MATLAB在異步電動機變頻調速教學中的應用

丁躍澆 榮軍 張國云 李宏民 李武湖南理工學院信息與通信工程學院

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MATLAB在異步電動機變頻調速教學中的應用

丁躍澆 榮軍 張國云 李宏民 李武
湖南理工學院信息與通信工程學院

摘要：改革電機與拖動專業課課堂教學中的常規教學法，將計算機仿真軟件引入到課堂教學中，通過對三相異步電動變頻調速的具體仿真實例講解，激發學生學習興趣，從而提高課堂聽課效率。

關鍵字：課堂教學 異步電動機 變頻調速 仿真實例

在《電機與拖動》課堂教學中，如果教師一味按著傳統的教學方法，采用“填鴨式”和“滿堂灌”的教學方法，學習效果達不到教師預期的要求，原因有兩方面：第一個是《電機與拖動》是非常抽象的一門專業課程，數學公式非常多，與其他專業課，比如《電力電子技術》、《自動控制原理》以及《變壓器》等方面的知識結合緊密，因此學習難度還是相當大的；第二個是在課堂教學中不改革課堂教學手段，還是按照傳統的教學方法，不會激發學生學習興趣，一旦學生沒有學習興趣的話，學習的動力就喪失了，直接導致學生沒心思學好《電機與拖動》這門課程。因此筆者通過改革傳統的教學方法，在課堂教學中，將MATALB引入課堂教學中，取得了意想不到的效果，學生聽課興趣提高，學習效果也明顯好轉，值得推廣。

1　電機與拖動課堂教學知識點舉例

由唐介主編的普通高等教育“十一五”國家級規劃教材《電機與拖動》，在第四章4.4節中三相異步電動機的調速內容中，講到通過改變頻率，可以改變電機轉速，也就是所謂的變頻調速。對于這個知識點，教師一般按傳統授課方式的話，課堂講解如下：當三相異步電機作電動機運行時，定子三相繞組接成星型或者三角形后接到三相電源上。三相電流通過三相繞組形成旋轉磁通勢，產生以同步轉速旋轉的旋轉磁場，而三相異步電機的轉子接封閉的回路，封閉回路的導線與同步旋轉的磁場有相對運動，因此會切割磁力線，產生感應電動勢，在轉子封閉回路中，產生感應電流，根據安培定理，導線流過電流又處于磁場中，因此會產生安培力，繼而產生電磁轉矩，拖動轉子帶動負載轉動，這就是異步電動機的工作原理。但是一定要向學生說明的轉子的轉速一定低于定子磁場轉速，不然就不會產生相對運動從而切割磁力線了。

調速方向，既可向下調，也可以向上調。頻率降低時，轉速下降；頻率增加時，轉速上升。2）調速的平滑性好。由于頻率連續可調，所以能實現無級調速。3）調速的穩定性好。因為機械特性的工作段基本平行、硬度大、靜差率小。4）調速范圍廣。5）調速的經濟型初期投資大，需要專門的變頻裝置 ，但運行費用不大。其實三相異步電動機變頻調速的工作原理不難理解，學生認真聽講不難掌握這個知識。但是教師按照常規教學方法，比如照本宣科的教學方式，不會吸引學生認真聽課，特別是教師根據公式（1）闡述異步電動機變頻調速的特性時，學生基本上能認真聽下來的沒幾個，也就是說沒什么聽課興趣，如果在課堂教學中通過一個實例來驗證改變頻率能夠改變轉速，那么學生聽課積極性就不一樣，在這里筆者將MATLAB/Simulink引入到課堂教學中，在課堂教學中通過這個例子達到了實驗教學的目的，通過仿真實例驗證了理論的正確性，同時提高了學生的課堂聽課效率。

2　MATLAB/Simulink在三相異步電動機調速中的應用

教師在上課之前，在MATLAB/Simulink中搭建三相異步電動機的變頻調速的仿真模型，其仿真模型主要由逆變器模型、電動機模型和SPWM 生成等模型構成。采用的是轉速開環恒壓頻比的轉速開環控制方式，它是異步電動機變頻調速最基本也是最簡單的控制方式，一般變頻調速裝置都帶有這項功能，恒壓頻比的轉速開環工作方式能滿足大多數場合交流電動機調速控制的要求，并且使用方便，是通用變頻器的基本模式。在這里教師對恒壓頻比變頻調速方式簡單介紹下，沒有必要展開討論，有興趣的同學在課后可參考相關的書籍進行研究。

3　結論

綜上所述，把計算機仿真軟件MATALB/Simulink播放、收音機、LINE-IN 等功能的基礎上，全面實現了多功能音箱的多媒體讀取和播放，具有斷電記憶等功能，同時還搭載了藍牙模塊，具有藍牙耳機的功能，可通過藍牙播放歌曲、建立通信。低EMI，有效提高了FM等無線設備的接收效果，增加了產品的抗干擾能力。低功耗在節能環保的同時，增加了電池的續航時間，提高了產品的競爭力。正常情況下，本系統運行穩定、可靠，系統切實可行，且操作簡單、使用便捷，具有一定的應用推廣價值，并可借鑒應用在其它嵌入式系統軟件開

發及推廣中。同時，此設計受限于AU6860C的OTP 存儲空間，需在軟件編寫中盡量優化代碼，減小代碼空間，也因此所有模塊不能同時連接運行。所以應綜合考慮系統資源及其經濟實用性，合理制定藍牙音箱設計方案。

參考文獻

［1］ 楊菲，周鳳星.基于ARM的藍牙無線通信模塊的設計與實現［J］.通信技術，2011，44（3）：113-115.

［2］ 陳淡，鄭應航.基于藍牙技術的北斗終端通信模塊的設計［J］.現代電子技術，2013（23）：16-18.

［3］ 張子敬.藍牙技術應用現狀和未來發展趨勢［J］.科技致富向導，2012（14）：41-42.

［4］ 吳曄，張陽，滕勤.基于HCS12的嵌入式系統設計［M］.北京：電子工業出版社，2010.

［5］ 翁楊，郭涵雅，周龍.便攜式多媒體音箱系統設計方案［J］.電子技術，2012（7）：63-66.

［6］ 王宜懷，朱仕浪，郭蕓.嵌入式技術基礎與實踐（第3版）——ARM Cortex-M0+KiisL 系列微控制器（軟件工程專業核心課程系列教材）［M］.北京：清華大學出版社，2013.