丁躍澆 榮軍 張國(guó)云 李宏民 李武湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院

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MATLAB在異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速教學(xué)中的應(yīng)用

丁躍澆 榮軍 張國(guó)云 李宏民 李武
湖南理工學(xué)院信息與通信工程學(xué)院

摘要：改革電機(jī)與拖動(dòng)專(zhuān)業(yè)課課堂教學(xué)中的常規(guī)教學(xué)法，將計(jì)算機(jī)仿真軟件引入到課堂教學(xué)中，通過(guò)對(duì)三相異步電動(dòng)變頻調(diào)速的具體仿真實(shí)例講解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而提高課堂聽(tīng)課效率。

關(guān)鍵字：課堂教學(xué) 異步電動(dòng)機(jī) 變頻調(diào)速 仿真實(shí)例

在《電機(jī)與拖動(dòng)》課堂教學(xué)中，如果教師一味按著傳統(tǒng)的教學(xué)方法，采用“填鴨式”和“滿堂灌”的教學(xué)方法，學(xué)習(xí)效果達(dá)不到教師預(yù)期的要求，原因有兩方面：第一個(gè)是《電機(jī)與拖動(dòng)》是非常抽象的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，數(shù)學(xué)公式非常多，與其他專(zhuān)業(yè)課，比如《電力電子技術(shù)》、《自動(dòng)控制原理》以及《變壓器》等方面的知識(shí)結(jié)合緊密，因此學(xué)習(xí)難度還是相當(dāng)大的；第二個(gè)是在課堂教學(xué)中不改革課堂教學(xué)手段，還是按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法，不會(huì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，一旦學(xué)生沒(méi)有學(xué)習(xí)興趣的話，學(xué)習(xí)的動(dòng)力就喪失了，直接導(dǎo)致學(xué)生沒(méi)心思學(xué)好《電機(jī)與拖動(dòng)》這門(mén)課程。因此筆者通過(guò)改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法，在課堂教學(xué)中，將MATALB引入課堂教學(xué)中，取得了意想不到的效果，學(xué)生聽(tīng)課興趣提高，學(xué)習(xí)效果也明顯好轉(zhuǎn)，值得推廣。

1　電機(jī)與拖動(dòng)課堂教學(xué)知識(shí)點(diǎn)舉例

由唐介主編的普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《電機(jī)與拖動(dòng)》，在第四章4.4節(jié)中三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速內(nèi)容中，講到通過(guò)改變頻率，可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，也就是所謂的變頻調(diào)速。對(duì)于這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，教師一般按傳統(tǒng)授課方式的話，課堂講解如下：當(dāng)三相異步電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，定子三相繞組接成星型或者三角形后接到三相電源上。三相電流通過(guò)三相繞組形成旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子接封閉的回路，封閉回路的導(dǎo)線與同步旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此會(huì)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在轉(zhuǎn)子封閉回路中，產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)安培定理，導(dǎo)線流過(guò)電流又處于磁場(chǎng)中，因此會(huì)產(chǎn)生安培力，繼而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是異步電動(dòng)機(jī)的工作原理。但是一定要向?qū)W生說(shuō)明的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一定低于定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，不然就不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)從而切割磁力線了。

調(diào)速方向，既可向下調(diào)，也可以向上調(diào)。頻率降低時(shí)，轉(zhuǎn)速下降；頻率增加時(shí)，轉(zhuǎn)速上升。2）調(diào)速的平滑性好。由于頻率連續(xù)可調(diào)，所以能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。3）調(diào)速的穩(wěn)定性好。因?yàn)闄C(jī)械特性的工作段基本平行、硬度大、靜差率小。4）調(diào)速范圍廣。5）調(diào)速的經(jīng)濟(jì)型初期投資大，需要專(zhuān)門(mén)的變頻裝置 ，但運(yùn)行費(fèi)用不大。其實(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的工作原理不難理解，學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)講不難掌握這個(gè)知識(shí)。但是教師按照常規(guī)教學(xué)方法，比如照本宣科的教學(xué)方式，不會(huì)吸引學(xué)生認(rèn)真聽(tīng)課，特別是教師根據(jù)公式（1）闡述異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的特性時(shí)，學(xué)生基本上能認(rèn)真聽(tīng)下來(lái)的沒(méi)幾個(gè)，也就是說(shuō)沒(méi)什么聽(tīng)課興趣，如果在課堂教學(xué)中通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)驗(yàn)證改變頻率能夠改變轉(zhuǎn)速，那么學(xué)生聽(tīng)課積極性就不一樣，在這里筆者將MATLAB/Simulink引入到課堂教學(xué)中，在課堂教學(xué)中通過(guò)這個(gè)例子達(dá)到了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的，通過(guò)仿真實(shí)例驗(yàn)證了理論的正確性，同時(shí)提高了學(xué)生的課堂聽(tīng)課效率。

2　MATLAB/Simulink在三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用

教師在上課之前，在MATLAB/Simulink中搭建三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速的仿真模型，其仿真模型主要由逆變器模型、電動(dòng)機(jī)模型和SPWM 生成等模型構(gòu)成。采用的是轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)恒壓頻比的轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制方式，它是異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速最基本也是最簡(jiǎn)單的控制方式，一般變頻調(diào)速裝置都帶有這項(xiàng)功能，恒壓頻比的轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)工作方式能滿足大多數(shù)場(chǎng)合交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制的要求，并且使用方便，是通用變頻器的基本模式。在這里教師對(duì)恒壓頻比變頻調(diào)速方式簡(jiǎn)單介紹下，沒(méi)有必要展開(kāi)討論，有興趣的同學(xué)在課后可參考相關(guān)的書(shū)籍進(jìn)行研究。

3　結(jié)論

綜上所述，把計(jì)算機(jī)仿真軟件MATALB/Simulink播放、收音機(jī)、LINE-IN 等功能的基礎(chǔ)上，全面實(shí)現(xiàn)了多功能音箱的多媒體讀取和播放，具有斷電記憶等功能，同時(shí)還搭載了藍(lán)牙模塊，具有藍(lán)牙耳機(jī)的功能，可通過(guò)藍(lán)牙播放歌曲、建立通信。低EMI，有效提高了FM等無(wú)線設(shè)備的接收效果，增加了產(chǎn)品的抗干擾能力。低功耗在節(jié)能環(huán)保的同時(shí)，增加了電池的續(xù)航時(shí)間，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。正常情況下，本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，系統(tǒng)切實(shí)可行，且操作簡(jiǎn)單、使用便捷，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值，并可借鑒應(yīng)用在其它嵌入式系統(tǒng)軟件開(kāi)

發(fā)及推廣中。同時(shí)，此設(shè)計(jì)受限于AU6860C的OTP 存儲(chǔ)空間，需在軟件編寫(xiě)中盡量?jī)?yōu)化代碼，減小代碼空間，也因此所有模塊不能同時(shí)連接運(yùn)行。所以應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)資源及其經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，合理制定藍(lán)牙音箱設(shè)計(jì)方案。

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