永磁电机恒压频比起动仿真实验指导书

永磁同步电机原理以及恒压频比起动仿真实验设计

一、实验目的

（1）掌握永磁同步电机的恒压频比（V/F）起动方法；

（2）掌握如何通过模块化仿真模拟不同类型负载；（）熟悉仿真软件的基本使用方法及其在电力电子与电力拖动3Matlab/Simulink控制系统中的应用

二、实验内容（）基于搭建含驱动电路的永磁同步电机仿真模型；1Matlab/Simulink

（2）设计恒压频比（V/F）开环控制，驱动永磁同步电机空载起动；

（3）在仿真模型中，搭建模块模拟恒转矩负载和“一次型”负载（转矩大小和转速成正比）；

（4）在仿真模型中，对比不同负载情况对永磁同步电机起动性能的影响

三、仿真软件及参考书（）及以上版本;1Matlab R2015b（）参考书和参考内容《电机原理与电力拖动系统》（杨耕等著，机械工业2出版社，2024）,第

3.2节（电动机与拖动负载），

6.3（V/F控制原理），

8.

18.2节（同步电机基本原理与模型）

四、实验内容实验概述

4.1永磁同步电机恒压频比（V/F）控制与异步电机恒压频比（V/F）控制原理相似，硬件构成示意如图其中恒控制器分别输出电压幅值和相角，经由单元1,V/F PWM调制后产生脉冲信号驱动三相逆变电路，输出三相电压建立同步机磁场该控制要求电机输入电压与频率同时变化，即“电压幅值和电压频率之比为一个常数”，其优势在于简单，不使用电机内部参数，多适用于对转速精度要求不高的场合本实验要求设计开环的恒控制器，使得输入电压和频率保持恒定的比例,以V/F此驱动永磁同步电机空载/带载起动，恒电动机控及负载V/F制器图恒压频比控制系统的硬件构成示意1实验任务

4.2参考教材《电机原理与电力拖动系统》（杨耕等，机械工业出版社）对应章节，在

1.平台上搭建并熟悉“恒控制器、单元、驱动及逆变Matlab/Simulink V/F”PWM电路、永磁同步电机等模块，给定参数如下表电路参数数值输入交流电压稳态有效值仅供参考!220V输入转速稳态值2000r/min加速时间V/F21s频率PWM5kHz全桥逆变器桥臂数3全桥逆变器电力电子器件MOSFET/Diodes同步电机极对数4作业提供仿真系统例程（见）供参考，如下图，也可自行搭建example.xls图仿真系统例程示意图

22.实验1同步电机空载稳定运行在1〜2sec.内令同步电机转速由匀速加至稳态值2000r/min,记录电机转速（r/min）和电磁转矩（Nm）波形

3.实验2同步电机转子初始角度默认为在1〜2sec.内令同步电机转速由0匀速加至稳态值时刻切入恒转矩负载（大小为）记录同步电2000r/min,t=2s6Nm,机转速（r/min）和电磁转矩（Nm）波形

4.实验3同步电机转子初始角度默认为0在匚0时刻切入负载，负载设置为“一次型”负载（即教科书中图所示的负载，其转矩/转速为常数），也即令同步电机“带载”起动在内令同步电机转速由匀速加至稳态值改1〜2sec.02000r/min变转矩和转速之间的比例系数，定性给出同步电机稳定起动对比例系数大小的条件

5.实验4木实验分别设置同步电机转子初始角度为310,30（deg）情况下,同步电机“带载”起动也即在时刻切入负载，负载设置为恒转矩（大小为）t=06Nm,在内令同步电机转速由匀速加至稳态值观察同步机在哪1〜2sec.2000r/min些角度下能正常起动，定性分析、给出同步电机稳定起动对转子初始角度的条件

五、实验报告要求及思考问题实验报告要求

5.1请将程序与实验报告打包，命名为班级+姓名+学号提交仿真电路程序文件，撰写实验报告，分析回答下述内容和思考题报告内容和思考题

5.2分析回答下述内容和思考题（报告内容不限于下列问题，通过实验得出的结论和心得部分可展开）

（1）提交仿真电路程序文件，将实验1〜4中涉及的仿真波形整理至实验报告中

（2）在实验3中，定性给出同步电机稳定起动对比例系数大小的条件，并做分析（）在实验中，定性给出同步电机稳定起动对转子初始角度的条件，并做分析34

（4）附加分析说明恒压频比（V/F）起动方式的优缺点（文字说明即可）若搭配仿真可酌情加分。