流水线电机变频调速系统设计

摘 要

我国工业化生产稳居世界前列，在大型流水线中，电机调速的稳定性与可靠性关乎着生产质量与工厂经营效率。变频调速因其具有调速性能好、电能利用率高、系统结构简单等优点，广泛运用于流水线的交流异步电动机中。首先，分析异步电动机的基本工作原理，在此基础上得到异步电机的数学模型。根据流水线的生产需要，结合流水线电机相关理论，设计符合实际工况的流水线变频调速系统。为了提高异步电机的响应速度和控制精度，逆变部分采用空间矢量控制技术。最后，利用MATLAB/SIMULINK对变频调速系统的主电路及其控制电路进行建模与仿真，通过分析仿真结果验证本设计流水线交流电机调速系统的控制性能。仿真结果表明采用空间矢量调制技术，结合电流环、转速环的PI控制技术，可实现电机转速在0~1600r/min范围内可调，响应时间小于30ms等技术指标，满足现代化流水线对于变频电机调速系统的需求。

关键词：电机调速；空间矢量控制；电流环；电路建模

 

 

 

 

Design of variable frequency speed regulation system for pipeline motor

Abstract

In the large-scale assembly line, the stability and reliability of the motor speed regulation are related to the production quality and the factory management efficiency. Because of its good performance, high utilization of electric energy and simple system structure, frequency conversion speed regulation is widely used in AC induction motors. Firstly, the basic principle of asynchronous motor is analyzed, and the mathematical model of asynchronous motor is obtained. According to the need of the production line and the relevant theory of the line motor, the frequency conversion speed regulation system of the line is designed. In order to improve the response speed and control precision of induction motor, space vector control technology is used in the inverter part. Finally, the main circuit and its control circuit are modeled and simulated by using MATLAB/Simulink, and the control performance of the system is verified by analyzing the simulation results. The simulation results show that the motor speed can be adjusted in the range of 0 ~ 1600r/min and the response time is less than 30ms by using space vector modulation and PI control technology of current loop and speed loop, to meet the needs of modern assembly line for variable-frequency motor speed control system

Keywords: Motor Speed Regulation; space vector control; current loop; circuit modeling

目 录

摘 要 I

Abstract II

1 绪论 - 1 -

1.1 课题的背景与意义 - 1 -

1.2 国内外变频调速技术的研究现状 - 2 -

1.2.1 国外研究现状 - 2 -

1.2.2 国内研究现状 - 2 -

1.3 主要研究内容 - 3 -

2 流水线电机理论分析 - 4 -

2.1 生产式流水线概述 - 4 -

2.2 异步电机工作原理 - 5 -

2.3 基于空间矢量的变频调制技术 - 6 -

3 基于Simulink的变频调速系统建模 - 8 -

3.1 参数计算 - 8 -

3.2 模块设计 - 11 -

3.2.1 速度环模块 - 11 -

3.2.2 电流环模块 - 11 -

3.2.3 SVPWM模块 - 12 -

3.2.4 电角度和磁链计算模块 - 12 -

3.2.5 其他模块 - 13 -

4 系统仿真与分析 - 14 -

4.1 仿真电路 - 14 -

4.2 仿真结果 - 14 -

4.3 结果分析 - 16 -

5 安全与环保分析 - 18 -

6 经济与成本分析 - 19 -

7 总结 - 20 -

参考文献 - 21 -

附录A：仿真电路模型 - 22 -

致 谢 - 23 -

 

 

1 绪论

1.1 课题的背景与意义

工厂流水线通常也被称作是传送带。按其传送序列大致可划分为：皮带传送线，板链线，倍数链，插件线，网带线，悬挂线和辊道[1]。输送机可作水平输送，倾斜输送，垂直输送，还可构成一条立体输送线，通常为固定流水线。由于生产线具有较大的运输容量，较长的运输距离，而且在运输的过程中可以同时进行几个工序的作业，因此，其使用范围很广[2]。在现代工业中，大部分的生产都是以流水方式进行的，而一条稳定、柔性的流水生产线离不开电动机的驱动。电机调速系统能够对流水线的运行速度进行有效地控制，以适应不同产品和不同工况下的流水线需要，而流水电动机的调速通常是采用变频调速。

传统的流水式电动机调速方法具有调速范围小，调速精度低，响应时间长等不足。随着社会对产品的需求越来越大，对产品的精度、质量和产量的要求也越来越高，传统的电动机调速已经不能满足生产的需要，因此，人们开始研究电动机调速，从而产生了变频器技术[3]。由于变频器的应用，对电机调速的控制有了很大的改进，变频器的作用是调节电机的功率，实现电机的调速，从而达到节能、高精度、高效率和高质量的目标，还可以减小电力线路的电压波动，降低故障的发生[4]。所以，利用变频调速的原理，设计出一套适合于自动化生产流程的控制系统，是当前的研究热点。

本课题针对工业生产中流水线中的异步电机变频调速系统进行研究，解决传统流水线电机调速系统中存在的问题调节范围小、速率精度差、响应时间长等问题。这一问题的研究不仅可以提升流水线电机的运行性能，满足不同产品、不同工况下的流水线需求，还有利于工业生产的效率提升[5]。变频调速系统可以提高流水线精度和系统稳定性。流水线中的异步电动机采用变频器调速，是利用电动机在静止状态下通过变频器来改变其电源的频率和电压，使电动机能够在较低的速度上运行，从而达到降低电机转速或转矩的目的。变频调