基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真

信息工程系电力拖动自动控制论文题目:基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真专业：电气工程及其自动化班级：K0309414学号：K030941410学生姓名：蔡泉权指导教师：耿东山2012年6月1日基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真摘要利用MATLAB软件中的动态仿真工具SIMULINK，构建异步电机的仿真模型，并通过实验验证了所建电机模型的可行性、实用性。关键词异步电机建模仿真MATLAB／SIMULINK1引言随着电力电子技术的飞速进步和交流电机调速理论的不断深入。异步电机的应用日益广泛。然而异步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。通过坐标变换，可以消除瞬变过程中的周期性时变系统和降低方程的阶数，从而简化数学模型，基于这种观念，利用计算机仿真技术去建模既省时又直观。本文采用异步电机基于两相静止坐标系下的数学模型，结合坐标变换，利用MATLAB软件中的动态仿真SIMULINK，建立异步电机的仿真模型。并通过实例进行实时仿真。2基于静止坐标系下异步电机数学模型异步电机的数学建模方法是将三相电机转换成两相电机，按两相电机建模。2．1电压矩阵方程异步电机在两相静止坐标系中的电压矩阵方程为式中，uα1，uβ1分别是异步电机在α、β轴上定子电压分量；uα2，uβ2分别是异步电机在α、β轴上转子电压分量；iα1，iβ1分别是异步电机在α、β轴上定子电流分量；iα2，iβ2分别是异步电机在α、β轴上转子电流分量；R1、R2分别为定、转子电阻；L1、L2分别为定、转子电感；Lm为互感；s为微分算子；ω为转子角速度特别地，对于笼型电机转子侧电压为零。2．2三相－二相变换三相对称静止绕组，通以三相平衡的正弦电流，产生合成磁动势，以同步转速旋转，则此三相称为三相静止坐标系。两相静止绕组，它们在空间互差90度电角度，且通入时间上互差90度的两相电流，也产生与上相同的磁动势，则把此两相称为两相静止坐标系。若它们的磁动势空间位置一致、幅值和转速相等，故可认为这两种坐标系等效。三相－两相的转换矩阵如下：2．3转矩和运动方程转矩方程式为：式中pn为电机的极对数；J为电机的转动惯量；Tl为负载转矩。3异步电机模型MATLAB是一种交互式仿真系统，其语言表述形式与其数学表达形式相同。故MATLAB特别适合于动态系统的建模与仿真。本文采用借助S－函数来实现电机异步仿真。我们在程序中用到的S－函数是在sfuntmpl．m的基础上，经过改进编写的。然后在SIMULINK中调用S－function模块即可。为了能得到异步电机的定、转子电流，计算出电机的转矩与转速，必须先进行矩阵变换，将电压矩阵方程转换成状态方程的形式，然后将其写入S函数中。转换后的状态方程如下：下面分别给出用MATLAB／SIMULINK中模块的构造组合以及用S－function编写的部分程序，此程序在函数acmotor＿demo（t，x，u，flag）中。3．1S－function函数的模块组合通过Mux模块合并为一个矢量，经过acmotor＿demo．m函数得到一个矢量输出，再通过Dumux模块分解出这几个变量，分别为iα1，iβ1，iα2和iβ2。3．2S－function函数程序4电机仿真实验电机模型进行仿真，电机参数为：额定电压：90V；额定电流：4．2A；额定转速：1760r／min；额定频率：60Hz；额定转矩：3．316Nm；电机极对数：2；转动惯量J：0．00047kgm2；转子电感L2：0．08377H；转子电阻R2：1．03Ω；定子电感L1：0．0805H；定子电阻R1：1．2Ω；定、转子互感Lm：0．0777H。动态仿真将观察电机加上三相正弦交流电源和负载变动时，起动过程中电机转矩、转速、电流等的变化。仿真图如图2：4．1空载起动仿真进行全压理想空载起动，即令负载转矩为零。图3为理想空载起动仿真结果。由图3可以看出电机的空载起动过程约为0．2秒。因为负载转矩为零，故电机转速可很快上升且能达到同步转速（1800rpm）。曲线响应快且稳态性能较好。4．2带载仿真在起动后0．4秒时加上2Nm的负载，观察电机在加上负载后的响应。图4为电机加上负载后响应曲线。由图4可以看出，空载起动后由于电机在0．4秒时加上了负载，此时电机转速开始逐渐下降。在经过了大约0．1秒后，电机的转速又趋于稳定，且稳定性能较好。通过这两次不同的仿真，我们不难看出用MATLAB／SIMULINK进行电机仿真方便简单、高效直观，特别适合与对复杂系统的建模与分析。5结束语本文系统而简略的介绍了用MATLAB／SIMULINK进行电机的模拟仿真，介绍了异步电机矢量变换控制系统的数学模型的建立，结合实例介绍了MATLAB／SIMULINK建模的过程，并对异步电机模型进行了有层次的仿真，这对研究交流调速系统提供了有力的支持。利用MATLAB／SIMULINK建立异步电机模型，模型直观，不用编程，易于使用，为以后验证设计思想、并进行高效成功的设计打下良好的基础。参考文献1陈伯时，陈敏逊．交流调速系统．北京：机械工业出版社，19882张志涌．精通MATLAB．北京：北京航空航天大学出版社，20003薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB／SIMULINK的统仿真技术与应用．北京：清华大学出版社，2002