基于MATLAB的電機(jī)仿真研究

wordword石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)MATLABSimulationResearchofMotorBasedonMATLAB2013屆電氣與電子工程學(xué)專 業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化完成日期 2013年6月10日wordword文檔可自由復(fù)制編輯畢業(yè)設(shè)計(jì)題目畢業(yè)設(shè)計(jì)題目MATLAB的電機(jī)仿真研究評(píng)定成績指導(dǎo)教師得分評(píng)閱人得分答辯小組組長得分成績：年月日題目題目MATLAB的電機(jī)仿真研究一、設(shè)計(jì)內(nèi)容一、設(shè)計(jì)內(nèi)容以Matlab進(jìn)行直流電機(jī)、交流電機(jī)(異步電機(jī)和同步電機(jī))的起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)的仿真，說明建模過程及仿真結(jié)果的分析。二、基本要求(1)了解MATLAB軟件的基本功能及應(yīng)用。(2)采用Simulink進(jìn)行電機(jī)仿真建模。(3)能夠?qū)崿F(xiàn)不同電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)。(4)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要完善合理。三、主要研究方法學(xué)習(xí)掌握電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理學(xué)會(huì)使用Matlabsimulink模塊搭建仿真模型及M語言的編寫四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)電機(jī)相關(guān)資料MATLAB(3)電力拖動(dòng)相關(guān)資料(4)MATLAB電機(jī)仿真舉例分析五、進(jìn)度計(jì)劃(1)13(2)58周：系統(tǒng)各部分設(shè)備選擇；(3)第9周——第11周：完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；(4)第12周——第13周：完成設(shè)計(jì)說明書；(5)第14周——第16周：修改設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯。教研室主任簽字時(shí)間年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題目 基于MATLAB的電機(jī)仿真研一、本課題的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀行不可或缺的重要設(shè)備。同時(shí)，電機(jī)在世界各國綜合國力的較量中起著決定性作用。如何生產(chǎn)100多年的技術(shù)發(fā)展，電動(dòng)機(jī)自身的理論基本成熟。隨著電工技術(shù)的發(fā)展，對電能的轉(zhuǎn)換、控制以及高效使用的要求越來越高。電磁材料的性能不斷提高，電工電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為電動(dòng)機(jī)的發(fā)展注入了新的活力。目前，電機(jī)研究的不斷深入并且電機(jī)控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，仿真是對其進(jìn)行研究的一個(gè)重要的、不可或缺的手段，而值得考慮的是采用何種軟件才使得仿真方便、快速、準(zhǔn)Simulink但是，中國電機(jī)起步較晚，工藝落后，各方面還不成熟。為了盡快在電機(jī)方向趕超國外，生產(chǎn)出高性能的電機(jī)設(shè)備就需要在仿真的幫助下不斷實(shí)驗(yàn)、分析、改良，相信我國的電機(jī)會(huì)達(dá)到一個(gè)全新的高度。二、方法和手段simulink仿真，首先需要分析電機(jī)的內(nèi)matlab的學(xué)習(xí)至關(guān)重MATLAB軟件的基本介紹及應(yīng)用，simulink方法。三、預(yù)期結(jié)果matlab能的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)方法。指導(dǎo)教師簽字 時(shí) 間 年 月 日摘 要MATLABMATLAB軟件的學(xué)習(xí)。對SimulinkSimulink模塊搭建出不同類型、不同容量電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)模型，然后仿真出各參數(shù)的曲線。第三、仿真結(jié)果通過Simulink模塊當(dāng)中示波器顯示其曲線變化，這樣可以更為直觀的觀察到各參數(shù)對電動(dòng)機(jī)性能的影響，對電動(dòng)機(jī)的研究帶來了極大的方便。關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī) MATLAB Simulink 仿真AbstractThedesigniselectricmachinerysimulationexperimentbasedonMATLAB.Firstly,weshouldlearntostudytheinternalstructureandprincipleofoperationoftheelectricmachinery.Secondly,itisthelearningoftheMATLABsoftware.TobuildupasimulationmodelweneedtousetheSimulinkmoduletobuildupdifferenttypeandcapacitymotors’starting,speedregulationandbrakingmodulebySimulinkmodule,thensimulatethecurvesoftheparameters.Thesimulationofthemotorplaysanimportantroleinstudyingtheelectricmachinery.Bybuildingupthemodelstosimulatethevarietyofthemotors ’starting,speedregulationandbrakingcurves.Firstly,wecangreatlyimprovethesafetyduringtheprocess oftheexperiment.Secondly,itiseasytobuildupasimulationmodelandconvenienttomodifytheparameters,sowecangreatlyshortenthedesigncycleinthefuturemotorimprovementandsystemdesignanditispropitioustoselectoptimumparametersanddesignthemostreasonablesystemscheme.Thirdly,thesimulationresultsisusedbyoscilloscopeinSimulinkmodulestodisplaytheirs’curvesvariety,inthiswaywecanintuitionisticlyobservetheeffectsofparametersontheperformanceofthemotors,itbringsgreatconvenienceinmotorresearch.Keywords: electricmotor MATLAB Simulink simulation目 錄第1章 緒論 1電機(jī)仿真的背景及意義 1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1論文研究的主要內(nèi)容 2第2章 MATLAB概述 3MATLAB語言及特點(diǎn) 3Simulink的應(yīng)用 4簡介 4功能 4特點(diǎn) 5啟用 5第3章 變壓器 7變壓器的基本工作原理 7變壓器仿真 9變壓器空載運(yùn)行狀態(tài)仿真 9變壓器負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)仿真 12第4章 三相異步電動(dòng)機(jī) 14三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理 14三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 17三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng) 17三相異步電動(dòng)機(jī)降壓啟動(dòng) 19三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng) 23三相異步電動(dòng)機(jī)自由制動(dòng)仿真 23三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真 25三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)仿真 26三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真 27三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻仿真 28三相異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速仿真 29三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真 30第5章 三相同步電動(dòng)機(jī)仿真 32三相同步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 32三相同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)仿真 33三相同步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真 34三相同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真 36第6章 直流電機(jī) 37直流電機(jī)的工作原理 37直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)仿真 39他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真 39他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分級(jí)啟動(dòng)仿真 40直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)仿真 42直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真 42直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)仿真 43直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真 45直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓調(diào)速仿真 45直流電動(dòng)機(jī)減弱磁通調(diào)速仿真 46第7章 結(jié)論 487.1 結(jié)論 48參考文獻(xiàn) 49致謝 50附錄A 外文資料翻譯 51英文 51譯文 591章緒論電機(jī)仿真的背景及意義食、住、行不可或缺的重要設(shè)備。同時(shí)，電機(jī)在世界各國綜合國力的較量中起著決定100MATLAB軟件已經(jīng)成功在電機(jī)仿真研究中應(yīng)用。電機(jī)仿真對電機(jī)研究有重大意義：能夠大大提高實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中的安全性；的設(shè)計(jì)中可以大大縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期，有利于選擇最佳參數(shù)和設(shè)計(jì)最合理的系統(tǒng)方案；Simulink的觀察到各參數(shù)對電動(dòng)機(jī)性能的影響，對電動(dòng)機(jī)的研究帶來了極大的方便。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀60多年的發(fā)展，已建立了全國性機(jī)發(fā)展起步早、發(fā)展迅速，我國抓住第二次工業(yè)革命的機(jī)遇正在趕超國外。機(jī)的研究中有著諸多優(yōu)點(diǎn)，仿真也在各行各業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。論文研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)是基于MATLAB的電機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，它所包含的主要內(nèi)容有：(2)MATLAB軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)；對電機(jī)不同仿真模型進(jìn)行搭建；對搭建模型進(jìn)行說明并且對比分析仿真曲線的特性。SimulinkSimulink2MATLABMATLABMATLABmathworks案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言(C、Fortran)代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。MATLAB語言是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語言。它集成度高，使用方便，輸入簡捷，運(yùn)算高效，內(nèi)容豐富，并且很容易由用戶自行擴(kuò)展。與其他計(jì)算機(jī)語言相比，MATLAB有許多特點(diǎn)。MATLAB是一種解釋性語言MATLAB編程和調(diào)試的工作量。變量的“多功能性”①每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它可以有n×m個(gè)元素；②每個(gè)元素都看成復(fù)數(shù)，這個(gè)特點(diǎn)在其他語言中也是不多見的；③矩陣的行數(shù)、列數(shù)無需定義，MATLAB會(huì)根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)形式，自動(dòng)決定一個(gè)矩陣的階數(shù)，而在用其他語言編輯時(shí)必須定義矩陣的階數(shù)。運(yùn)算符號(hào)的“多功能性”所有的運(yùn)算，包括加、減、乘、除、函數(shù)運(yùn)算都對矩陣和復(fù)數(shù)有效。語言規(guī)則與筆算式相似MATLAB的程序與科技人員的書寫習(xí)慣相近，因此易寫易讀，易于在科技人員之間交流。強(qiáng)大而簡易的作圖功能①能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖；②能規(guī)定多種坐標(biāo)(極坐標(biāo)、對數(shù)坐標(biāo)等)繪圖；③能繪制三維坐標(biāo)中的曲線和曲面；④可設(shè)置不同顏色、線型、視角等。如果數(shù)據(jù)齊全，往往只需一條命令即可給出相應(yīng)的圖形。智能化程度高①繪圖時(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)，以及按輸入和輸出變元數(shù)自動(dòng)選擇算法等；②做數(shù)值分析時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長；③自動(dòng)檢測和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴(kuò)展部分?；静糠职ǎ壕仃嚨倪\(yùn)算和各MATLAB的基現(xiàn)在已經(jīng)有控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、模糊集合、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及小20余個(gè)工具箱，并且還在繼續(xù)發(fā)展中。MATLAB已經(jīng)成為這一功能強(qiáng)大的軟件逐漸被越來越多的人了解和使用[1]。Simulink簡介SimulinkMATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜SimulinkSimulink已被廣泛應(yīng)用于控制理Simulink[1]。功能SimulinkMATLABMATLAB的框圖Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)果。Simulink供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測試。.SimulinkSimulink了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。SimulinkMATLABMATLAB腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義[1]。特點(diǎn)豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫；交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖；以設(shè)計(jì)功能的層次性來分割模型，實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理；ModelExplorer性，生成模型代碼；API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成；使用EmbeddedMATLAB?模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法；(Normal,Accelerator,RapidAccelerator)C代碼的形式來運(yùn)行模型；圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為；(9)MATLAB數(shù)和測試數(shù)據(jù)；(10)模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤。啟用MATLABsimulinkSimulinkLibraryBrowser出了按功能分類的各種模塊的名稱。當(dāng)然用戶也可以通過 MATLAB主窗口的快捷按鈕來打開 SimulinkBrowser窗口。MATLABsimulink3結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)用圖標(biāo)形式顯示的Library:simulink3的Simulink窗口。般說來第二種窗口直觀、形象，易于初學(xué)者，但使用時(shí)會(huì)打開太多的子窗口[1]。第3章 變壓器變壓器的基本工作原理單相變壓器的基本工作原理示意圖如圖3-1所示，在同一鐵心上分別繞有匝數(shù)為NN1

的兩個(gè)高、低壓繞組，其中接電源的，從電網(wǎng)吸收電能的AX繞組稱為一次繞組，接負(fù)載的，向外電路輸出電能的ax繞組稱為二次繞組。AAim1i2au1E1N1NE u222Xx圖3-1單相變壓器工作原理示意圖當(dāng)一次繞組外加電壓U1

時(shí)，二次側(cè)就有電流I1

流過，并在鐵心中產(chǎn)生與U同頻1率的交變主磁?，主磁通同時(shí)鏈繞一、二次繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，會(huì)在一、二mEE1 2

，二次側(cè)在E2

的作用下產(chǎn)生負(fù)載電流I2

,向負(fù)載輸出電能[2]。根據(jù)電磁感應(yīng)定律有

e=-N d?1 1 dt

(3-1)e=-N d?2 2 dt

(3-2)E N1= 1E N2 2

(3-3)e1N

——一次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(V)；——一次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；1?——主磁通強(qiáng)度(Wb)；t——磁通變化時(shí)間(S)；e——二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(V)；2E——一次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(V)；1E——二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(V)；2N ——二次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；2k——變壓器電壓比；如果忽略變壓器一、二次繞組內(nèi)阻和漏磁通，一、二次繞組端電壓可近似為：u≈e1 1

(3-4)u≈e2 2

(3-5)U E NU1≈UE2

=N1=k2

(3-6)式中，e1N1u1u2e2

——一次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(V)；——一次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；——一次側(cè)端電壓(V)；——二次側(cè)端電壓(V)；——二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(V)；E——一次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(V)；1E——二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(V)；2N ——二次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；2k——變壓器電壓比；可見，只要改變一、二次繞組匝數(shù)之比，就可變換電壓，滿足不同用戶的需求，這就是變壓器的基本工作原理。變壓器的參數(shù)有勵(lì)磁參數(shù)和短路參數(shù)，只有這些參數(shù)已知，才能運(yùn)用基本方程、等效電路或向量圖求解各量。對制造好的變壓器，其參數(shù)可通過試驗(yàn)測得。變壓器仿真變壓器空載運(yùn)行狀態(tài)仿真通過空載試驗(yàn)可得勵(lì)磁參數(shù)、電壓比和鐵損等數(shù)據(jù)。變壓器空載試驗(yàn)接線圖如圖3-2所示。wAwAVVwVVwVAAAVa b圖3-2變壓器空載試驗(yàn)接線圖a單相變壓器b三相變壓器為了便于測量和安全空載試驗(yàn)一般在二次側(cè)做即在低壓繞組ax上加電壓U ,2N高壓繞組AX開路，測量電壓U 、空載電流I 、輸入功率P和開路電壓U 。因2 20 0 10變壓器空載時(shí)無功率輸出，所以輸入的功率全部消耗在變壓器的內(nèi)部，為鐵芯損耗P I2Fe 20

r2

很小，P >>I220 Fe

r2，故可忽略空載銅耗，認(rèn)為P≈P0

=I220

r2。根據(jù)測得的空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算三相變壓器的參數(shù)[3]。變壓器變比為

k=N

U2= 2N2

(3-7)式中，N1U

N U1 10(匝)；——一次側(cè)空載電壓(V)；10U ——二次側(cè)額定電壓(V)；2NN——二次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；2k——變壓器電壓比；空載阻抗為式中，z——空載阻抗(?)；0

Uz= 2N0 I20

(3-8)U ——二次側(cè)額定電壓(V)；2NI ——二次側(cè)空載電流(A)；20空載電阻為

Pr = 0 (3-9)0 I220r0P

——空載電阻(?)；——空載功率(W)；0I ——二次側(cè)空載電流(A)；20其中，z =z0 1

+z m

=r+r1

。因zm

>>z，r1

>>r1

,可認(rèn)為勵(lì)磁阻抗為式中，z 磁阻抗(?)；mz——空載阻抗(?)；0

Uz ≈z= 2Nm 0 I20

(3-10)U ——二次側(cè)額定電壓(V)；2NI ——二次側(cè)空載電流(A)；20勵(lì)磁電阻為

r≈r m 0

P0 (3-11)I220式中，rmr0P

——?jiǎng)?lì)磁電阻(?)；——空載電阻(?)；——空載功率(W)；0I ——二次側(cè)空載電流(A)；20勵(lì)磁電抗為

x = (z2m

r2) (3-12)m式中，rm

——?jiǎng)?lì)磁電阻(?)；z (?)；mx (?)；mk2，還應(yīng)注意，勵(lì)磁參數(shù)隨電壓的大小而變化，計(jì)算時(shí)要取額定3，即取一相功率計(jì)算，同時(shí)應(yīng)將測得的線值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相值數(shù)據(jù)。實(shí)例：某單相變壓器U1N

/U =220V/110V,S2N

=1KVA,建立該變壓器仿真模型，仿真顯示該變壓器空載運(yùn)行時(shí)一、二次電壓和電流波形[4]。ACSource220VSaturableTransformer3-3所示。圖3-3變壓器空載仿真模型單相變壓器空載運(yùn)行仿真結(jié)果如圖3-4所示：圖3-4變壓器空載仿真結(jié)果結(jié)果分析一次側(cè)電壓為電源電壓波形正弦波峰值為220 2頻率為50Hz；word文檔可自由復(fù)制編輯一次側(cè)電流由

U1N

/R計(jì)算所得：正弦波、頻率為50Hz；二次側(cè)電壓由式(3-7)計(jì)算所得：正弦波、頻率50Hz；由于為空載試驗(yàn)，二次側(cè)沒有閉合回路，電流為0。變壓器負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)仿真實(shí)例：某單相變壓器，其額定參數(shù)為額定容量S 額定頻率f =50Hz,N n額定電壓U /U =380V/220V,一次繞組漏阻抗z=(0.14+j0.22)?,二次繞組漏阻抗1N 2N 1z=(0.035+j0.055)勵(lì)磁阻抗z 負(fù)載阻抗z =(4+j3) 試用Simulink2 m L建立仿真模型，計(jì)算當(dāng)一次側(cè)加額定電壓時(shí)，一、二次側(cè)的實(shí)際電流、勵(lì)磁電流及二次側(cè)的電壓[4]。建模：一次側(cè)電源選取ACSource220V；變壓器選擇TransformeDisplayDisplay1顯示一次側(cè)電流有效值、Display顯示二次側(cè)電壓有效值、Display3RMS3-5所示：圖3-5變壓器負(fù)載仿真結(jié)果結(jié)果分析：用“T”形等效電路計(jì)算k=U1NU2N

=380=1.73220一次額定電流為: I1N

=SNU

=10103A=26.32A380二次側(cè)額定電流為: I2N

1N=SNU

=10103A=45.45A2202N用“T”形等效電路求解，二次側(cè)折算到一次側(cè)的參數(shù)為:word文檔可自由復(fù)制編輯wordword文檔可自由復(fù)制編輯z=z

z (z+ m

zL

=(11.51+j9.4665)?=14.90∠39.436°?1 z zm 2

zL取參考向量為380∠0°V，則所求各電流為: =U1

= 3800

=25.50∠-39.436°A1 z 14.939.436-

=1

-1

z=373.68∠-0.317°V1= -=I 1=1.20∠-84.789°Am zmI1=25.5042.68Im=1.20U2I2∣zL∣=213.40V。第4章 三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理兩部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間有氣隙，在定子兩端有端蓋支撐轉(zhuǎn)子。組的極對數(shù)，即:式中，n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)；1f——電網(wǎng)頻率(Hz)；1p——繞組極對數(shù)；

60n=1 p

1 (4-1)這個(gè)基波旋轉(zhuǎn)磁場在短路的轉(zhuǎn)子繞組(若是籠型繞組則其本身就是短路的，若是繞線式轉(zhuǎn)子則通過電刷短路)中感應(yīng)電動(dòng)勢并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的電流，該電流相關(guān)，下面將分三個(gè)不同的轉(zhuǎn)速范圍來進(jìn)行討論[5]。nn之差(n-n)nS表示，1 1 1即式中，S——轉(zhuǎn)差率；

n nS= 1n1

(4-2)n——同步轉(zhuǎn)速(r/min)；1n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)；4-1所示。SSSa圖4-1b異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)ca電動(dòng)機(jī)狀態(tài)b發(fā)電機(jī)狀態(tài)c電磁制動(dòng)狀態(tài)NTNTn>n1emNTemnNemnn0<n<n1

,即0<S<1時(shí)，轉(zhuǎn)子中導(dǎo)體以與n相反的方向切割旋轉(zhuǎn)磁場，導(dǎo)體中將N定從電網(wǎng)吸收有功電功率。如果轉(zhuǎn)子被加速到n

，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，它們之間無相對切割，1因而導(dǎo)體中無感應(yīng)電動(dòng)勢，也沒有電流，電磁轉(zhuǎn)矩為0。因此在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速n。1發(fā)電機(jī)狀態(tài)用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)異步電機(jī)，使其轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，即n>n1

、S<0。轉(zhuǎn)子上導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)相反，從而導(dǎo)體上感應(yīng)電動(dòng)勢，電流的N電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)。此時(shí)異步電機(jī)由轉(zhuǎn)軸從原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率，克服電磁轉(zhuǎn)矩，電磁制動(dòng)狀態(tài)由于機(jī)械負(fù)載或其他外因，轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，即n<0、S>1。此時(shí)當(dāng)涉及到計(jì)算時(shí)，常常會(huì)用到等效電路來簡化計(jì)算空載等效電路如圖4-2所示：r jxI01I01E1rmUjxm圖4-2異步電機(jī)空載等效電路異步電機(jī)的T型等效電路如圖4-3所示：IR11IR11X1RX22I2I0RmE EU121XmRs 2圖4-3異步電機(jī)T型等效電路4-4所示：I1R1I1R1X1R2X2I2I0RmU1XmRs 2圖4-4異步電機(jī)Γ型等效電路三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)啟動(dòng)時(shí)，在t=0，S=1。異步電動(dòng)機(jī)對電網(wǎng)呈現(xiàn)短路阻抗Zk

，流過它的穩(wěn)態(tài)電流稱為啟動(dòng)電流。一般籠型異步電動(dòng)機(jī)Z*=0.14~0.25,在額定電壓(Uk

=1)I*

=4~7，則啟動(dòng)電流倍數(shù)為:

IkI=Ist=4~7 (4-3)NkI

——起動(dòng)電流倍數(shù)；I ——起動(dòng)電流(A)；stI ——額定電流(A)；N而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)k=0.9~1.3。雖然啟動(dòng)電流很大，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。啟動(dòng)電流大還st轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩才可能啟動(dòng)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，加速越快，啟動(dòng)時(shí)間越短。異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)對異步電動(dòng)機(jī)的要求與負(fù)載對它的要求往往是矛盾三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)直接啟動(dòng)適用于小容量電機(jī)帶輕載的情況，啟動(dòng)時(shí)，將定子繞組直接接到額定電380VPN

≤7.5kW時(shí)，可以直接啟動(dòng)。實(shí)例：某臺(tái)三相四極籠型異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)：額定功率PN

=10kW，額定電壓U =380V(△連接)，定子每相電阻r1n 1

x1

=2.45Ω，轉(zhuǎn)子每相電阻折算值r/=1.12Ωx/=4.4Ωr=7Ω

=90Ω，電動(dòng)2 m mJ=0.0747kgm230N?mSimulink仿真定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[7]。制三相電源的投入時(shí)間；異步電機(jī)采用位于[PowerSystem]庫中的異步電動(dòng)機(jī)模塊。4-5所示：圖4-5異步電機(jī)直接啟動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖4-6所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖4-6異步電機(jī)直接啟動(dòng)仿真結(jié)果1.8秒左右結(jié)束，1500min/r，轉(zhuǎn)速上升速25A。三相異步電動(dòng)機(jī)降壓啟動(dòng)如表4-1所示為不同降壓啟動(dòng)方法的比較。表4-1各種降壓啟動(dòng)方法的比較降壓方法

U /U I /I T /Tx N ST stN st stN

啟動(dòng)設(shè)備串電抗電阻Y-△啟動(dòng)器自耦變壓器

1/a1/ 31/a可調(diào)

1/a1/31/a

1/a1/31/a

較貴最便宜，只限于定子△接的電動(dòng)機(jī)最貴，三個(gè)抽頭可調(diào)三相異步電動(dòng)機(jī)定子串電阻啟動(dòng)仿真實(shí)例：異步電動(dòng)機(jī)模塊選用預(yù)設(shè)模型20，觀察整個(gè)啟動(dòng)過程，示波器顯示啟動(dòng)過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[7]。建模定子側(cè)增加了與斷路器并聯(lián)的外串三相對稱啟動(dòng)電阻起動(dòng)時(shí)串入啟動(dòng)阻，設(shè)其值為0.3 ，待異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完畢后切除外串的起動(dòng)電阻，即將斷路器接word文檔可自由復(fù)制編輯0.8S30Nm4-7所示：圖4-7異步電機(jī)定子串電阻啟動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖4-8所示：圖4-8異步電機(jī)定子串電阻啟動(dòng)仿真結(jié)果1.3S之后電機(jī)1500r/min30N·m定子串電阻啟動(dòng)降低了啟動(dòng)電流，減小了對電機(jī)的沖擊，但啟動(dòng)時(shí)間有所延長。word文檔可自由復(fù)制編輯三相異步電動(dòng)機(jī)定子串電抗起動(dòng)仿真20L=0.001H30N1.8S1.8S路器接通，電機(jī)投入到全壓運(yùn)行。仿真模型如圖4-9所示：圖4-9異步電機(jī)定子串電抗啟動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖4-10所示：圖4-10異步電機(jī)定子串電抗啟動(dòng)仿真結(jié)果word文檔可自由復(fù)制編輯1.5S之后電機(jī)1500r/min30N·m定子串電抗啟動(dòng)降低了啟動(dòng)電流，減小了對電機(jī)的沖擊，但啟動(dòng)時(shí)間有所延長。三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)仿真實(shí)例：已知某臺(tái)三相四極繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)：額定功率P n額定電壓U1N

=380V(?聯(lián)結(jié))，定子每相電阻r1

=0.4?，每相漏抗x1

=1?，轉(zhuǎn)子每相電阻折算值r'=0.4?，每相漏抗折算值x'=1?，勵(lì)磁電阻r忽略，勵(lì)磁漏抗x

=40?，2 2 m m電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.089kgm2,設(shè)摩擦系數(shù)F=0，電動(dòng)機(jī)帶載啟動(dòng)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為72N?mmatlab流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[7]。建模：模型選取相應(yīng)的電機(jī)模型，設(shè)置好參數(shù)；轉(zhuǎn)子通過起動(dòng)電阻閉合，起動(dòng)串入啟動(dòng)電阻參數(shù)設(shè)定為0.5 ，待異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢后切除外串的起動(dòng)電阻，即將斷路器接通，可設(shè)斷路器在0.6S時(shí)刻投入。仿真模型如圖4-11所示：圖4-11異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖4-12所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖4-12異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)仿真結(jié)果結(jié)果分析：由波形可見，轉(zhuǎn)子串入電阻啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，定子電流、轉(zhuǎn)子0.25S1500r/min，轉(zhuǎn)矩達(dá)到負(fù)載轉(zhuǎn)矩；到0.6S時(shí)，斷路器接通，電機(jī)投入到全壓運(yùn)行，轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min，定子電流、轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)矩均有小幅度波動(dòng)0.8S時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。與直接起動(dòng)相比，起動(dòng)電流有明顯降低，但與此同時(shí)起動(dòng)時(shí)間也大大延長。三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)包括反接制動(dòng)、反向回饋制動(dòng)、能耗制動(dòng)。三相異步電動(dòng)機(jī)自由制動(dòng)仿真實(shí)例：用Simulink示波器顯示自由停車過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線。建模：仿真開始瞬間應(yīng)使三相交流電源處在接通狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，在下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間后停車。4-13所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖4-13異步電機(jī)自由制動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖4-14所示：圖4-14異步電機(jī)自由制動(dòng)仿真結(jié)果0，由于慣性作用轉(zhuǎn)速不能突變，約在1S制動(dòng)結(jié)束。word文檔可自由復(fù)制編輯三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真實(shí)例：用Simulink示波器顯示能耗制動(dòng)過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線。建模：在自由制動(dòng)的基礎(chǔ)上在AB1S時(shí)刻進(jìn)行。仿真模型如圖4-15所示：圖4-15異步電機(jī)能耗制動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖4-16所示：圖4-16異步電機(jī)能耗制動(dòng)仿真結(jié)果word文檔可自由復(fù)制編輯的縮短了制動(dòng)時(shí)間，提高了電機(jī)效率。三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)仿真實(shí)例：用Simulink示波器顯示反接制動(dòng)過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線。建模模型中使用了兩個(gè)三相短路器控制介入異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組的電流序，以實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)。在電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，在 t=1S時(shí)刻進(jìn)行能耗制動(dòng)，Three-PhaseBreak1斷開Break接通將BC兩相電源反接來實(shí)現(xiàn)能制動(dòng)。仿真模型如圖4-17所示：圖4-17異步電機(jī)反接制動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖4-18所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖4-18異步電機(jī)反接制動(dòng)仿真結(jié)果反的交變磁場(、C兩相)，反接后的磁場由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生與原轉(zhuǎn)速相反0電源，電機(jī)反轉(zhuǎn)。三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=(1-S)n1

=(1-S)×60f1

/p可看出，異步電動(dòng)機(jī)主要有三種基本調(diào)速方法，即:

變頻調(diào)速：改變電源頻率f的調(diào)速1轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速：繞線轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)基本調(diào)速

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

滑差電機(jī)調(diào)速：電磁離合器調(diào)速調(diào)壓調(diào)速：改變定子電壓的調(diào)速變極調(diào)速：改變定子極對數(shù)的調(diào)速word文檔可自由復(fù)制編輯在不同參數(shù)電機(jī)調(diào)速的情況下，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇不同的調(diào)速方法。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速仿真Simulink線[8]。0.6S4的電阻調(diào)速。仿真模型如圖4-19所示：圖4-19異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻仿真模型仿真結(jié)果如圖4-20所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖4-20異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻仿真結(jié)果小使轉(zhuǎn)速降低。由仿真結(jié)果可見，在0.6S串入電阻后，轉(zhuǎn)速由1500r/min減為1100r/min，達(dá)到了調(diào)速的目的。三相異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速仿真Simulink建立三相異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速仿真模型，觀察整個(gè)調(diào)速過程，示波器顯示調(diào)壓調(diào)速過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[8]4-21所示：圖4-21異步電機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速仿真模型word文檔可自由復(fù)制編輯仿真結(jié)果如圖4-22所示：圖4-22異步電機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速仿真結(jié)果3S380V200V3S低，轉(zhuǎn)速由保持不變。三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真實(shí)例：用Simulink建立三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真模型，觀察整個(gè)調(diào)速過程，示波器顯示變頻調(diào)速過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[8]。建模：有兩套相同電壓等級(jí)而頻率不等的交流電源分別由兩個(gè)三相斷路器接到定

/f=常數(shù)，三相1 11設(shè)置電壓為V頻率為60Hz2設(shè)置電壓為V50Hz仿真模型如圖4-23所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖4-23異步電機(jī)變頻調(diào)速仿真模型仿真結(jié)果如圖4-24所示：圖4-24異步電機(jī)變頻調(diào)速仿真結(jié)果3S60Hz50Hz而轉(zhuǎn)矩依然與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，保持不變。word文檔可自由復(fù)制編輯第5章 三相同步電動(dòng)機(jī)仿真機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度必須與定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度嚴(yán)格同步，并由此而得名。p，nfpn=60f (5-1)pn——同步電機(jī)轉(zhuǎn)速p——電機(jī)極對數(shù)；我國規(guī)定交流電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)工作頻率為50Hz，即同步速與極對數(shù)成反比，最高位3000r/min，對應(yīng)p=1。極對數(shù)愈多，轉(zhuǎn)速愈低。網(wǎng)的無功補(bǔ)償，以提高功率因數(shù)，改善供電性能。三相同步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理同步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，其工作原理示意圖如下，定、轉(zhuǎn)子之間有氣隙，定子上內(nèi)嵌互差120oAXBYCZ對稱交流電，會(huì)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子上裝有勵(lì)磁繞組，通入直流電后，能建立恒定磁場。同步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)定子輸入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，設(shè)為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子輸入直流勵(lì)磁電流，產(chǎn)生固定磁極，則旋轉(zhuǎn)磁場的磁極將轉(zhuǎn)子的異性磁極吸引，使轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場同速旋轉(zhuǎn)，這就是同步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理，如圖5-1所示。word文檔可自由復(fù)制編輯圖5-1同步電機(jī)工作原理示意圖三相同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)仿真實(shí)例：用A相電樞電流、電磁功率、轉(zhuǎn)速和功率角的變化曲線。95%

=1425r/min時(shí)，再施加勵(lì)磁電流，牽入同步。模型中主要有同步電動(dòng)機(jī)、三相1交流電源、電動(dòng)機(jī)測量信號(hào)模塊、示波器、勵(lì)磁電流施加控制等模塊。仿真模型如圖5-2所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖5-2同步電機(jī)起動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖5-3所示：圖5-3同步電機(jī)起動(dòng)仿真結(jié)果結(jié)果分析：由仿真結(jié)果可見，同步電機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)約功率與功率角在啟動(dòng)過程中都有較大波動(dòng)。三相同步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真SimulinkA速和功率角的變化曲線。word文檔可自由復(fù)制編輯10S。模型中轉(zhuǎn)子所10kW,2S20kW0。仿真模型如圖5-4所示：5-5

圖5-4同步電機(jī)能耗制動(dòng)仿真模型圖5-5同步電機(jī)能耗制動(dòng)仿真結(jié)果word文檔可自由復(fù)制編輯源，將電機(jī)剩余的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能消耗在電阻中以達(dá)到制動(dòng)目的。三相同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真實(shí)例：用A相電樞電流、電磁功率、轉(zhuǎn)速和功率角的變化曲線。30S10.0015-65-75-6同步電機(jī)變頻調(diào)速仿真模型5-7同步電機(jī)變頻調(diào)速仿真結(jié)果word文檔可自由復(fù)制編輯wordword第6章 直流電機(jī)機(jī)。重要地位。直流電機(jī)的工作原理6-1Sab。電刷電刷N磁極換向片An電樞導(dǎo)體BS磁極圖6-1直流電機(jī)工作原理示意圖dcba能轉(zhuǎn)換為電能輸出供負(fù)載使用，電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。反之，若跨接于AB載改為極性保持一致的直流電源，則線圈中的電流路徑將變?yōu)閾Q為機(jī)械能，電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。iu電機(jī)iu電機(jī)iu電機(jī)iu電機(jī)a b圖6-2電壓和電流正方向a發(fā)電機(jī)慣例 b電動(dòng)機(jī)慣例UIIa電樞aUIIa電樞aIf并勵(lì)繞組UI串勵(lì)繞組IfIa電樞If并勵(lì)繞組UIIUIIa電樞IUff他勵(lì)繞組UI串勵(lì)繞組IfIaIf電樞Uf他勵(lì)繞組a b c 6-3直流電機(jī)各種勵(lì)磁方式接線圖a他勵(lì)b并勵(lì)c串勵(lì)d復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)仿真他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真10-20M函數(shù)編程，用MATLAB/SimulinkSimulink機(jī)直接起動(dòng)進(jìn)行建模并仿真，研究起動(dòng)電流、電磁轉(zhuǎn)矩的變化過程。實(shí)例：一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：額定功率 PN

=37kW,額定電壓U=240VnN

IN

Ra

=0.6樞電感Ia

=0.012H，勵(lì)磁繞組電阻Rf

=240，勵(lì)磁電感Lf

=120H，勵(lì)磁繞組和電樞的互感Laf

m2常數(shù)取10)直接起動(dòng)，示波器顯示轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵(lì)磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩在起動(dòng)時(shí)間0~5S內(nèi)的變化曲線以。建模：涉及的模塊有直流電源、理想開關(guān)、直流電動(dòng)機(jī)、開關(guān)、增益、電阻、示波器模塊等，仿真模型中理想開關(guān)之后并聯(lián)的10k電阻，是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)本身屬于感性負(fù)載，電流不能突變，需在其兩端并聯(lián)緩沖電阻。由仿真結(jié)果可見，直接起動(dòng)最大沖擊電流為Ist

=328.5A，而額定電流為IN

=16.2A，則起動(dòng)電流倍數(shù)為k

=20.3，數(shù)值Ist太大，因此不能直接起動(dòng)，而應(yīng)采取措施，限制起動(dòng)沖擊電流。仿真模型如圖6-4所示：圖6-4他勵(lì)直流電機(jī)直接啟動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖6-5所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖6-5他勵(lì)直流電機(jī)直接啟動(dòng)仿真結(jié)果1.5S時(shí)刻電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分級(jí)啟動(dòng)仿真m=3Simulink進(jìn)行建模并仿真，研究起動(dòng)電流、電磁轉(zhuǎn)矩的變化過程。實(shí)例：一臺(tái)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：額定功率 PN

=21kW,額定電壓U=220VnN

IN

=115A，電樞回路電阻Ra

=0.1，GD2=64.7Nm2100A常數(shù)取10)，各起動(dòng)電阻分別為Rs1

=0.217、Rs2

=0.48、Rs3

=1.406，各級(jí)起動(dòng)時(shí)間分別為tt

=0.5S。建立三級(jí)電阻控制子模塊和他勵(lì)直流電動(dòng)1 2 3機(jī)電樞回路串電阻三級(jí)起動(dòng)仿真模型，示波器顯示轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵(lì)磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩在起動(dòng)時(shí)間0~10S內(nèi)的變化曲線以及電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的曲線。m3模塊組成。仿真模型如圖6-6及圖6-7所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖6-6電樞回路串電阻三級(jí)起動(dòng)控制子模塊原理圖圖6-7他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻三級(jí)起動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖6-8所示：圖6-8他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻三級(jí)起動(dòng)仿真結(jié)果word文檔可自由復(fù)制編輯帶大負(fù)載起動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)仿真并有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)三種形式。直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真仿真模型時(shí)，要求電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定工作狀態(tài)，并記錄電動(dòng)機(jī)各工作參數(shù)。實(shí)例：電動(dòng)機(jī)串三級(jí)電阻起動(dòng)穩(wěn)態(tài)后，在2S時(shí)刻使系統(tǒng)轉(zhuǎn)入能耗制動(dòng)停車，要求起動(dòng)電流為1.6IN

，此時(shí)電樞回路應(yīng)串入的附加制動(dòng)電阻RC

=1.1。建立他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真模型，觀察整個(gè)制動(dòng)過程，示波器顯示電樞反電動(dòng)勢、電樞電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。Ideal1Idealh仿真模型如圖6-9及圖6-10所示所示：圖6-9直流電機(jī)能耗制動(dòng)仿真模型word文檔可自由復(fù)制編輯圖6-10能耗制動(dòng)仿真模型控制子模塊原理圖仿真結(jié)果如圖6-11所示：圖6-11直流電機(jī)能耗制動(dòng)仿真結(jié)果結(jié)果分析：通過串入電阻將電機(jī)剩余的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能消耗在串入的電阻上，該過程大約持續(xù)了兩秒(2S-4S),轉(zhuǎn)速由1200r/min降低為零，能耗制動(dòng)結(jié)束。直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)仿真速下降為零時(shí)，將電源切斷，否則電動(dòng)機(jī)有可能反轉(zhuǎn)。實(shí)例：電動(dòng)機(jī)串三極電阻起動(dòng)穩(wěn)態(tài)后，在2S時(shí)刻使系統(tǒng)轉(zhuǎn)入電樞電源電壓反接制動(dòng)停車，要求起始制動(dòng)電流為 1.5I，此時(shí)電樞回路應(yīng)串入的附加制動(dòng)電阻Nword文檔可自由復(fù)制編輯R=2.4C0-2S反電動(dòng)勢、電樞電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。Stopn仿真模型如圖6-12所示：圖6-12直流電機(jī)反接制動(dòng)仿真模型仿真結(jié)果如圖6-13所示：圖6-13直流電機(jī)反接制動(dòng)仿真結(jié)果1300r/min則電機(jī)將反轉(zhuǎn)。word文檔可自由復(fù)制編輯直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真電壓三種調(diào)速方式。直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓調(diào)速仿真實(shí)現(xiàn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓調(diào)速方法是在電樞電阻和勵(lì)磁電流一定的條的目的。N

=100kWN

=220VN

=517A,nNRa

=0.026,Rf

=50.3,Laf

=0.4H。電動(dòng)機(jī)原運(yùn)行在額定狀態(tài)(額定負(fù)載796Nm)5SU=110V過程，示波器顯示電源電壓、電樞電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。Timer5S110V仿真模型如圖6-14所示：圖6-14直流電機(jī)改變電樞電壓調(diào)速仿真模型仿真結(jié)果如圖6-15所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖6-15直流電機(jī)改變電樞電壓調(diào)速仿真結(jié)果直流電動(dòng)機(jī)減弱磁通調(diào)速仿真實(shí)現(xiàn)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)減弱磁通調(diào)速方法是在電樞電源電壓和電樞電阻一定條件下，改變勵(lì)磁電流，即調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路電阻，從而達(dá)到調(diào)速的目的。PN

=100kW，UN

=220V，IN

=517A,nN=1200r/min,Ra

=0.026,Rf

=50.3,Laf

=0.4H。電動(dòng)機(jī)原運(yùn)行在空載狀態(tài)(空載轉(zhuǎn)矩為10Nm)5S220V150V過程，示波器顯示勵(lì)磁電壓、電樞電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。Timer5S220V150V仿真模型如圖6-16所示：word文檔可自由復(fù)制編輯圖6-16直流電機(jī)減弱磁通調(diào)速仿真模型仿真結(jié)果如圖6-17所示：勵(lì)磁電壓2202001801601402000150010005000

電樞電流轉(zhuǎn)速1000080006000400020000

電磁轉(zhuǎn)矩1500010000500000.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0圖6-17直流電機(jī)減弱磁通調(diào)速仿真結(jié)果結(jié)果分析：此例為減弱勵(lì)磁以達(dá)到調(diào)速目的，由仿真結(jié)果可見，在減弱磁通后，達(dá)到了調(diào)速目的。word文檔可自由復(fù)制編輯wordword7章結(jié)論7.1結(jié)論提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。MATLABMATLAB軟件的應(yīng)用有了一定的基礎(chǔ)。畢分析。MATLAB/Simulink模塊完成。此模塊搭建了直流、交流電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)模型，由示波器顯示出轉(zhuǎn)速、電流、電壓以及功率角等一樣就使電機(jī)工作在最穩(wěn)定、最有效、最經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)，提高了工作效率。參考文獻(xiàn).MATLAB及在電子信息類課程中的應(yīng)用社,2009.,2010.,2011..MATLAB電機(jī)仿真精華50,2007.,2010.,2007.MATLAB仿真與學(xué)習(xí)指導(dǎo),2008.MATLAB仿真,2011.,2003.,2009.FrancescaFerri,FrancescaFrassinetti,MarcelloCostantini,VittorioGallese.MotorSimulationtheBodilySelf[M].TheUniversityofMelbourne,2011.E.Otten.TheMotorSystem:TheWholeanditsParts[M].NeuralPlasticity,2001.致 謝通過本次設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多。在老師耐心的指導(dǎo)下，掌握了MATLAB 的基應(yīng)用，深化了對電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理的了解。仿真模塊構(gòu)建了電機(jī)的多種起動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)模型，仿真出了相對應(yīng)的Simulink仿真過程中，不僅提供了我所需的相關(guān)資料，而且給我提出了許多意見和指示。彩的充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活。誨的老師們，表示由衷的感謝！附錄A外文資料翻譯A.1：英文INDUCTIONMOTORSTARTINGMETHODSAbstractManymethodscanbeusedtostartlargeACinductionmotors.Choicessuchasvoltage,reducedvoltageeitherbyautotransformerorWyes-Delta,asoftstarter,ofanadjustabpeeddrivcanalhavepotentidvantageandtradoffsReducedvoltagstartincanlowerthestartintorqueandhelppreventdamagetotheload.Additionally,powerfactorcorrectioncapacitorscanbeusedtoreducethecurrent,bmustbetakentosizethemproperly.Usageofthewrongcapacitorscanleadtosignifdamage.Choosingtheproperstartingmethodforamotorwillincludeananalysisoftpowersystemaswellasthestartingloadtoensurethatthemotorisdesignedtodelneededperformancewhileminimizingitscost.Thispaperwillexaminethemostcommonstartingmethodsandtheirrecommendedapplications.AuthorKeywords:motorstartineducedvoltagstarautotransformeyes-deltowercorrectionINTRODUCTIONThereareseveralgeneralmethodsofstartinginductionmotors:fullvoltage,voltagewyes-deltndparwindingtypesThereducedvoltagtypecanincludsolidstatestarters,adjustablefrequencydrives,andautotransformers.These,alongwithvoltage,oracrossthelinestarting,givethepurchaseralargevarietyofautomotivitcomestospecifyingthemotortobeusedinagivenapplication.EachmethodhasbenefitswellasperformancetradeoffsProperselectiowillinvolveathoroughinvestigationofanypowersystemconstraints,theloadtobeacceleratedandthecostoftheequipment.Inorderfortheloadtobeaccelerated,themotormustgenerategreatertorquetloadrequirement.Ingeneraltherearethreepointsofinterestonthemotor'scurve.Thefirstislocked-rotortorque(LRT)whichistheminimumtorquewhichthewilldevelopatrestforallangularpositionsoftherotor.Thesecondispull-upwhichisdefinedastheminimumtorquedevelopedbythemotorduringtheperiodofthespeedatwhichbreakdownthebreakdowntorque(BDT)whichisdefinedasthemaximumtorquewhichthemotorwilldevelop.Ifanyofthesepointsarebelowtherequiredloadcurve,thenthemotorwilstart.Thetimeittakesforthemotortoacceleratetheloadisdependentontheloadandthemarginbetweenthetorqueofthemotorandtheloadcurve,sometimesacceleratingtorque.Ingeneral,thelongerthetimeittakesforthemotortoloadthemoreheatthawilbegenerateintherotobarsshortinrinandthestatorwindingThisheatleadtoadditiontressnthespartandcanhaveanimpactionmotorlife.FULLVOLTAGEThefullvoltagestartingmethod,alsoknownasacrossthelinestarting,isthemethodtoemploy,hasthelowestequipmentcosts,andisthemostreliable.Thismethutilizesacontrlecontactorapplyfullinevoltageemotorterminals.Thismethodwillallowtheitsprovideshortestaccelerationtimes.Thismethodalsoputsthethepowersystemduetothehighstartingcurrentsthatcanbetypicallysixtoseventimesthenormalfullloadcurrentofthemotorisonaweakpowersystem,thesuddenhighpowerdrawcancauseatemporaryvoltagedrop,notonlyatthemotorterminals,buttheentirepowerbusfeedingthemotor.Thisvoltagedropwillcauseadropinthestartingtorqueofthemotor,andthetorqueofanyothermotorrunningonthepowerbus.Thetorquedevelopedbyaninductionmotorvariesroughlyasthesquareoftheappliedvoltage.Therefore,ontheamountofrunningonpowerbuscouldadditionmanycontrosystemsmonitorundervoltagcondition,secondpotentialproblemthatcouldtakearunningmotorofflinduringafulvoltagstaresideselectricalvariationofthepowerbus,apotentialphysicaldisadvantageofanstartisthesuddenloadinseenbythedriveequipmentThisshockloadinduetotransienttorqueswhichcanexceed600%ofthelockedrotortorquecanincreasethewontheequipment,orevencauseacatastrophicfailureiftheloadcannothandlethegeneratedbythemotorduringstaring.CapacitorsandStartingInductionmotorstypicallyhaveverylowpowerfactorduringstartingandasaresultverylargereactivepowerdraw.SeeFig.2.Thiseffectonthesystemcanbereducedaddingcapacitorstothemotorduringstarting.Thethemotorlagthe90electricaldegrees.Thisreactivepowerdoesn'tcreateanymeasurableoutput,buttheenergyrequiredforthemotortofunction.Theproductoftheappliedsystemandthisreactivepowercomponentcanbereactive).Thecapacitorsacttosupplyacurrentthatleadstheappliedvoltageby90electricalTheleadingcurrentssuppliedbythecapacitorscancelthelaggingcurrentdemandedmotor,reducingtheamountofreactivepowerrequiredtobedrawnfromthepowerToavoidovervoltageandmotordamage,greatcareshouldbeusedtomakesurethecapacitorsareremovedasthemotorreachesratedspeed,orintheeventofapowersothatthemotorwillnotgointoageneratormodewiththemagnetizingprovidedfromthewillbeexpandedoninthenextintheappendix.PowerFactorCorrectionCapacitorscanalsobeleftpermanentlyconnectedtoraisethefullloadpowerfaWhenusedinthismannertheyarecalledpowerfactorcorrectioncapacitorsT.hecapacitorsshouldneverbesizedlargerthanthemagnetizingcurrentofthemotorunltheycanbedisconnectedfromthemotorintheeventofapowerloss.Theadditionofcapacitorswillchangetheeffectiveopencircuittimeconstantmotor.Thetimeconstantindicatesthetimerequiredforremainingvoltageinthedecayto36.8%ofratevoltagaftethelosofpower.Thisistypicalnetothreesecondswithoutcapacitors.WithcapacitoonnectetotheleadofthemotorthecapacitoancontinutopowertothemotorhasbeenisindicatedbyalongertimeconstantforthIseotorisdrivingahighload,themotorcanchangeovertogeneratoractionwiththemagnetizingCurrenfromthecapacitorsandhftdrivenbythelscanresulthevoltageatthemotorterminalsactuallyrisingtonearly50%ofratedvoltageinIfthepowerbecreatedwhichcancausesignificantswitchingcurrentsandtorquesthatcanseverelydamagemotorandthedrivenequipment.Anexampleofthisphenomenonistheappendix.Ⅲ.REDUCEDVOLTAGEEachofthereducedvoltagemethodsarereducetheimpactofmotorstartingcurrentonthepowersystembycontrollingthevoltagethatthemotorseesisveryimportanttoknowthecharacteristicsofconsiderinanyformofreducedvoltagstartinhemotormanufacturewilneedtohavethespeedtorqucurveandtheinertfthedriveequipmentwhentheyvalidatetheirdesign.Thecurvecanbebuiltfromaninitial,orbreakawaytorque,asfewotherdatapointsthroughthespeedrange,andthetorqueforthestartingcondition.Acentrifugalorsquarecurvecanbeassumedinmanycases,butthereareapplicationswherethiswouldbeproblematic.Anexamplewouldbescrewcompressorswhichhaveamuchlowerspeedsthanthemorecommoncentrifugalorfanload.SeeFig.3.Byunderstandingthedetailsoftheloadtobemanufacturercanmakesurethatthemotorwillbeabletogeneratesufficienttorquetheload,withthestartingmethodthatischosen.AutotransformerThemotorleadsareconnectedtothelowervoltagesideofthetransformer.Thecommontapsusedare80%,65%,and50%.At50%voltagetheprimaryis25%oftheThemotoristhisreducedvoltage,andthenafterapre-setconditionisreachedtheconnectionislinevoltage.Thisconditioncouldbeapresettime,currentlevel,busvolts,orThechangeovercanbedoneineitheaclosedcircuitransitioranopencircuittransitionmethod.Intheopencircuitmethodtheconnectiontothevoltageisischangedfromthereducedvoltagetothelinelevel.Careshouldbeusedtomakethattherewillnotbeproblemsfromtransientsduetotheswitching.ThispotentialcanbeeliminatebyusingtheclosecircutransitiththeclosecircuethodthereisacontinuousVoltageappliedtothemotor.Anotherbenefitwiththeautotransformerstartingpossiblelowervibrationandnoiselevelsduringstarting.Sincethetorquegeneratedbythemotorwillvaryasthesquareoftheappliedgreatcareshouldbetakentomakeavailablemotor.Aspeedtorquecurveforthedriveninertiashouldbeusedtoverifythedesignofthemotor.Agoodruleofinertiashouldbeusedtoverifythedesignofthemotor.Agoodruleofthumbistominimumof10%oftheratedfullloadtorqueofthemotorasamarginatallpointsocurve.Additionally,theaccelerationtimeshouldbeevaluatedtomakesurethatthemotSolidStateorSoftStartingThesedeviceutiliilicocontrollectifisScarsBycontrollihefiringangleoftheSCRthevoltagethatthedeviceproducescanbecontrolledduringthestofthemotorbylimitingtheflowofpowerforonlypartofthedurationofthesineThemostwidelyusedtypeofsoftstarteristhecurrentlim