電力系統(tǒng)仿真結(jié)課論文三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)的MATLAB仿真

遼寧工業(yè)大學(xué) 室開放課題設(shè)計(jì)（論文）異步電動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、效率較高、成本較低等特點(diǎn)，在日常生活中得到廣泛的使用。目前，電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在追求更高的控制精度的基礎(chǔ)上變得越來越復(fù)雜，而仿真是對(duì)其進(jìn)行研究的一個(gè)重要手段。是一個(gè)高級(jí)的數(shù)學(xué)分析和運(yùn)算軟件，可用動(dòng)作系統(tǒng)的建模和仿真。在分析三相異步電動(dòng)機(jī)物理和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用MATLAB軟件簡歷了相對(duì)應(yīng)的仿真模型；在加入相對(duì)比仿真。第一章對(duì)異步電機(jī)的實(shí)驗(yàn)要求做出了相關(guān)的描述，第二章對(duì)件做了一定的介紹，第三章是對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性、啟動(dòng)、制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)進(jìn)論分析和仿真模擬以及仿真結(jié)果的分析。對(duì)三相異步電機(jī)進(jìn)行建模和仿真，并通過實(shí)際的電動(dòng)機(jī)參數(shù)，對(duì)建立的模型進(jìn)行證。關(guān)鍵詞：異步電機(jī)、數(shù)學(xué)模型、MATLAB仿真、三相異步電動(dòng)機(jī)第1章實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求................................................................................................1第2章MATLAB及SIMULINK的介紹.....................................................................22.2SIMULINK模塊的介紹........................................................................................3第3章仿真實(shí)驗(yàn)............................................................................................................43.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性............................................................................43.2三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的仿真............................................................................63.3三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)仿真................................................................................83.4三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)仿真..........................................................................10第4章總結(jié)..................................................................................................................121314975r/min，電源頻率為工頻50HZ，定子繞組r12.08，定子漏電抗第1實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求包含的設(shè)計(jì)內(nèi)容：①異步電動(dòng)機(jī)的固有特性和人為特性的仿真；②異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、調(diào)速的仿真。據(jù)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 380V，額定轉(zhuǎn)速為n

3.12，轉(zhuǎn)子電阻折算值r1.53，轉(zhuǎn)子漏電抗折算值為x4.25。 機(jī)起動(dòng)模型的建立、電動(dòng)機(jī)制動(dòng)仿真模型的建立、異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速建立等方面。務(wù)及要求：線，每個(gè)特性曲線中均要包括固有機(jī)械特性的繪制。出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩和定、轉(zhuǎn)子電流隨時(shí)間變化的曲和定、轉(zhuǎn)子電流隨時(shí)間變化的曲線。的變化曲線。第2章MATLAB及Simulink的介紹2.1MATLAB介紹八十年代以來，計(jì)算機(jī)仿真成為交流電機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)分析，研究和設(shè)計(jì)的有利工具。應(yīng)用計(jì)算機(jī)的仿真技術(shù)，我們可以用軟件建立起電機(jī)及其傳動(dòng)、控制的仿真模型，再以這個(gè)模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)人為模擬的環(huán)境或條件下的運(yùn)行研究，代真實(shí)電機(jī)在實(shí)際場合下的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，既可得到可靠的數(shù)據(jù)，又節(jié)約了研究的時(shí)算語言，它以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，把計(jì)算、可視化、程序設(shè)計(jì)融合到了一個(gè)交互的工作環(huán)境中，在這里可以實(shí)現(xiàn)工程視化、科學(xué)和工程繪圖、應(yīng)用程序開發(fā)（包括圖形用戶界面設(shè)定）等等功能，而且，MATLAB提供的工具箱為各行各業(yè)的用戶提供了豐富而實(shí)用的資源。MATLAB語言具有以下特點(diǎn)： MATLAB數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算方面具有強(qiáng)大的功能，而且在計(jì)算結(jié)果的分析和數(shù)據(jù)可視化方面也有著其他類似軟件難以匹敵的優(yōu)勢(shì)。此外，MATLAB的Notebook為用戶提供了把數(shù)學(xué)和文字進(jìn)行統(tǒng)一處理的功能， 了針對(duì)各專業(yè)應(yīng)用的具箱。 MATLAB是一種以矩陣計(jì)算為基礎(chǔ)的程序設(shè)計(jì)語一言，其指令表達(dá)方式與標(biāo)準(zhǔn)教科書的數(shù)學(xué)表達(dá)式非常接近。用戶不需要有較高的計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)，只要按照計(jì)算要求輸入表達(dá)式，MATLAB將為用戶計(jì)算出結(jié)果。此外，使用語言設(shè)計(jì)程計(jì)算方面的編譯效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它編程語言。 MATLAB之一就是其可擴(kuò)展性，這個(gè)特點(diǎn)使得用戶能夠自由地開發(fā)自己的應(yīng)用程序，這些年來，許多使用MATLAB的數(shù)學(xué)家、工程師和科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出相當(dāng)多的不同應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用程序。MATLAB的這些特點(diǎn)使它獲得了對(duì)應(yīng)用學(xué)科，特別是對(duì)邊緣學(xué)科和交叉學(xué)科的極強(qiáng)的適應(yīng)能力，并很快成為應(yīng)用學(xué)算機(jī)輔助分析、設(shè)計(jì)、仿真以及教學(xué)等不可缺少的基礎(chǔ)軟件。2.2Simulink模塊的介紹Simulink是MATLAB下的面向結(jié)構(gòu)圖方式的仿真，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，要快速地建立系統(tǒng)模型是較為困難的，Mathworks公司所提供的這種圖形化方式的對(duì)系統(tǒng)建模和仿真的工具用戶帶來了極大的方便。Simulink與用戶交互接Simulink是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的集成環(huán)境，其主要功能是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系從而可以在實(shí)際系統(tǒng)作出之前，預(yù)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真仿真作適當(dāng)?shù)膶?shí)時(shí)修改或者按照仿真的最佳效果來調(diào)試及整定高系統(tǒng)的性能，減少設(shè)計(jì)系統(tǒng)過程中反復(fù)修改的時(shí)間，實(shí)效率地開發(fā)系統(tǒng)的目標(biāo)。一個(gè)SIMULINK窗口。這個(gè)窗口包含7個(gè)模塊庫，它們分別是信號(hào)源模塊庫模塊庫(Nonlinear)、連接與接口模塊庫(Connections)和擴(kuò)展模塊庫(Extrax)。建立一個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,則應(yīng)選擇文件(File)中的新文件(New)菜單項(xiàng)，這圖。只要從各模塊庫中取出模塊，定義好模塊參數(shù)。將各模塊連接起來，然后設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，如仿真時(shí)間、仿真步長和計(jì)算方法等。模塊的取出可以采用在模塊庫中選中模塊后拖動(dòng)到編輯窗口的復(fù)制方法。連接兩個(gè)模塊是相當(dāng)容易，簡單地用鼠標(biāo)左鍵先點(diǎn)一下起點(diǎn)模塊的輸出端（三角符號(hào)），然后拖動(dòng)鼠標(biāo)器。這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一條帶箭頭的直線，將它的箭頭拉到終點(diǎn)模塊的輸入端再釋放鼠標(biāo)左鍵，則SIMULNIK會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生一條帶箭頭的連線，將兩個(gè)模塊連接起來。如果連線出塊參數(shù)采取用鼠標(biāo)左鍵雙擊模塊圖標(biāo)的辦法，即可得到模塊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。選擇Start啟動(dòng)仿真程序，在仿真結(jié)束時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)用聲音給予提示，系統(tǒng)的仿真過程。周知，現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的交流異步電動(dòng)機(jī)本身就是一個(gè)高階、非線強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。這里從靜止兩相坐標(biāo)系下的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)模型出發(fā)，推導(dǎo)出基于定子磁鏈磁場定向的電動(dòng)機(jī)模型，并采用MATLAB/SIMULNIKSSn((RR第3仿真實(shí)驗(yàn) 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分為械特性，與直流電動(dòng)相同，三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性也是指其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩間的關(guān)系nf(T)。其表達(dá)式可以分為三種，分別是物理表達(dá)參數(shù)表達(dá)式、實(shí)用表達(dá)式。次三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的繪制仿真試驗(yàn)中，采用異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械

3-1-1

U2 2)2(XX)2

3-1-2仿真實(shí)驗(yàn)要求：異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性的繪制，改變定子電壓和改變轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的人為特性曲線的繪制，要求電壓從額定電壓開始下降每次降低，共兩次，轉(zhuǎn)子串電阻每次串0.7，共4次。要求編寫M文件程序，分別得出兩種人為特線，每個(gè)特性曲線中均要包括固有機(jī)械特性的繪制。實(shí)驗(yàn)參數(shù)：額定電壓為U 380V，額定轉(zhuǎn)速為n975r/min，電源頻率為工頻50HZ，

子漏電抗折算值為X24.25。改變定子電壓的人為機(jī)械及其固有機(jī)械特性曲線如下圖3-1，M文件程序見與與U與與U的降低無關(guān)；由于同步轉(zhuǎn)速n圖3-1異步電動(dòng)機(jī)的固有及改變定子電壓曲線圖T

及其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T

2成正比的降低；Sm s60f1/P，因此ns也保持不改變轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的人為機(jī)械特性及其固有機(jī)械特性曲線如下圖3-2，M文件見附錄。圖3-2異步電動(dòng)機(jī)固有及其轉(zhuǎn)子串電阻曲線圖如圖所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻增加時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩T

不變；由于同步轉(zhuǎn)速n

60f1/P，因此ns

也保持不變；S

大后減小。3.2三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的仿真仿真，建立三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)和轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子電流隨時(shí)間變化的曲線。用MATLAB/Simulink對(duì)繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)和轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)過程建模并且仿真。其中三相異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)為50Hz1500r/min 的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子電流的時(shí)間變化曲線進(jìn)行分析。啟動(dòng)仿真模下：圖3-3繞線異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真模型圖3-4繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)仿真模型在運(yùn)行仿真之后，從示波器Scope中得到異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程的B相轉(zhuǎn)子電圖3-5轉(zhuǎn)子不串電阻的電流、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩圖圖3-6轉(zhuǎn)子串電阻的電流、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩圖由圖3-5與圖3-6比較分析可以得出這樣的結(jié)論，三相異步電機(jī)在直接啟動(dòng)，其轉(zhuǎn)子電流非常的大，可能會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，發(fā)生事故，帶來不必要的麻煩，當(dāng)在轉(zhuǎn)子一側(cè)串聯(lián)1 流，降低危險(xiǎn)。直接啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間大約為0.6s,轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間大約為，可以得出轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)時(shí)間比直接啟動(dòng)用時(shí)要長一些，但轉(zhuǎn)子串機(jī)啟動(dòng)的穩(wěn)定性相對(duì)直接啟動(dòng)的穩(wěn)定性要高，安全性能好。3.3三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)仿真三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的仿真，建立能耗制動(dòng)模型。三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的電路圖如圖3-7。三相異步電動(dòng)機(jī)在三相電的運(yùn)行條件下，為了迅速停車，觸電進(jìn)行換接，即當(dāng)三相電源斷開，電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)時(shí)，立即將直流當(dāng)轉(zhuǎn)子由于慣性而仍在旋轉(zhuǎn)時(shí)其導(dǎo)體即切割此磁場，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及轉(zhuǎn)子電流。根據(jù)左手定則，可確定出轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即為制三相電源為460V60Hz，直流電源為80V，串的電阻為1 數(shù)設(shè)置如下圖。圖3-7三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置圖3-8三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的仿真模型3-9圖3-9三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩圖前電動(dòng)機(jī)正常啟動(dòng)，在1s時(shí)三相電源斷開，單向開關(guān)閉合，在AB兩相上加入直Breaker入端為1時(shí)閉合，為0時(shí)斷開。由階躍型號(hào)Step來控制，三相交流電與直流電的換接時(shí)間為1s時(shí)，兩個(gè)階躍信號(hào)觸發(fā)器Step參數(shù)設(shè)置如下圖3-10，左邊為三相圖3-10Step參數(shù)設(shè)置穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，轉(zhuǎn)速達(dá)到1750r/min，在達(dá)到1s時(shí)三相電源在階躍信號(hào)觸發(fā)器Step的作用下斷開，直流電接入AB兩相，三相異步電動(dòng)機(jī)如圖開始進(jìn)入能耗制態(tài)，在兩秒時(shí)，電動(dòng)機(jī)幾乎停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成制動(dòng)。3.4三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)仿真轉(zhuǎn)由輸入的三相交流電源有關(guān)，當(dāng)規(guī)定好電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)。三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)仿真圖如圖3-9所示，C相電壓方向不變，通過階躍現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正方轉(zhuǎn)。這里我還是運(yùn)用階躍信號(hào)觸發(fā)器Step和可控制的Breaker開關(guān)來改變AB兩相電的位置，也就是將Breaker的三相電AB輸出換接圖3-11三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)仿真Breaker的聯(lián)合作用下變?yōu)锽A，如圖3-12，,在1s時(shí)AB兩相交換位置電動(dòng)機(jī)開在運(yùn)行仿真之后，從示波器Scope中得到異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程的B相轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩的變化曲線，如下圖。圖3-12異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電流、轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩圖更佳確切的驗(yàn)證了，三相異步電動(dòng)機(jī)要想使其反向旋轉(zhuǎn)，只需更改三相電源其中時(shí)轉(zhuǎn)矩方向也相應(yīng)發(fā)生了變化。這里的三相交流AB兩相換接位置時(shí)間為1s時(shí)，兩個(gè)階躍信號(hào)觸發(fā)器Step圖3-13正反轉(zhuǎn)Step參數(shù)設(shè)置開關(guān)Breaker的閉合和斷開，c入端為1時(shí)閉合，為0時(shí)斷開，由階躍型號(hào)Step來控制?？刂戚斎腚妷悍较?，從而實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。第章總結(jié)本完成了預(yù)計(jì)的任務(wù)，對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)的相關(guān)知。經(jīng)過半個(gè)月多的努力，我在異步電動(dòng)機(jī)的工作特性方完成了相關(guān)系統(tǒng)的仿真圖?，F(xiàn)階段已完成的工作及取得主要有：(1)、研究三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線，在MATLAB中編程，并對(duì)異步電的機(jī)械特性進(jìn)行仿真。(2)、研究三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性曲線，在MATLAB下的SIMULINK中繪相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真。(3)、研究三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性曲線，在MATLAB下的SIMULINK中繪相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真。(4)、研究三相異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)特性曲線，在MATLAB下的SIMULINK中三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)仿真模型，并對(duì)其進(jìn)行仿真。）系統(tǒng)中運(yùn)用的研究和發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了綜述，本文在電動(dòng)多的工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)各工作特性的分析與是速度快，實(shí)時(shí)性好，費(fèi)用低。當(dāng)然，大量的文獻(xiàn)還介紹他的仿真、分析的方法。論文在借鑒前人研究的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)各工作特性多的電動(dòng)機(jī)工作特性進(jìn)行仿真，把它們的仿真結(jié)果與實(shí)際的運(yùn)行狀況作對(duì)比，研究出更貼合實(shí)際的仿真過程。整個(gè)異步電動(dòng)機(jī)工作特性仿真的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)中存在缺陷和錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。文獻(xiàn)[1]姜華,伍小杰,韓曉春.基于MATLAB/SIMULINK的雙三相異步電機(jī)的仿真模型及性能研究[J].大電機(jī)技術(shù),2006(6):34-37.[2]石欽中.基于MATLAB的三相異步電動(dòng)機(jī)的建模與仿真研究[J].中國科技縱橫,2015(12):150-150.[3]張俊勇.三相異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的仿真研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表,5(8).[4]惠所