PAGE 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計基于基于MATLAB的電機仿真研究SimulationResearchofMotorBasedonMATLABSimulationResearchofMotorBasedonMATLAB2013屆電氣與電子工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化完成日期201

畢業(yè)設(shè)計題目基于MATLAB的電機仿真研究評定成績指導(dǎo)教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：年月日畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書題目基于MATLAB的電機仿真研究一、設(shè)計內(nèi)容以Matlab進行直流電機、交流電機(異步電機和同步電機)的起動、調(diào)速及制動的仿真，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進行電機仿真建模。(3)能夠?qū)崿F(xiàn)不同電機的起動、調(diào)速及制動。(4)系統(tǒng)設(shè)計要完善合理。三、主要研究方法(1)學(xué)習(xí)掌握電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理(2)學(xué)會使用Matlab的simulink模塊搭建仿真模型及M語言的編寫(3)仿真實驗，找到適合不同電機的仿真模型四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(1)電機相關(guān)資料(2)MATLAB及在電子信息類課程中的應(yīng)用(3)電力拖動相關(guān)資料(4)MATLAB電機仿真舉例分析五、進度計劃(1)第1周——第3周：查資料，確定系統(tǒng)總體設(shè)計方案，開題報告；(2)第5周——第8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；(4)第12周——第13周：完成設(shè)計說明書；(5)第14周——第16周：修改設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯。教研室主任簽字時間年月日畢業(yè)設(shè)計開題報告題目基于MATLAB的電機仿真研究本課題的研究背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機已經(jīng)滲透到各行各業(yè)中去，成為滿足人們?nèi)粘Ｉ钜?、食、住、行不可或缺的重要設(shè)備。同時，電機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)出高性能的電機以及實現(xiàn)電機的合理控制正在逐漸成為重要的研究課題。經(jīng)歷了100多年的技術(shù)發(fā)展，電動機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，為電動機的發(fā)展注入了新的活力。目前，電機研究的不斷深入并且電機控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，仿真是對其進行研究的一個重要的、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)確和計算精確。Simulink軟件已經(jīng)成功在電機仿真研究中應(yīng)用。雖然我國已經(jīng)掌握電機的理論，但是，中國電機起步較晚，工藝落后，各方面還不成熟。為了盡快在電機方向趕超國外，生產(chǎn)出高性能的電機設(shè)備就需要在仿真的幫助下不斷實驗、分析、改良，相信我國的電機會達到一個全新的高度。二、方法和手段為了實現(xiàn)不同種類電機的合理起動、調(diào)速、制動的simulink仿真，首先需要分析電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，了解不同電機的工作特性以及工作場合。其次，對于matlab的學(xué)習(xí)至關(guān)重要，它是研究電機性能的工具，本設(shè)計主要包括MATLAB軟件的基本介紹及應(yīng)用，simulink仿真用來對電機性能的分析，通過搭建不同種類電機的起動、調(diào)速、制動的模型，分析各模型電機的仿真曲線來找到對于不同種類、不同容量電機的快捷、安全、節(jié)能的起動、調(diào)速和制動方法。三、預(yù)期結(jié)果能夠分析電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運行原理，掌握matlab仿真軟件的應(yīng)用。完成不同種類電機多種起動、調(diào)速和制動模塊的搭建，仿真出電機處于不同運行狀態(tài)的曲線并對建模過程進行說明和仿真結(jié)果進行分析。通過對比分析，找到適合不同種類、不同容量電機的最快捷、安全、節(jié)能的起動、調(diào)速和制動方法。指導(dǎo)教師簽字時間年月日 摘要本設(shè)計是基于MATLAB的電動機仿真實驗，要完成本畢業(yè)設(shè)計有幾項準(zhǔn)備工作：首先需要學(xué)習(xí)解電動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，其次就是MATLAB軟件的學(xué)習(xí)。對仿真模型的搭建需要用到Simulink模塊，通過Simulink模塊搭建出不同類型、不同容量電機的起動、調(diào)速和制動模型，然后仿真出各參數(shù)的曲線。對電動機所做這些仿真對電機的研究發(fā)揮著重大意義。通過搭建模型來仿真電動機的起動、調(diào)速和制動過程曲線變化，第一、能夠大大提高實驗過程當(dāng)中的安全性；第二、搭建仿真模型操作簡單，修改各參數(shù)方便快捷，在今后電動機的改良及系統(tǒng)的設(shè)計中可以大大縮短設(shè)計開發(fā)周期，有利于選擇最佳參數(shù)和設(shè)計最合理的系統(tǒng)方案；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)對電動機性能的影響，對電動機的研究帶來了極大的方便。關(guān)鍵詞：電動機MATLABSimulink仿真AbstractThedesigniselectricmachinerysimulationexperimentbasedonMATLAB.Firstly,weshouldlearntostudytheinternalstructureandprincipleofoperationoftheelectricmachinery.Secondly,itisthelearningoftheMATLABsoftware.TobuildupasimulationmodelweneedtousetheSimulinkmoduletobuildupdifferenttypeandcapacitymotors’starting,speedregulationandbrakingmodulebySimulinkmodule,thensimulatethecurvesoftheparameters.Thesimulationofthemotorplaysanimportantroleinstudyingtheelectricmachinery.Bybuildingupthemodelstosimulatethevarietyofthemotors’starting,speedregulationandbrakingcurves.Firstly,wecangreatlyimprovethesafetyduringtheprocessoftheexperiment.Secondly,itiseasytobuildupasimulationmodelandconvenienttomodifytheparameters,sowecangreatlyshortenthedesigncycleinthefuturemotorimprovementandsystemdesignanditispropitioustoselectoptimumparametersanddesignthemostreasonablesystemscheme.Thirdly,thesimulationresultsisusedbyoscilloscopeinSimulinkmodulestodisplaytheirs’curvesvariety,inthiswaywecanintuitionisticlyobservetheeffectsofparametersontheperformanceofthemotors,itbringsgreatconvenienceinmotorresearch.Keywords:electricmotorMATLABSimulinksimulation目錄第1章緒論 11.1電機仿真的背景及意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3論文研究的主要內(nèi)容 2第2章MATLAB概述 32.1MATLAB語言及特點 32.2Simulink的應(yīng)用 42.2.1簡介 42.2.2功能 42.2.3特點 52.2.4啟用 5第3章變壓器 73.1變壓器的基本工作原理 73.2變壓器仿真 93.2.1變壓器空載運行狀態(tài)仿真 93.2.2變壓器負(fù)載運行狀態(tài)仿真 12第4章三相異步電動機 144.1三相異步電動機工作原理 144.2三相異步電動機的起動 174.2.1三相異步電動機直接啟動 174.2.2三相異步電動機降壓啟動 194.3三相異步電動機制動 234.3.1三相異步電動機自由制動仿真 234.3.2三相異步電動機能耗制動仿真 254.3.3三相異步電動機反接制動仿真 264.4三相異步電動機調(diào)速仿真 274.4.1三相異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻仿真 284.4.2三相異步電動機定子調(diào)壓調(diào)速仿真 294.4.3三相異步電動機變頻調(diào)速仿真 30第5章三相同步電動機仿真 325.1三相同步電動機的基本工作原理 325.2三相同步電動機起動仿真 335.3三相同步電動機能耗制動仿真 345.4三相同步電動機變頻調(diào)速仿真 36第6章直流電機 376.1直流電機的工作原理 376.2直流電動機啟動仿真 396.2.1他勵直流電動機直接啟動仿真 396.2.2他勵直流電動機分級啟動仿真 406.3直流電動機制動仿真 426.3.1直流電動機能耗制動仿真 426.3.2直流電動機反接制動仿真 436.4直流電動機調(diào)速仿真 456.4.1直流電動機改變電樞電壓調(diào)速仿真 456.4.2直流電動機減弱磁通調(diào)速仿真 46第7章結(jié)論 487.1結(jié)論 48參考文獻 49致謝 50附錄A外文資料翻譯 51A.1英文 51A.2譯文 59石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計PAGE63第1章緒論1.1電機仿真的背景及意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機已經(jīng)滲透到各行各業(yè)中去，成為滿足人們?nèi)粘Ｉ钜?、食、住、行不可或缺的重要設(shè)備。同時，電機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)出高性能的電機以及實現(xiàn)電機的合理控制正在逐漸成為重要的研究課題。經(jīng)歷了100多年的技術(shù)發(fā)展，電動機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，為電動機的發(fā)展注入了新的活力。目前，電機研究的不斷深入并且電機控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，仿真是對其進行研究的一個重要的、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)確和計算精確。MATLAB軟件已經(jīng)成功在電機仿真研究中應(yīng)用。電機仿真對電機研究有重大意義：(1)能夠大大提高實驗過程當(dāng)中的安全性；(2)搭建仿真模型操作簡單，修改各參數(shù)方便快捷，在今后電動機的改良及系統(tǒng)的設(shè)計中可以大大縮短設(shè)計開發(fā)周期，有利于選擇最佳參數(shù)和設(shè)計最合理的系統(tǒng)方案；(3)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)對電動機性能的影響，對電動機的研究帶來了極大的方便。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國電機工業(yè)體系是從新中國成立后建立的。建國后，電機制造工業(yè)得到迅猛發(fā)展，從初期的仿制到自行設(shè)計再到研發(fā)創(chuàng)新，經(jīng)過60多年的發(fā)展，已建立了全國性的研究實驗基地，培養(yǎng)了一大批從事研究、制造電機的專家和工程技術(shù)人員，有了統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)和系列產(chǎn)品。然而，與國外相比，中國的電機發(fā)展還相對落后。國外電機發(fā)展起步早、發(fā)展迅速，我國抓住第二次工業(yè)革命的機遇正在趕超國外?？傮w來講，電機的理論已經(jīng)趨于成熟，現(xiàn)在國內(nèi)外正在電機系統(tǒng)設(shè)計與新型材料研制方面進行著新一輪的競爭。而電機仿真就是在這種背景下產(chǎn)生的。電機仿真在電機的研究中有著諸多優(yōu)點，仿真也在各行各業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。1.3論文研究的主要內(nèi)容本設(shè)計是基于MATLAB的電機仿真實驗，它所包含的主要內(nèi)容有：(1)需要學(xué)習(xí)了解電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理；(2)對MATLAB軟件進行學(xué)習(xí)；(3)對電機不同仿真模型進行搭建；(4)對搭建模型進行說明并且對比分析仿真曲線的特性。對仿真模型的搭建需要用到Simulink模塊，通過Simulink模塊搭建出不同類型、不同容量電機的起動、調(diào)速和制動模型，然后仿真出各參數(shù)的曲線，并通過對各曲線的波形對比分析討論不同類型、不同容量電機的起動、調(diào)速和制動的優(yōu)缺點，從而找到適合于不同應(yīng)用電機的起動、調(diào)速與制動方法，使電機工作在最佳的狀態(tài)。這樣在今后電動機的改良及系統(tǒng)的設(shè)計中可以大大縮短設(shè)計開發(fā)周期，有利于選擇最佳參數(shù)和設(shè)計最合理的系統(tǒng)方案。第2章MATLAB概述2.1MATLAB語言及特點MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)據(jù)分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言(如C、Fortran)的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。MATLAB語言是一種以矩陣運算為基礎(chǔ)的交互式程序語言。它集成度高，使用方便，輸入簡捷，運算高效，內(nèi)容豐富，并且很容易由用戶自行擴展。與其他計算機語言相比，MATLAB有許多特點。(1)MATLAB是一種解釋性語言 MATLAB以解釋方式工作，輸入算式立即得出結(jié)果，無需編譯，對每條語句解釋后立即執(zhí)行。若有錯誤也立即做出反應(yīng)，便于編程者馬上改正。這些都大大減輕了編程和調(diào)試的工作量。(2)變量的“多功能性” ①每個變量代表一個矩陣，它可以有n×m個元素；②每個元素都看成復(fù)數(shù)，這個特點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會根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)形式，自動決定一個矩陣的階數(shù)，而在用其他語言編輯時必須定義矩陣的階數(shù)。(3)運算符號的“多功能性”所有的運算，包括加、減、乘、除、函數(shù)運算都對矩陣和復(fù)數(shù)有效。(4)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。(5)強大而簡易的作圖功能①能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動確定坐標(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。(6)智能化程度高①繪圖時自動選擇最佳坐標(biāo)，以及按輸入和輸出變元數(shù)自動選擇算法等；②做數(shù)值分析時自動按精度選擇步長；③自動檢測和顯示程序錯誤的能力強，易于調(diào)試。(7)功能豐富，可擴展性強MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴展部分?；静糠职ǎ壕仃嚨倪\算和各種變換，代數(shù)和超越方程的求解，數(shù)據(jù)處理和傅里葉變換及數(shù)據(jù)積分等，可以滿足大學(xué)理工科計算的需要。擴展部分稱為工具箱(toolbox)。它實際上是用MATLAB的基本語句編成的各種子程序集，用于解決某一個方面的專門問題，或某一領(lǐng)域的新算法?，F(xiàn)在已經(jīng)有控制系統(tǒng)、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、模糊集合、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及小波分析等20余個工具箱，并且還在繼續(xù)發(fā)展中。MATLAB由于其強大的功能，在歐美等國家的一些大學(xué)里，MATLAB已經(jīng)成為諸如數(shù)字信號處理、自動控制理論等課程的主要工具軟件，同時也是理工科本科生、研究生必須掌握的一項基本技能。近年來，隨著我國教育事業(yè)的不斷發(fā)展及與國外著名高校的接軌，許多高校都開設(shè)了這門課程，MATLAB這一功能強大的軟件逐漸被越來越多的人了解和使用[1]。2.2Simulink的應(yīng)用2.2.1簡介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink[1]。2.2.2功能Simulink是MATLAB中的一種可視化仿真工具，是一種基于MATLAB的框圖設(shè)計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI)，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。.構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義[1]。2.2.3特點(1)豐富的可擴充的預(yù)定義模塊庫；(2)交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖；(3)以設(shè)計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計的管理；(4)通過ModelExplorer導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼；(5)提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成；(6)使用EmbeddedMATLAB?模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法；(7)使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,RapidAccelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型；(8)圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計的性能和異常行為；(9)可訪問MATLAB從而對結(jié)果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(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，確定模型中的錯誤。2.2.4啟用(1)在MATLAB命令窗口中輸入simulink結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個稱為SimulinkLibraryBrowser的窗口，在這個窗口中列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SimulinkLibraryBrowser窗口。(2)在MATLAB命令窗口中輸入simulink3結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個用圖標(biāo)形式顯示的Library:simulink3的Simulink模塊庫窗口。兩種模塊庫窗口界面只是不同的顯示形式，用戶可以根據(jù)各人喜好進行選用，一般說來第二種窗口直觀、形象，易于初學(xué)者，但使用時會打開太多的子窗口[1]。第3章變壓器3.1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)為和的兩個高、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。圖3-1單相變壓器工作原理示意圖當(dāng)一次繞組外加電壓時，二次側(cè)就有電流流過，并在鐵心中產(chǎn)生與同頻率的交變主磁?，主磁通同時鏈繞一、二次繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，會在一、二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、，二次側(cè)在的作用下產(chǎn)生負(fù)載電流,向負(fù)載輸出電能[2]。根據(jù)電磁感應(yīng)定律有(3-1)=-(3-1)(3-2)=-(3-2)(3-3)==k(3-3)式中，——一次側(cè)感應(yīng)電動勢(V)；——一次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；?——主磁通強度(Wb)；t——磁通變化時間(S)；——二次側(cè)感應(yīng)電動勢(V)；——一次側(cè)感應(yīng)電動勢(V)；——二次側(cè)感應(yīng)電動勢(V)；——二次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；k——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：(3-4)≈(3-4)(3-5)≈(3-5)(3-6)≈==k(3-6)式中，——一次側(cè)感應(yīng)電動勢(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)電動勢(V)；——一次側(cè)感應(yīng)電動勢(V)；——二次側(cè)感應(yīng)電動勢(V)；——二次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；k——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)有勵磁參數(shù)和短路參數(shù)，只有這些參數(shù)已知，才能運用基本方程、等效電路或向量圖求解各量。對制造好的變壓器，其參數(shù)可通過試驗測得。3.2變壓器仿真3.2.1變壓器空載運行狀態(tài)仿真通過空載試驗可得勵磁參數(shù)、電壓比和鐵損等數(shù)據(jù)。變壓器空載試驗接線圖如圖3-2所示。ab圖3-2變壓器空載試驗接線圖a單相變壓器b三相變壓器為了便于測量和安全，空載試驗一般在二次側(cè)做，即在低壓繞組ax上加電壓U,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。因變壓器空載時無功率輸出，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和空載銅耗r之和，但空載電流I很小，P>>r，故可忽略空載銅耗，認(rèn)為P≈P=r。根據(jù)測得的空載試驗數(shù)據(jù)可計算三相變壓器的參數(shù)[3]。變壓器變比為(3-7)k==(3-7)式中，——一次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；——一次側(cè)空載電壓(V)；——二次側(cè)額定電壓(V)；——二次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；k——變壓器電壓比；空載阻抗為(3-8)=(3-8)式中，——空載阻抗(?)；——二次側(cè)額定電壓(V)；——二次側(cè)空載電流(A)；空載電阻為r=(3-9)式中，——空載電阻(?)；——空載功率(W)；——二次側(cè)空載電流(A)；其中，z=z+z；r=r+r。因z>>z，r>>,可認(rèn)為勵磁阻抗為(3-10)z≈=(3-10)式中，——勵磁阻抗(?)；——空載阻抗(?)；——二次側(cè)額定電壓(V)；——二次側(cè)空載電流(A)；勵磁電阻為≈r=(3-11)式中，——勵磁電阻(?)；——空載電阻(?)；——空載功率(W)；——二次側(cè)空載電流(A)；勵磁電抗為=()(3-12)式中，——勵磁電阻(?)；——勵磁阻抗(?)；——勵磁電抗(?)；由于空載試驗在低壓側(cè)做，計算所得的勵磁參數(shù)是低壓側(cè)的值，如需折算到高壓側(cè)各計算值應(yīng)乘以k，還應(yīng)注意，勵磁參數(shù)隨電壓的大小而變化，計算時要取額定電壓下的數(shù)據(jù)。對于三相變壓器，測得的功率是三相的，而勵磁參數(shù)是指每一相的，故在計算時應(yīng)將三相功率除以3，即取一相功率計算，同時應(yīng)將測得的線值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相值數(shù)據(jù)。實例：某單相變壓器U/U=220V/110V,S=1KVA,建立該變壓器仿真模型，仿真顯示該變壓器空載運行時一、二次電壓和電流波形[4]。建模：此模型一次側(cè)電源選取ACVoltageSource，額定值設(shè)為220V；單相變壓器選取SaturableTransformer；二次側(cè)空載；示波器顯示波形依次為一次側(cè)電壓、一次側(cè)電流、二次側(cè)電壓、二次側(cè)電流如圖3-3所示。圖3-3變壓器空載仿真模型單相變壓器空載運行仿真結(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、頻率為50Hz；一次側(cè)電流由/R計算所得：正弦波、頻率為50Hz；二次側(cè)電壓由式(3-7)計算所得：正弦波、頻率50Hz；由于為空載試驗，二次側(cè)沒有閉合回路，電流為0。3.2.2實例：某單相變壓器，其額定參數(shù)為額定容量S=10kVA，額定頻率f=50Hz,額定電壓/=380V/220V,一次繞組漏阻抗=(0.14+j0.22)?,二次繞組漏阻抗=(0.035+j0.055)?，勵磁阻抗=(30+j310)?，負(fù)載阻抗=(4+j3)?，試用Simulink建立仿真模型，計算當(dāng)一次側(cè)加額定電壓時，一、二次側(cè)的實際電流、勵磁電流及二次側(cè)的電壓[4]。建模：一次側(cè)電源選取ACVoltageSource，額定值設(shè)為220V；變壓器選擇LinerTransformer；由Display模塊顯示仿真結(jié)果：Display1顯示二次側(cè)電流有效值、Display2顯示一次側(cè)電流有效值、Display顯示二次側(cè)電壓有效值、Display3顯示勵磁電流有效值，模塊前串入RMS模塊以輸出有效值，如圖3-5所示：圖3-5變壓器負(fù)載仿真結(jié)果結(jié)果分析：用“T”形等效電路計算k===1.73一次額定電流為:==A=26.32A二次側(cè)額定電流為:==A=45.45A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:z=+=(11.51+j9.4665)?=14.90∠39.436°?取參考向量為380∠0°V，則所求各電流為:===25.50∠-39.436°A-=-=373.68∠-0.317°V==1.20∠-84.789°A即一次電流=25.50A,二次電流42.68A,勵磁電流=1.20A，二次電壓=∣∣=213.40V。第4章三相異步電動機4.1三相異步電動機工作原理異步電動機定子相數(shù)有單相、三相兩類。三相異步電動機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型和繞線式兩種，單相異步電機轉(zhuǎn)子都是籠型。異步電機主要由固定不動的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間有氣隙，在定子兩端有端蓋支撐轉(zhuǎn)子。當(dāng)異步電機定子繞組接到三相電源上時，定子繞組中將流過三相對稱電流，氣隙中將建立基波旋轉(zhuǎn)磁動勢，從而產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場，其同步轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)頻率和繞組的極對數(shù)，即:n=(4-1)式中，n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)；——電網(wǎng)頻率(Hz)；——繞組極對數(shù)；這個基波旋轉(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)電動勢并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的電流，該電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。由于這種電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)與轉(zhuǎn)速大小相關(guān)，下面將分三個不同的轉(zhuǎn)速范圍來進行討論[5]。轉(zhuǎn)差率為同步轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差(n-n)對同步轉(zhuǎn)速n之比值，以S表示，即S=(4-2)式中，S——轉(zhuǎn)差率；——同步轉(zhuǎn)速(r/min)；n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)；當(dāng)異步電動機的負(fù)載發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率隨之變化，使得轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應(yīng)的變化，因此異步電機轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變動。按轉(zhuǎn)差率的正負(fù)、大小，異步電機可分為電動機、發(fā)電機、電磁制動三種運行狀態(tài)，如圖4-1所示。abc圖4-1異步電機的三種運行狀態(tài)a電動機狀態(tài)b發(fā)電機狀態(tài)c電磁制動狀態(tài)(1)電動機狀態(tài)當(dāng)0<n<,即0<S<1時，轉(zhuǎn)子中導(dǎo)體以與n相反的方向切割旋轉(zhuǎn)磁場，導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。由右手定則，該電流在N極下的方向為⊕；由左手定則，該電流與氣隙磁場相互作用將產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向同方向的拖動力矩。該力矩能克服負(fù)載制動力矩而拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從軸上輸出機械功率。根據(jù)功率平衡，該電機一定從電網(wǎng)吸收有功電功率。如果轉(zhuǎn)子被加速到，此時轉(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，因而導(dǎo)體中無感應(yīng)電動勢，也沒有電流，電磁轉(zhuǎn)矩為0。因此在電動機狀態(tài)，轉(zhuǎn)速n不可能達到同步轉(zhuǎn)速。(2)發(fā)電機狀態(tài)用原動機拖動異步電機，使其轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，即n>、S<0。轉(zhuǎn)子上導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動機狀態(tài)時相反，從而導(dǎo)體上感應(yīng)電動勢，電流的方向與電動機狀態(tài)相反，N極下導(dǎo)體電流方向為⊙；電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)。此時異步電機由轉(zhuǎn)軸從原動機輸入機械功率，克服電磁轉(zhuǎn)矩，通過電磁感應(yīng)由定子向電網(wǎng)輸出電功率(因?qū)w中電流方向與電動機狀態(tài)相反)，電機處于發(fā)電機狀態(tài)。(3)電磁制動狀態(tài)由于機械負(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。此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢、電流與在電動機狀態(tài)下的相同，N極下導(dǎo)體電流方向為⊕；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)為制動轉(zhuǎn)矩。此時電機運行于電磁制動狀態(tài)，即由轉(zhuǎn)軸從原動機輸入機械功率的同時又從電網(wǎng)吸收電功率(因?qū)w中電流方向與電動機狀態(tài)相同)，兩者都變成了電機內(nèi)部的損耗。當(dāng)涉及到計算時，常常會用到等效電路來簡化計算空載等效電路如圖4-2所示：圖4-2異步電機空載等效電路異步電機的T型等效電路如圖4-3所示：圖4-3異步電機T型等效電路異步電機的Γ型等效電路如圖4-4所示：圖4-4異步電機Γ型等效電路4.2三相異步電動機的起動當(dāng)異步電動機直接投入電網(wǎng)啟動時，在t=0，S=1。異步電動機對電網(wǎng)呈現(xiàn)短路阻抗，流過它的穩(wěn)態(tài)電流稱為啟動電流。一般籠型異步電動機=0.14~0.25,在額定電壓(=1)下直接啟動，=4~7，則啟動電流倍數(shù)為:==4~7(4-3)式中，——起動電流倍數(shù)；——起動電流(A)；——額定電流(A)；而啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)=0.9~1.3。雖然啟動電流很大，而啟動轉(zhuǎn)矩并不大。啟動電流大還會造成如下影響：一方面使電源電壓在電動機啟動時下降，特別是電源容量較小時電壓下降更大；另一方面大的啟動電流會在線路和電機內(nèi)部產(chǎn)生損耗而引起發(fā)熱。起動轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩才可能啟動，啟動轉(zhuǎn)矩越大，加速越快，啟動時間越短。(4-3)異步電動機在啟動時，電網(wǎng)對異步電動機的要求與負(fù)載對它的要求往往是矛盾的。電網(wǎng)從減少它所承受的沖擊電流出發(fā)，要求異步電動機啟動電流盡可能小，但太小的啟動電流所產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩又不足以啟動負(fù)載；而負(fù)載要求啟動轉(zhuǎn)矩盡可能大，以縮短啟動時間，但大的啟動轉(zhuǎn)矩伴隨著大的啟動電流又可能不為電網(wǎng)所接受。下面討論適合于不同電機容量、負(fù)載性質(zhì)而采用的啟動方法[6]。(4-3)4.2.1三相異步電動機直接啟動直接啟動適用于小容量電機帶輕載的情況，啟動時，將定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上。對于額定電壓為380V的電機而言，當(dāng)≤7.5kW時，可以直接啟動。實例：某臺三相四極籠型異步電動機技術(shù)參數(shù)：額定功率=10kW，額定電壓=380V(△連接)，定子每相電阻=1.33Ω，每項漏抗=2.45Ω，轉(zhuǎn)子每相電阻折算值=1.12Ω，每相漏抗折算值=4.4Ω，勵磁電阻=7Ω，勵磁漏抗=90Ω，電動機的轉(zhuǎn)動慣量J=0.0747kg?，電動機帶載啟動，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為30N?m。用Simulink仿真定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[7]。建模：模型中采用了三個獨立的單相交流電壓模塊組成三相交流電源；用三相交流電壓和電流測量模塊測量三相交流電路的電壓和電流；用電動機測量模塊接示波器顯示直接啟動過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線；用三相斷路器控制三相電源的投入時間；異步電機采用位于[PowerSystem]庫中的異步電動機模塊。仿真模型如圖4-5所示：圖4-5異步電機直接啟動仿真模型仿真結(jié)果如圖4-6所示：圖4-6異步電機直接啟動仿真結(jié)果結(jié)果分析：從上面波形圖可以看出，直接起動時，起動過程在1.8秒左右結(jié)束，起動速度較快。因為負(fù)載很小，所以轉(zhuǎn)速非常接近同步轉(zhuǎn)速1500min/r，轉(zhuǎn)速上升速度快。定子電流波形和轉(zhuǎn)子電流波形呈現(xiàn)較大的振蕩，起動后電流降至正常工作電流。啟動負(fù)載較小，異步電機在直接起動過程中的起動定子電流最大約為25A。三相異步電動機降壓啟動如表4-1所示為不同降壓啟動方法的比較。表4-1各種降壓啟動方法的比較降壓方法///啟動設(shè)備串電抗(電阻)1/a1/a1/較貴Y-△啟動器1/1/31/3最便宜，只限于定子△接的電動機自耦變壓器1/a可調(diào)1/1/最貴，三個抽頭可調(diào)(1)三相異步電動機定子串電阻啟動仿真實例：異步電動機模塊選用預(yù)設(shè)模型20，觀察整個啟動過程，示波器顯示啟動過程的定子電流、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電阻，起動時串入啟動電阻，設(shè)其值為0.3?，待異步電動機啟動完畢后切除外串的起動電阻，即將斷路器接通。可設(shè)斷路器在0.8S時刻投入，設(shè)電動機帶載啟動，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為30N?m。仿真模型如圖4-7所示：圖4-7異步電機定子串電阻啟動仿真模型仿真結(jié)果如圖4-8所示：圖4-8異步電機定子串電阻啟動仿真結(jié)果結(jié)果分析：0.8S以前電機定子串入電阻，由于電阻的分壓，施加到電機的電壓未達到全壓，定子電流與轉(zhuǎn)子電流呈現(xiàn)較大波動，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，轉(zhuǎn)矩波動較?。?.8S之后，斷路器閉合，電機投入全壓運行，各參數(shù)波形呈現(xiàn)波動，大約1.3S之后電機達到穩(wěn)定運行，轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速1500r/min，轉(zhuǎn)矩達到30N·m。與直接起動相比，定子串電阻啟動降低了啟動電流，減小了對電機的沖擊，但啟動時間有所延長。(2)三相異步電動機定子串電抗起動仿真實例：異步電動機模塊選用預(yù)設(shè)模型20，設(shè)串入的每項電抗值L=0.001H，電動機帶載起動，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為30N?m，觀察整個起動過程，示波器顯示起動過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[7]。建模：此模型與定子串電阻啟動相似，可設(shè)斷路器在1.8S時刻投入，在1.8S之前，電機未投入到全壓運行，待異步電動機起動完畢后切除外串的起動電抗，即將斷路器接通，電機投入到全壓運行。仿真模型如圖4-9所示：圖4-9異步電機定子串電抗啟動仿真模型仿真結(jié)果如圖4-10所示：圖4-10異步電機定子串電抗啟動仿真結(jié)果結(jié)果分析：0.8S以前電機定子串入電抗，由于電抗的分壓，施加到電機的電壓未達到全壓，定子電流與轉(zhuǎn)子電流呈現(xiàn)較大波動，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，轉(zhuǎn)矩波動較小；0.8S之后，斷路器閉合，電機投入全壓運行，各參數(shù)波形呈現(xiàn)波動，大約1.5S之后電機達到穩(wěn)定運行，轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速1500r/min，轉(zhuǎn)矩達到30N·m。與直接起動相比，定子串電抗啟動降低了啟動電流，減小了對電機的沖擊，但啟動時間有所延長。(3)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動仿真實例：已知某臺三相四極繞線轉(zhuǎn)子異步電動機技術(shù)參數(shù)：額定功率P=11kW,額定電壓=380V(?聯(lián)結(jié))，定子每相電阻=0.4?，每相漏抗=1?，轉(zhuǎn)子每相電阻折算值=0.4?，每相漏抗折算值=1?，勵磁電阻忽略，勵磁漏抗=40?，電動機的轉(zhuǎn)動慣量J=0.089kg?,設(shè)摩擦系數(shù)F=0，電動機帶載啟動，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為72N?m。用matlab仿真觀察整個起動過程，示波器顯示起動過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[7]。建模：模型選取相應(yīng)的電機模型，設(shè)置好參數(shù)；轉(zhuǎn)子通過起動電阻閉合，起動時串入啟動電阻參數(shù)設(shè)定為0.5?，待異步電動機起動完畢后切除外串的起動電阻，即將斷路器接通，可設(shè)斷路器在0.6S時刻投入。仿真模型如圖4-11所示：圖4-11異步電機轉(zhuǎn)子串電阻啟動仿真模型仿真結(jié)果如圖4-12所示：圖4-12異步電機轉(zhuǎn)子串電阻啟動仿真結(jié)果結(jié)果分析：由波形可見，轉(zhuǎn)子串入電阻啟動時，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，定子電流、轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)矩均有較大幅度波動，約在0.25S時刻達到穩(wěn)定狀態(tài)，由于未投入全壓運行，轉(zhuǎn)速未達到額定轉(zhuǎn)速1500r/min，轉(zhuǎn)矩達到負(fù)載轉(zhuǎn)矩；到0.6S時，斷路器接通，電機投入到全壓運行，轉(zhuǎn)速達到1500r/min，定子電流、轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)矩均有小幅度波動然后約在0.8S時達到穩(wěn)定狀態(tài)。與直接起動相比，起動電流有明顯降低，但與此同時起動時間也大大延長。4.3三相異步電動機制動異步電動機的制動包括反接制動、反向回饋制動、能耗制動。4.3.1三相異步電動機自由制動仿真實例：用Simulink建立三相異步電動機自由制動仿真模型，觀察整個制動過程，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)，電動機穩(wěn)定運行后，在t=0.5S時刻自由停車，自由停車瞬間設(shè)置三相交流電源斷路器斷開，電機在慣性作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一段時間后停車。仿真模型如圖4-13所示：圖4-13異步電機自由制動仿真模型仿真結(jié)果如圖4-14所示：圖4-14異步電機自由制動仿真結(jié)果結(jié)果分析：自由停車是最簡單的停車方式，在切除電源后電機在自身摩擦及負(fù)載作用下停止旋轉(zhuǎn)，因此，它的制動時間主要由負(fù)載大小所決定。本例中，斷電瞬間轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)矩瞬間變?yōu)?，由于慣性作用轉(zhuǎn)速不能突變，約在1S時，電機停止轉(zhuǎn)動，制動結(jié)束。4.3實例：用Simulink建立三相異步電動機能耗制動仿真模型，觀察整個制動過程，示波器顯示能耗制動過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線。建模：在自由制動的基礎(chǔ)上在A、B兩相間增加了一串聯(lián)電阻，在切除電源同時通過一個單相斷路器將電阻串入電機定子，來實現(xiàn)能耗制動。制動過程設(shè)置在1S時刻進行。仿真模型如圖4-15所示：圖4-15異步電機能耗制動仿真模型仿真結(jié)果如圖4-16所示：圖4-16異步電機能耗制動仿真結(jié)果結(jié)果分析：由于在定子間串入了電阻，電機由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)子繼續(xù)切割磁力線產(chǎn)生電流，定子存在回路，感應(yīng)出的電能消耗在串入的電阻值之中，將機械能轉(zhuǎn)化為電能消耗在電機內(nèi)部。由仿真結(jié)果可見，在制動瞬間定子電流、轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)矩有小幅度波動，而轉(zhuǎn)速下降速度相比自由停車過程明顯加快，因此能耗制動有效的縮短了制動時間，提高了電機效率。4.3實例：用Simulink建立三相異步電動機反接制動仿真模型，觀察整個制動過程，示波器顯示反接制動過程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線。建模：模型中使用了兩個三相短路器控制介入異步電動機定子三相繞組的電流相序，以實現(xiàn)反接制動。在電機穩(wěn)定運行的情況下，在t=1S時刻進行能耗制動，Three-PhaseBreak1斷開，Three-PhaseBreak接通，將B、C兩相電源反接來實現(xiàn)能耗制動。仿真模型如圖4-17所示：圖4-17異步電機反接制動仿真模型仿真結(jié)果如圖4-18所示：圖4-18異步電機反接制動仿真結(jié)果結(jié)果分析：反接制動是將定子的任意兩相接頭調(diào)換，使定子內(nèi)部產(chǎn)生與原方向相反的交變磁場(此例中為B、C兩相)，反接后的磁場由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生與原轉(zhuǎn)速相反的電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)速降低；但是必須要在轉(zhuǎn)速為0時切除電源，否則電機將方向啟動運行，磁力就仿真出反轉(zhuǎn)效果。由仿真結(jié)果可以看出，反接制動能夠在極短的時間內(nèi)使電機停車，但定子電流與轉(zhuǎn)子電流波動較大，對電機沖擊較大，在制動結(jié)束后未切除電源，電機反轉(zhuǎn)。4.4三相異步電動機調(diào)速仿真從異步電動機轉(zhuǎn)速公式n=(1-S)=(1-S)×60/p可看出，異步電動機主要有三種基本調(diào)速方法，即:變頻調(diào)速：改變電源頻率的調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速：繞線轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速串級調(diào)速：繞線轉(zhuǎn)子串電動勢的調(diào)速異步電動機基本調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速異步電動機基本調(diào)速滑差電機調(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)速變極調(diào)速：改變定子極對數(shù)的調(diào)速在不同參數(shù)電機調(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。4.4實例：用Simulink建立三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速仿真模型，觀察整個調(diào)速過程，示波器顯示調(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：該模型與三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動仿真模型相似，在轉(zhuǎn)子側(cè)使用了一個三相斷路器控制接入異步電動機轉(zhuǎn)子三相繞組的電阻。在0.6S時，斷路器打開，轉(zhuǎn)子有直接短接轉(zhuǎn)換為串入4?的電阻調(diào)速。仿真模型如圖4-19所示：圖4-19異步電機轉(zhuǎn)子串電阻仿真模型仿真結(jié)果如圖4-20所示：圖4-20異步電機轉(zhuǎn)子串電阻仿真結(jié)果結(jié)果分析：轉(zhuǎn)子串電壓改變轉(zhuǎn)子電流，使感應(yīng)電流減小，從而改變電磁轉(zhuǎn)矩的大小使轉(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，達到了調(diào)速的目的。4.4實例：用Simulink建立三相異步電動機定子調(diào)壓調(diào)速仿真模型，觀察整個調(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]。建模：該模型與三相異步電動機直接啟動仿真模型相似，有兩套不同電壓等級的交流電壓源分別有兩個三相斷路器接到定子繞組以實現(xiàn)調(diào)速。在t=3S時刻切換兩個等級的電壓。其仿真模型如圖4-21所示：圖4-21異步電機定子調(diào)壓調(diào)速仿真模型仿真結(jié)果如圖4-22所示：圖4-22異步電機定子調(diào)壓調(diào)速仿真結(jié)果結(jié)果分析：在3S時刻，通過兩個斷路器將定子電壓由峰值380V切換到200V，結(jié)果是降低了定子電壓以達到調(diào)速的目的；由波形可見，在3S時刻由于定子電壓降低，轉(zhuǎn)速由1500r/min降為1200r/min達到調(diào)速目的，而轉(zhuǎn)矩依然與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，保持不變。4.4.實例：用Simulink建立三相異步電動機變頻調(diào)速仿真模型，觀察整個調(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而頻率不等的交流電源分別由兩個三相斷路器接到定子繞組以實現(xiàn)調(diào)速。因基頻以下變頻調(diào)速為恒磁通調(diào)速，應(yīng)保持/=常數(shù)，三相電源模塊1設(shè)置電壓為264*sqrt(3)V、頻率為60Hz，三相電源模塊2設(shè)置電壓為220*sqrt(3)V、頻率為50Hz。仿真模型如圖4-23所示：圖4-23異步電機變頻調(diào)速仿真模型仿真結(jié)果如圖4-24所示：圖4-24異步電機變頻調(diào)速仿真結(jié)果結(jié)果分析：改變定子電壓頻率將改變基波旋轉(zhuǎn)頻率，從而改變轉(zhuǎn)差率以達到調(diào)速目的；在此實例中，在3S時刻定子電壓頻率由60Hz切換到50Hz，轉(zhuǎn)差率減小轉(zhuǎn)速降低，由仿真結(jié)果可見切換前后轉(zhuǎn)速由約1900r/min降為1500r/min達到了調(diào)速目的，而轉(zhuǎn)矩依然與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，保持不變。第5章三相同步電動機仿真同步電機是交流電機的一種。普通同步電機與異步電機的根本區(qū)別是轉(zhuǎn)子側(cè)裝有磁極并通入直流電流勵磁，因而具有確定的極性。由于定、轉(zhuǎn)子磁場相對靜止及氣隙合成磁場恒定是所有旋轉(zhuǎn)電機穩(wěn)定實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換的兩個前提條件，因此，同步電機的運行特點是轉(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。設(shè)產(chǎn)生定子側(cè)旋轉(zhuǎn)磁場的交流電流的頻率為f，電機的極對數(shù)為p，則同步電機轉(zhuǎn)速n與電流頻率f和極對數(shù)p的基本關(guān)系為n=(5-1)式中，n——同步電機轉(zhuǎn)速(r/min)；f——交流電頻率(Hz)；p——電機極對數(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。同步電機主要用作發(fā)電機，世界上的電力幾乎全部由同步發(fā)電機發(fā)出。同步電機也作發(fā)電機運行，其特點是可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來改變功率因數(shù)。正因為如此，同步電動機有一種特殊運行方式，即接于電網(wǎng)作空載運行，稱之為調(diào)相機，專門用于電網(wǎng)的無功補償，以提高功率因數(shù)，改善供電性能。5.1三相同步電動機的基本工作原理同步電動機由定子和轉(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)嵌互差的三相對稱繞組AX、BY、CZ，將定子三相對稱繞組接入三線對稱交流電，會產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子上裝有勵磁繞組，通入直流電后，能建立恒定磁場。同步電動機工作時定子輸入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，設(shè)為逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子輸入直流勵磁電流，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)，這就是同步電動機的基本工作原理，如圖5-1所示。圖5-1同步電機工作原理示意圖5.2三相同步電動機起動仿真實例：用Simulink建立三相凸極同步電動機(二極)異步起動仿真模型，觀察整個起動過程，示波器顯示同步電動機異步起動過程的A相電樞電流、電磁功率、轉(zhuǎn)速和功率角的變化曲線[9]。建模：異步起動的實質(zhì)是依靠同步電動機轉(zhuǎn)子上的阻尼繞組進行起動，因此在異步起動之初不能給勵磁繞組施加勵磁電流，只有當(dāng)起動過程中轉(zhuǎn)速約達亞同步轉(zhuǎn)速即95%=1425r/min時，再施加勵磁電流，牽入同步。模型中主要有同步電動機、三相交流電源、電動機測量信號模塊、示波器、勵磁電流施加控制等模塊。仿真模型如圖5-2所示：圖5-2同步電機起動仿真模型仿真結(jié)果如圖5-3所示：圖5-3同步電機起動仿真結(jié)果結(jié)果分析：由仿真結(jié)果可見，同步電機帶負(fù)載起動約0.4S，A相電樞電流、電磁功率與功率角在啟動過程中都有較大波動。5.3三相同步電動機能耗制動仿真實例：用Simulink建立三相凸極同步電動機(二極)能耗制動仿真模型，觀察整個制動過程，示波器顯示同步電動機能耗制動過程的A相電樞電流、電磁功率、轉(zhuǎn)速和功率角的變化曲線[10]。建模：該仿真模型能夠在同步電動機異步起動仿真模型基礎(chǔ)上增加了能耗制動部分，采用兩個三相斷路器，其中一個三相斷路器用于異步起動時接通三相交流電壓源，另一個三相斷路器用于同步電動機從正常運行進入能耗制動的控制，因此，為了能在能耗制動瞬間，正常運行的交流斷路器切斷的同時閉合能耗制動三相斷路器，模型中采用了一個階躍信號源模塊實現(xiàn)能耗制動控制，制動時刻設(shè)置在10S。模型中轉(zhuǎn)子所帶負(fù)載的容量是變動的，起動時負(fù)載容量為10kW,2S時刻變?yōu)?0kW，5S時刻突變?yōu)?。仿真模型如圖5-4所示：圖5-4同步電機能耗制動仿真模型仿真結(jié)果如圖5-5所示：圖5-5同步電機能耗制動仿真結(jié)果結(jié)果分析：同步電機能耗制動過程與異步電機相似，將電阻接入轉(zhuǎn)子同時切除電源，將電機剩余的機械能轉(zhuǎn)化為電能消耗在電阻中以達到制動目的。5.4三相同步電動機變頻調(diào)速仿真實例：用Simulink建立三相凸極同步電動機(二極)變頻調(diào)速仿真模型，觀察整個調(diào)速過程，示波器顯示同步電動機變頻調(diào)速過程的A相電樞電流、電磁功率、轉(zhuǎn)速和功率角的變化曲線[10]。解：為了獲得可控頻率電壓源實現(xiàn)變頻調(diào)速，構(gòu)建了由三個外部諧波源信號控制的三個正弦信號源，以控制電壓源的頻率。在30S時刻給一個初始值為1、斜率為0.001的斜坡信號，限幅參數(shù)設(shè)置為1.01。仿真模型如圖5-6所示，仿真結(jié)果如圖5-7所示。圖5-6同步電機變頻調(diào)速仿真模型圖5-7同步電機變頻調(diào)速仿真結(jié)果第6章直流電機直流電機是指能輸出直流電流的發(fā)電機，或通入直流電流而產(chǎn)生機械運動的電動機。直流電動機具有良好的啟動性能和寬廣平滑的調(diào)速特性，因而被廣泛應(yīng)用于電力機車、無軌電車、軋鋼機、機床和啟動設(shè)備等需要經(jīng)常啟動并調(diào)速的電氣調(diào)速裝置中。直流發(fā)電機主要用作直流電源。此外，小容量直流電機大多在自動控制系統(tǒng)中以伺服電動機、測速發(fā)電機等形式作為測量、執(zhí)行元件使用。目前，雖然由晶閘管整流元件組成的靜止固態(tài)直流電源設(shè)備已基本上取代了直流發(fā)電機，但直流電動機仍以其良好調(diào)速性能的優(yōu)勢在許多傳動性能要求高的場合占據(jù)重要地位[11]。6.1直流電機的工作原理直流電動機的工作原理可用如圖6-1所示表示。兩個空間位置固定的瓦形永磁體N極與S極之間，安放一個繞固定軸旋轉(zhuǎn)的鐵制圓柱體。鐵芯與磁極之間的間隙為氣隙。設(shè)鐵芯表面只敷設(shè)了兩根導(dǎo)體ab和cd，并連接成單匝線圈abcd。線圈首末端分別與換向片相連。換向片與電樞鐵心一道旋轉(zhuǎn)，但換向片之間及換向片與鐵芯和轉(zhuǎn)軸之間均相互絕緣。由換向片構(gòu)成的整體叫換向器，而整個轉(zhuǎn)動部分稱為電樞，寓意為實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換之中樞。為了把電樞與外電路連通，兩只電刷，電刷的空間位置是固定的。直流電機電樞繞組所感應(yīng)的電動勢是極性交替變化的交流電動勢，只是由于換向器配合電刷的作用才把交流電動勢“換向”成極性恒定的直流電動勢[12]。圖6-1直流電機工作原理示意圖當(dāng)電流沿dcba方向流過線圈時，由左手定則可知，線圈所受電磁力是企圖阻止電樞旋轉(zhuǎn)的。原動機要維持電機以恒速旋轉(zhuǎn)，就必須克服此電磁力做功，從而將機械能轉(zhuǎn)換為電能輸出供負(fù)載使用，電機作發(fā)電機運行。反之，若跨接于A、B兩端的負(fù)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)閍bcd，產(chǎn)生的電磁力及相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩的方向為反時針方向，從而可拖動旋轉(zhuǎn)機械反時針旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，電機作電動機運行[12]。單純從電機的電端口看，電機作發(fā)電機或電動機運行的區(qū)別就在于電流方向發(fā)生了變化。電流自端口正極流出時為發(fā)電機，流入則為電動機。更一般的，與上述發(fā)電機端口及電流方向一致的正方向稱為發(fā)電機慣例，而與電動機端口電壓及電流方向一致的正方向稱為電動機慣例。如圖6-2所示：ab圖6-2電壓和電流正方向a發(fā)電機慣例b電動機慣例直流電機按勵磁方式的不同可分為以下四類：他勵直流電機、并勵直流電機、串勵直流電機、復(fù)勵直流電機。如圖6-3所示為直流電機各種勵磁方式的接線圖。abcd圖6-3直流電機各種勵磁方式接線圖a他勵b并勵c串勵d復(fù)勵6.2直流電動機啟動仿真6.2直流電動機直接起動瞬間起動電流可達10-20倍的額定電流，一般微型電動機由于其電樞電阻較大才可直接起動。由于起動是動態(tài)過程，因此相比M函數(shù)編程，用MATLAB/Simulink建模仿真起動過程更具優(yōu)勢。下面通過使用Simulink對直流電動機直接起動進行建模并仿真，研究起動電流、電磁轉(zhuǎn)矩的變化過程。實例：一臺他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：額定功率=37kW,額定電壓=240V，額定轉(zhuǎn)速=1220r/min,額定電流=16.2A，電樞回路電阻=0.6?，電樞電感=0.012H，勵磁繞組電阻=240?，勵磁電感=120H，勵磁繞組和電樞的互感=1.8H，轉(zhuǎn)動慣量J=1kg?。建模仿真他勵直流電動機運行在空載狀態(tài)(轉(zhuǎn)矩常數(shù)取10)直接起動，示波器顯示轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩在起動時間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)、直流電動機、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，是因為電動機本身屬于感性負(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，直接起動最大沖擊電流為=328.5A，而額定電流為=16.2A，則起動電流倍數(shù)為=20.3，數(shù)值太大，因此不能直接起動，而應(yīng)采取措施，限制起動沖擊電流。仿真模型如圖6-4所示：圖6-4他勵直流電機直接啟動仿真模型仿真結(jié)果如圖6-5所示：圖6-5他勵直流電機直接啟動仿真結(jié)果結(jié)果分析：由仿真結(jié)果可見，直接啟動時電樞電流波動大，對電機沖擊較大，但與此同時電磁轉(zhuǎn)矩大，有利于電機的起動，電機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升到1300r/min，約在1.5S時刻電機達到穩(wěn)定運行狀態(tài)。6.2.2為了限制直接起動瞬間產(chǎn)生的過大起動電流，可采用電樞回路串電阻的方法起動直流電動機?，F(xiàn)以m=3為例，通過使用Simulink對直流電動機電樞回路串電阻起動進行建模并仿真，研究起動電流、電磁轉(zhuǎn)矩的變化過程。實例：一臺他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)為：額定功率=21kW,額定電壓=220V，額定轉(zhuǎn)速=980r/min,額定電流=115A，電樞回路電阻=0.1?，G=64.7N?。采用電樞回路串三級電阻啟動，最大起動電流為100A，空載(轉(zhuǎn)矩常數(shù)取10)，各起動電阻分別為=0.217?、=0.48?、=1.406?，各級起動時間分別為=0.76S，=0.675S，=0.5S。建立三級電阻控制子模塊和他勵直流電動機電樞回路串電阻三級起動仿真模型，示波器顯示轉(zhuǎn)速、電樞電流、勵磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩在起動時間0~10S內(nèi)的變化曲線以及電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的曲線。建模：與直接起動相比，電樞回路串電阻分級起動相當(dāng)于在電源端與電樞端之間串入了一個變阻箱，其他模塊與直接起動相似。為此可先建立電阻控制子模塊，由于起動級數(shù)m=3，因此子模塊由輸入輸出端口、三段電阻、三個斷路器、三個階躍信號模塊組成。仿真模型如圖6-6及圖6-7所示：圖6-6電樞回路串電阻三級起動控制子模塊原理圖圖6-7他勵直流電動機電樞回路串電阻三級起動仿真模型仿真結(jié)果如圖6-8所示：圖6-8他勵直流電動機電樞回路串電阻三級起動仿真結(jié)果結(jié)果分析：由于直接啟動電樞電流較大，對電機沖擊大，因此采用電樞回路串電阻啟動來限制啟動電流。由仿真結(jié)果可見，電樞回路串入電阻后啟動電流相對于直接啟動有明顯下降，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升到1300r/min，但是啟動時電磁轉(zhuǎn)矩卻下降，不利于帶大負(fù)載起動。6.3直流電動機制動仿真在電力拖動機組中，無論是點擊停轉(zhuǎn)，還是由高速進入低速運行，都需要對電動機進行制動，即強行減速。制動的物理本質(zhì)就是在電機轉(zhuǎn)軸上施加一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩。這個力矩若以機械方式產(chǎn)生，如摩擦片、制動閘等、則稱之為機械制動，并有能耗制動、反接制動、回饋制動三種形式。6.3實現(xiàn)直流電動機的能耗制動方法是勵磁電流不變，而電樞兩端斷電的同時串入電阻與電樞形成閉合回路，此時電動機由于機械慣性繼續(xù)保持原旋轉(zhuǎn)方向，電樞感應(yīng)電動勢保持原方向，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，電樞感應(yīng)電流所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與電樞旋轉(zhuǎn)方向相反，為制動轉(zhuǎn)矩，從而達到制動目的。因此根據(jù)能耗制動原理，建立能耗制動仿真模型時，要求電動機運行在穩(wěn)定工作狀態(tài)，并記錄電動機各工作參數(shù)。實例：電動機串三級電阻起動穩(wěn)態(tài)后，在2S時刻使系統(tǒng)轉(zhuǎn)入能耗制動停車，要求起動電流為1.6，此時電樞回路應(yīng)串入的附加制動電阻=1.1?。建立他勵直流電動機能耗制動仿真模型，觀察整個制動過程，示波器顯示電樞反電動勢、電樞電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。建模：啟動過程由子模塊控制，設(shè)置為分級起動，在兩秒時刻IdealSwitch1斷開以切除電源，同時IdealSwitch閉合來串入電阻以進入能耗制動狀態(tài)。仿真模型如圖6-9及圖6-10所示所示：圖6-9直流電機能耗制動仿真模型圖6-10能耗制動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直流電機能耗制動仿真結(jié)果結(jié)果分析：通過串入電阻將電機剩余的機械能轉(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，能耗制動結(jié)束。直流電動機反接制動仿真實現(xiàn)直流電動機的電樞電源電壓反接制動方法是勵磁電流不變，反接電樞兩端電源電壓的同時串入電阻與電樞形成閉合回路。與能耗制動相比，反接制動產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩大，適用于快速停車或快速反轉(zhuǎn)的場合。因此，制動是為了停車，需在電動機轉(zhuǎn)速下降為零時，將電源切斷，否則電動機有可能反轉(zhuǎn)。實例：電動機串三極電阻起動穩(wěn)態(tài)后，在2S時刻使系統(tǒng)轉(zhuǎn)入電樞電源電壓反接制動停車，要求起始制動電流為1.5，此時電樞回路應(yīng)串入的附加制動電阻=2.4?。建立他勵直流電動機電樞電源電壓反接制動仿真模型，觀察整個反接制動過程，要求仿真電動機在0-2S起動和額定運行，5S時刻反接制動，示波器顯示電樞反電動勢、電樞電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。建模：此模型與電機分級起動仿真類似，電機分級起動后由三個斷路器控制接入電樞電流方向，待電機轉(zhuǎn)速降為零時通過邏輯判斷由StopSimulation模塊停止仿真。仿真模型如圖6-12所示：圖6-12直流電機反接制動仿真模型仿真結(jié)果如圖6-13所示：圖6-13直流電機反接制動仿真結(jié)果結(jié)果分析：由仿真結(jié)果可見，電源反接后轉(zhuǎn)速迅速下降，由1300r/min降為0，此方式的優(yōu)點是制動時間短，約為0.5S；缺點是在制動結(jié)束時必須及時切除電源，否則電機將反轉(zhuǎn)。6.4直流電動機調(diào)速仿真調(diào)速是電力拖動機組在運行過程中的最基本要求，直流電動機具有在寬廣范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟調(diào)速的優(yōu)良性能。直流電動機有電樞回路串電阻、改變勵磁電流和改變端電壓三種調(diào)速方式。直流電動機改變電樞電壓調(diào)速仿真實現(xiàn)他勵直流電動機改變電樞電壓調(diào)速方法是在電樞電阻和勵磁電流一定的條件下，改變電樞兩端的電源電壓，使電動機的理想空載轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，從而達到調(diào)速的目的。實例：一臺他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)為：=100kW，=220V，=517A,=1200r/min,=0.026?,=50.3?,=0.4H。電動機原運行在額定狀態(tài)(額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為796N?m)在5S時刻將電壓突降到U=110V，試仿真改變電樞電源電壓調(diào)速的過程，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。建模：由Timer模塊控制輸入電壓等級，電機在額定電壓下啟動運行到5S時刻后，電壓等級降為110V。仿真模型如圖6-14所示：圖6-14直流電機改變電樞電壓調(diào)速仿真模型仿真結(jié)果如圖6-15所示：圖6-15直流電機改變電樞電壓調(diào)速仿真結(jié)果結(jié)果分析：電機在切換電壓等級后電樞電流、轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩都有所波動，電磁轉(zhuǎn)矩在波動之后又逐漸回到與負(fù)載相平衡，電樞電流波動后保持與原狀態(tài)不變，轉(zhuǎn)速由1000r/min降為500r/min，達到了調(diào)速目的。直流電動機減弱磁通調(diào)速仿真實現(xiàn)他勵直流電動機減弱磁通調(diào)速方法是在電樞電源電壓和電樞電阻一定條件下，改變勵磁電流，即調(diào)節(jié)勵磁回路電阻，從而達到調(diào)速的目的。實例：一臺他勵直流電動機額定數(shù)據(jù)為：=100kW，=220V，=517A,=1200r/min,=0.026?,=50.3?,=0.4H。電動機原運行在空載狀態(tài)(空載轉(zhuǎn)矩為10N?m)，在5S時刻突降勵磁電源電壓(由220V降為150V)，試仿真減弱磁通調(diào)速的過程，示波器顯示勵磁電壓、電樞電流、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。建模：保持電樞電壓不變，勵磁電壓由Timer控制大小，在5S時刻由220V降為150V減低勵磁電壓。仿真模型如圖6-16所示：圖6-16直流電機減弱磁通調(diào)速仿真模型仿真結(jié)果如圖6-17所示：圖6-17直流電機減弱磁通調(diào)速仿真結(jié)果結(jié)果分析：此例為減弱勵磁以達到調(diào)速目的，由仿真結(jié)果可見，在減弱磁通后，轉(zhuǎn)矩保持與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，電樞電流保持不變，轉(zhuǎn)速約由1200r/min升高為1800r/min，達到了調(diào)速目的。第7章結(jié)論7.1結(jié)論隨著軍事和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，仿真已成為各種復(fù)雜系統(tǒng)研制工作的一種必不可少的手段。它對于縮短設(shè)計周期、選擇合理參數(shù)起著重要的作用，仿真系統(tǒng)是可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，取得可觀的經(jīng)濟效益。本次畢業(yè)設(shè)計是基于MATLAB的電機仿真實驗，通過此次畢業(yè)設(shè)計我學(xué)習(xí)了解了電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；并且也對MATLAB軟件的應(yīng)用有了一定的基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計完成的基本任務(wù)有：電機原理分析、變壓器仿真、電機仿真以及仿真結(jié)果對比分析。在變壓器中不僅有電路問題，還有磁路問題，所以它的基本工作原理是建立在電磁感應(yīng)和磁動勢平衡關(guān)系上。通過空載和短路試驗，可求得變壓器勵磁和短路等參數(shù)。變壓器的電壓調(diào)整率是表征負(fù)載運行時的二次電壓穩(wěn)定性和供電質(zhì)量，效率特性表征負(fù)載運行時的經(jīng)濟性。通過對變壓器的仿真實驗，了解到變壓器的基本工作原理和運行特性,有助于提高變壓器的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。電動機的仿真實驗中，由MATLAB/Simulink模塊完成。此模塊搭建了直流、交流電機的啟動、調(diào)速與制動模型，由示波器顯示出轉(zhuǎn)速、電流、電壓以及功率角等一系列波形變化。由此直觀的研究不同類型、不同容量電機啟動、調(diào)速和制動的各方面參數(shù)，從而找出適合于不同類型、不同容量電機的最優(yōu)啟動、調(diào)速和制動的方法，這樣就使電機工作在最穩(wěn)定、最有效、最經(jīng)濟的狀態(tài)，提高了工作效率。參考文獻[1]唐向宏,岳恒立,鄭雪峰.MATLAB及在電子信息類課程中的應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.[2]辜承林,陳喬夫,熊永前.電機學(xué)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2010.[3]孫克軍,常宇健,孫會琴.電力拖動基礎(chǔ)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.[4]潘曉晟,郝世勇.MATLAB電機仿真精華50例[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007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