的直流调速系统。【例例7_4】创建以晶闸管直流电动机为基础的双闭环调速系统的Simulink模型，通过仿真查看性能指标。双闭环调速系统的结构在单闭环调速的基础上增加了电流环，其余部分与单闭环调速系统的机构相同，包括直流电机（DC Machine）、三相电源Ua，Ub，Uc（
4、AC Voltage Source）、同步6脉冲触发器（Synchronized 6-Pulse Generator）和三相整流桥（Universal Bridge）。7.3 PWM7.3 PWM可逆直流调速系统可逆直流调速系统7.3.1 7.3.1 可逆可逆PWMPWM变换器变换器 2.桥式可逆桥式可逆PWM变换器模型变换器模型模块自带幅值为1的三角波，且输入信号应该在-11之间，输入信号与三角波信号比较，占空比大于50%，电动机正转；当比较结果小于0大于-1时，占空比小于50%，电动机反转。7.3.2 单闭环PWM可逆直流调速系统【例例7_5】创建单闭环PWM可逆直流调速系统的Simuli
5、nk模块，通过示波器查看电机转速和电流波形。系统主要由给定阶跃信号（Step）、直流电源（DC Voltage Source）、三相整流桥（Universal Bridge）、PI调节器（Discrete PI Controller）、上节介绍的双极式可逆PWM变换器、直流电机（DC Machine）、转速反馈（Gain）等模块。电压Ud波形显示为-220220的脉冲，根据脉冲宽度电流id上升和下降；转速曲线n当启动时给定信号为10，电机为正转，2秒时给定信号为-10电机反转，电流ia启动时较大，转速平稳时稳定。7.3.3双闭环PWM可逆直流调速系统【例例7_6】创建电流、转速双闭环调速系统的
6、Simulink模型，采用双极式PWM直流可逆变换器控制，通过示波器查看电流和转速的波形。双闭环调速系统的结构在单闭环调速的基础上增加了电流环，其余部分与单闭环调速系统的结构相同，包括双极式可逆PWM变换器、直流电机（DC Machine）、转速反馈（Gain）等模块。从仿真结果可以看出，当给定电压为10V时，在电机起动过程中，电流调节器作用下的电动机电枢电流接近最大值，使得电动机以最快速度开始上升，最高转速达到230r/min，超调量为15%，稳态时转速为200r/min；当2秒时给定信号为-10时，电动机从电动状态变成制动状态，当转速为零时，电动机开始反转。7.4 7.4 交流调压系统交流
7、调压系统7.4.1交流调压调速系统原理7.4.2 7.4.2 交流调压调速交流调压调速仿真模型仿真模型【例例7_7】创建交流电机调压调速Simulink仿真模型，使用示波器查看输出转速和电磁转矩波形。三相三相调压器调压器 三相调压器由六个晶闸管（Detailed Thyristor）V1V6组成；六个晶闸管的触发角输入g端口由Demux分离成六个输出信号分别连接；分别将晶闸管V1与V4的a和k端口连接、V3与V6的a和k端口连接、V2与V5的a和k端口连接作为子系统的输入端Ua、Ub和Uc；分别将晶闸管V1与V4的k和a端口连接、V3与V6的的k和a端口连接、V2与V5的的k和a端口连接作为子
8、系统的输出端Ua1、Ub1和Uc1；每个晶闸管的E端口直接连接Terminator模块。交流调压调速系统的Simulink仿真模型 在启动时转速从零上升过程中，电磁转矩较大，到电机转速稳定后，电磁转矩保持不变；当启动1s时，负载由20增加到40，转速下降，电磁转矩上升，稳定时转速恢复到原来值，保持无静差调速。7.5 变频调速系统【例例7_8】创建SPWM调速系统的Simulink仿真模型，使用示波器查看交流电机的定子电流、转速和电磁转矩。离散PWM发生器：正弦信号由三个正弦输入信号产生，三角波为幅值为1频率为1080HZ的信号。在电机转速上升的过程中，电机定子电流开始较大，转速上升很快，当电机
9、转速稳定时，电流也稳定下来；随着调制波频率的变化，输出电压也随着变化，从而保证电压和频率之比恒定，转速也跟着变化。7.67.6异步电动机的交流变频调速系统异步电动机的交流变频调速系统7.6.17.6.1转速恒压频比交流变频调速系统的原理转速恒压频比交流变频调速系统的原理（2）基频以上调速 基频以下采用恒压频比的控制方式时，机械特性随f1下调而向下平移，这一变化大体上和直流电机调速时的特性变化情况基本相似，但所不同的是，当转矩达到最大后，转矩在降低时，特性曲线就折回来了，且频率越低转矩越小。基频以上调速时,角频率提高但是电压却不变，此时的同步转速提高，临界转矩减少，气隙磁通减弱，使得输出转矩降低
10、，转速上升，允许输出功率基本不变。7.6.27.6.2转速恒压频比交流变频调速系统的仿真模型转速恒压频比交流变频调速系统的仿真模型【例例7_9】创建转速恒压频比交流变频调速系统的Simulink仿真模型，使用示波器观察电压和频率的变化情况，以及电机的转速波形。GI积分限幅模块 V-F曲线（Fcn）0/NNUU ffU 转速波动很大，上升并最后稳定在1500；电磁转矩和电流由于负载很小，几乎为0;Uab有效值波形随时间增加，频率增加，有效值上升，则保证了U/F的值稳定7.77.7绕线式异步电动机串级调速系统绕线式异步电动机串级调速系统7.7.17.7.1串级调速系统的工作串级调速系统的工作原理原
11、理 转子经三相不可控整流装置UR整流，产生直流电压；工作在有源逆变状态的三相可控整流装置UI除了提供可调的直流电压作为电机调速所需的附加直流电动势外，还可将UR整流输出的转差功率逆变，并回馈到交流电网。L为平波电抗器，两个整流装置电压Ud 和Ui的极性如图所示，电流id的方向也如图所示，因此系统稳定工作时，UdUi。2.双闭环控制的串级调速系统7.7.27.7.2绕线式异步电机串级调速系统仿真绕线式异步电机串级调速系统仿真【例例7_10】创建Simulink绕线式异步电机的串级调速系统仿真模型，系统采用电流环和转速环双闭环控制，在示波器中观察电机的转速和定子电流波形。当电流调节器ACR输出为0时，同步6脉冲触发器的输入信号为90，逆变桥的输出电压为0；当电流调节器ACR输出为最大限幅10时，同步6脉冲触发器的输入信号为180，逆变桥输出电压为Ud0(max)。双闭环控制的串级调速系统的Simulink仿真模型图 负载为阶跃信号，当运行到1s时，负载增大，转速下降；电磁转矩在启动时波动较大，转速稳定时趋于稳定。
