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基于MATLAB/SIMULINK的三相交流电机调压调速系统的仿真

利用MATLAB环境下的SIMULINK仿真模块建立的三相交流电机调压调速系统的仿真
系统模型如图1所示。仿真模型中包括三相交流电压模块、同步6脉冲触发器模块、三相交
流调压电路模块、三相交流异步电动机模块、交流电动机测试信号分配器、PI控制器模块
等。

下面简单介绍各个部分的建模与参数设置过程。
图1三相交流调压调速仿真模型
1.三相交流电源电压模块

首先从SIMULINK下的Simcape/SimPowerSystems/ElectricalSource路径下提取3个交
流电压源模块，并将模块标签改为A相、B相、C相。交流峰值相电压都取为310V、频率
为50Hz、A相初相位设置成0°、B相为-120°、C相为-240°其他为默认值。由此可得到三相
对称交流电源。
2.三相交流调压电路模块
利用单个晶闸管元件搭建而成的仿真模型图如图2所示，其中标记UA、UB、UC的三
个输入端子代表三相交流调压器的输入端，标记Ua、Ub、Uc的三个输出端子代表三相交
流调压器的输出端，标记pulses的输入端子代表脉冲输入端，此端与同步6脉冲触发器的脉
冲输出端pulses连接。该仿真模型封装后的子系统如图3所示。具体参数设置为：晶闸管内
阻Ron=1mΩ，互感Lon=0H，晶闸管的正向管压降Vf=0.8V，初始电流Ic=0A，缓冲电阻
Rs=10Ω，缓冲电容Cs=4.7μF。

图2利用单个晶闸管元件搭建的三相交流调压器仿真模型
图3三相交流调压器封装模型

3.同步6脉冲触发器模块
同步6脉冲触发器包括同步电源和6脉冲触发器两部分，如图4所示。6脉冲触发器模
块中，alpha_deg是移相控制信号输入端，单位为度。该输入端可与1个“Constant”（常数）
模块相连，也可与控制系统中的控制器输出端相连，从而对触发脉冲进行移相控制。输入端
AB、BC、CA是同步线电压的输入端。输入端Block为0时，开通触发器，反之，关断触
发器。同步电源与6脉冲触发器封装后的子系统如图5所示。图5中，Block即为触发器的
开关输入信号，pulse端口输出脉冲信号。设置同步电压频率为60Hz，脉冲宽度为10°，再
勾选“Doublepulsing”，触发器就能给出间隔60°的双脉冲信号。

图4同步电源与6脉冲触发器

图5同步6脉冲触发器封装模型

4.三相交流异步电动机模块

三相交流电动机模块采用国际单位制(SIunit)下的异步电动机模型，选择鼠笼式的异步
电动机，该模块有4个输入端子，1个输出端子。A、B、C为电机的定子三相电压输入，
Tm端子一般接负载，输出端子为m端子，其返回一系列电机内部信号（共21路），供电机
测试信号分配器模块(machinesmeasurementdemux)。测试中设定电机参数如图6所示。负载
信号设定为阶跃信号，初值为0，终值为-20。

图6交流电机参数

5.控制模块

三相交流调压调速系统的控制电路包括：给定环节、速度调节器ASR（采用PI控制器）、
限幅器、速度反馈环节等。为了得到比较复杂的给定转速信号，这里采用2个阶跃信号叠加
组成输入信号，阶跃信号Step1参数如图7所示，阶跃信号Step2参数如图8所示。

图7阶跃信号Step1参数

图8阶跃信号Step2参数
设置控制电路的有关参数，速度调节器ASR的参数选择为：PI调节器的放大倍数为
Kp=5000，积分常数Ki=10，PI调节器的限幅值为[100，-100]，限幅器的限幅值为[100，-100]，
转速负反馈系数α=1，其他默认。
三相交流调压调速系统的仿真参数设置如下：仿真所选择的算法为ode23tb，仿真开始
时间(starttime)设置为0s，停止时间(stoptime)设为10s，其他默认。

6.系统仿真结果及其分析
以上各个模块参数设置完成后进行仿真。仿真转速波形如图9所示。从仿真结果可以看
出，对于给定信号，在0～4s和4～10s的两端仿真时间段内，转速波形有两个稳定阶段。
当反馈系数α=1时，结果表明：在稳态是，仿真系统的实际速度能实现对给定速度的良好
跟踪，在过渡过程时，仿真系统的实际速度对阶跃信号的跟踪有一定的偏差。

图9仿真转速波形

3.1系统的建模和模型参数设置3.1.1主电路的建模和参数设置主电路主要由三相对称交
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、同步脉冲触发器、交流异步电动机、电机测
试信号分配器的建模和参数设置问题[16]。
3.1.1