交流电机仿真报告

交流电机仿真 交流电机仿真课程 设计报告 课 题: 异步电动机启动过程 班 级: 电力电子0801 姓 名: 倪炬清 学 号: 200801000115 异步电动机启动过程的仿真 一、MATLAB/SIMULINK仿真工具介绍 Matlab的含义是矩阵实验室,Matrix Laboratory,。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体的高性能的数值计算和可视化数学软件。Simulink是基于Matlab的框图设计环境,可以用来对各种动态系统进行建模、分析和仿真是模块化了的编程工具,它把Matlab的许多功能都设计成一个个直观的功能模块,把需要的功能模块用连线连起来就可以实现需要的仿真功能了,也可以根据自己的需要设计自己的功能模块。异步电机作为交流传动系统中的一个主要执行环节,其本身是一个高阶次\非线性、强耦合的多变量系统,其动态和静态特性相当复杂。为了提高系统的性能,优化控制模式以及改进设计方法,必须深人研究异步电机的数学模型。利用MATLAB/SIMULINK对异步电机建立数学模型以及对异步电动机在交流调速中的应用及重要性的研究十分的重要。 二、 交流电机仿真课程设计目的和意义 本课题要求根据异步电机在交流调速中的数学模型,充分利用MATLAB强大的矩阵运算功能及SIMULINK提供的模块,建立异步电动机甩负荷运行的仿真模型,并对实际电机进行仿真。复习掌握异步电动机的工作原理,熟悉MATLAB/Simulink仿真软件。 此次课程设计应达到以下目标, ,1,学习,能基本掌握matlab使用方法。 (2) 掌握交流电机的线性数学模型,包括a-b-c坐标系、d-q-0坐标系和α,β坐 标系,各坐标系的相互关系。 (3)会对交流电机在对称稳态运行条件下的运行情况、在非正常运行条件下,启 动过程、电源突然断电、定子一相断线、定子单相接地、定子绕组相间短路、 突加负荷与突减负荷,的运行情况进行计算机仿真。 异步电机作为交流传动系统中的一个主要执行环节,其本身是一个高阶次\非线性、强耦合的多变量系统,其动态和静态特性相当复杂。为了提高系统的性能,优化控制模式以及改进设计方法,必须深人研究异步电机的数学模型。利用MATLAB/SIMULINK对异步电机建立数学模型以及对异步电动机在交流调速中的应用及重要性的研究十分的重要。 三、 交流电机数学模型 1、常用的坐标系统与转换 常用的坐标系统有以下几种, , 坐标轴放在定子上的静止坐标系统,即a, b, c;αβ0及1, 2, 0坐标系统 , 坐标轴放在转子上的随转子一起旋转的坐标系统,即d, q, 0及F, B, 0坐 标系统 , 坐标轴在空间以同步转速旋转的同步恒速坐标系统,即dc, qc, 0及Fc, Bc, 0坐标系统 , 坐标轴以任意给定转速旋转的纵轴及横轴,d,q,系统 坐标系统的转换, 设d,q,0坐标系统的转换矩阵为C,则 222，，,,,,,coscos(,120)cos(，120),,333,, 222,,,,,,sin,sin(,120),sin(，120),,C,,,333,, 111,, ,,333，， ii，，，，da,,,,即, i,Ciqb,,,, ,,,,ii0c，，，， 设dc,qc,0坐标系统的转换矩阵为C1,则 222，， ,,,,,,,,cos(，)cos(，,120)cos(，，120)ttt000,,333,,222,, ,,,,,,,sin(，),sin(，,120),sin(，，120),,Cttt,,,1000333,,111,, ,,333，， ii，，，，da,,,,i,Ciqb,,,,即, ,,,,ii0c，，，， d,q,0坐标系统与dc,qc,0坐标系统的转换关系如下所示, iiii，，，，，，，，dcdddc,1,,,,,,,,,1i,CCii,CCi1qc1qqqc,,,,,,,, ,,,,,,,,iiii0000，，，，，，，， 异步电动机在dq0坐标系统下的基本方程式, ,, upx，r,xpX,X00i，，，，，，dsssrssmrmd,,,,,,uxpx，rXpX00i,,qrsssssrmmq,,,,,, ,,,,,,upX0px，r000idrmrrrdr,，,,,,,,u0pX0px，r00iqrmrrrqr,,,,,, ,,,,,,u0000px，r0i00r0,,,,,,u00000pxri，,,,,,,or0r0r ，，，，，， 异步电动机在dq0坐标系统下的基本方程式, P,ui，ui，2ui ddqq00 d,r T,,i,,i,X(ii,ii)H,T,Tedqqdmdrqqrdemdt u,u,0由于异步电动机转子一般短接,所以, drqr 2、三相异步电机的数学模型, didLLLΨi，，，，，，sssrssu,Ri，L，,,i,dtd,,,,,,,ΨLLirrsrrr，，，，，， Jd,T,T，eLndt,T,nL[(ii，ii，ii)sinpepmsAaBbCc ,，(ii，ii，ii)sin(，120:)AbBcCad, ,,，(ii，ii，ii)sin(,,120:)]AcBaCbdt 以上各式便构成在恒转矩负载下三相异步电机的多变量非线性数学模型,用结构图示出来如下图所示。 ,, ,,iiuu-1-1LL((RR++LLpp)) eerr ,,( ( ,,))11 ,,,,11,,( ( ,,))22 TTee,,TTnnnLLppp JpJpJp 图1 异步电动机的多变量非线性动态结构图 由图可知异步电机数学模型的下列具体性质, ,1,异步电机可以看作一个双输入双输出的系统,输入量是电压向量和定 [5]子输入角频率,输出量是磁链向量和转子角速度。 (2,非线性因素存在于Φ1,•,和Φ2,•,中,即存在于产生旋转电动势 er 和电磁转矩 Te 两个环节上,还包含在电感矩阵L中,旋转电动势和电磁转矩的非线性关系和直流电机弱磁控制的情况相似,只是关系更复杂一些。 ,3,多变量之间的耦合关系主要也体现在 Φ1,•,和Φ2,•,两个环节上,特别是产生旋转电动势的Φ1对系统内部的影响最大。 三、异步电动机启动仿真模型 如下图所示: 三、 仿真结果以及仿真曲线 用MATLAB仿真后可以得到启动过程中电机的转矩,电压,电流,转速变化规 律曲线如下, 五、仿真总结 本次仿真显示了异步电动机启动过程中电机的转矩,电压,电流,转速变化规律以及他们之间的变化关系。本次仿真过程中,我们同学之间互相交流学习,一起研究讨论仿真过程中所出现的问题,通过分析各个变化量之间的关系,进一步了解了异步电动机启动的特性。此外,通过这次仿真设计,我又加深了对异步电动机启动过程的理解以及对MATLAB的熟悉运用。 仿真结果表明MATLAB是一个非常优秀的交互式建模、仿真与动态系统分析工具,运用它可以方便地实现现代运动控制系统的设计及动态性能的仿真。用MATLAB进行三相异步电动机仿真比较方便,且高效直观,得到的结果也比较接近实际。