課程設(shè)計(jì)異步電動(dòng)機(jī)綜合仿真設(shè)計(jì)

1、揚(yáng)州大學(xué)專(zhuān)業(yè)軟件應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)報(bào)告水能學(xué)院11級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)題目 異步電動(dòng)機(jī)綜合仿真設(shè)計(jì)四學(xué)生魯波 學(xué)號(hào) 101601131指導(dǎo)教師張建華 2012年11月1日異步電機(jī)綜合仿真設(shè)計(jì)四摘要：MATLAB是一款強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件工具，MATLAB具有數(shù)值、符號(hào)運(yùn)算，繪圖功能，仿真等功能。MATLAB的SIMULINK仿真環(huán)境是美國(guó)MathWorks公司專(zhuān)門(mén)為MATLAB語(yǔ)言設(shè)計(jì)提供的結(jié)構(gòu)圖編程與系統(tǒng)仿真的專(zhuān)用軟件工具。利用SIMULINK仿真環(huán)境分析異步電機(jī)制動(dòng)時(shí)的各參數(shù)情況，以及不同的制動(dòng)方式的比較。關(guān)鍵字：SIMULINK，異步電機(jī)，制動(dòng)參數(shù)，MATLAB1引言異步電機(jī)又稱(chēng)感應(yīng)電

2、機(jī)是交流電機(jī)的一種。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用和維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，效率較高，價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)主要作為電動(dòng)機(jī)使用，是當(dāng)今應(yīng)用最廣，需要量最大的一種電機(jī)。主要部件是定子，轉(zhuǎn)子。制動(dòng)時(shí)生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電機(jī)的有一種特殊要求。異步電機(jī)可以采用機(jī)械制動(dòng)，也可以采用電磁制動(dòng)，常用的電磁制動(dòng)方法：1）自然制動(dòng) 2）能耗制動(dòng) 3）反接制動(dòng) 4）回饋制動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)的目的是通過(guò)MATLAB的仿真實(shí)驗(yàn)，了解異步電機(jī)的運(yùn)行情況。1. 掌握SIMULINK仿真環(huán)境常用模塊庫(kù)和電力系統(tǒng)模塊庫(kù)；2. 對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)自然制動(dòng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)；3. 對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)；4. 對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)進(jìn)行仿真

3、設(shè)計(jì)；5. 對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)；2 設(shè)計(jì)依據(jù)及框圖2.1 設(shè)計(jì)平臺(tái)MATLAB是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連matlab開(kāi)發(fā)工作界面接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 本次實(shí)驗(yàn)主要使用MATLAB 7.0版本。利用Simulink仿真

4、模塊進(jìn)行異步電機(jī)的制動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)。2.2 設(shè)計(jì)思想 通過(guò)對(duì)四種異步電機(jī)的制動(dòng)方式的不同設(shè)計(jì)仿真模型，按其制動(dòng)方式的不同利用仿真模塊進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并分析記錄。1. 自然制動(dòng)是指在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，切斷電源，不加其他任何控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸降低，直至停車(chē)的全過(guò)程。其耗時(shí)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速下降慢。2. 能耗制動(dòng)是指在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，切斷定子交流電源，然后外加直流電源。3. 反接制動(dòng)是指在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，改變定子交流電源的相序。4. 回饋制動(dòng)是指在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為負(fù)值。2.3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖或流程圖 自然制動(dòng)和回饋制動(dòng)流程圖能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)流程圖2.4各模塊功能簡(jiǎn)介模塊圖Voltage Measuremen

5、t用于檢測(cè)電壓，使用時(shí)并聯(lián)在被測(cè)電路中AC Voltage Source提供一個(gè)正弦交流電壓源DC Voltage Source提供一個(gè)直流電壓源Series RLC Branch串聯(lián)RLC支路3-Phase Breaker三相斷路器Asynchronous Machine SI Units異步電機(jī)（國(guó)際單位）模塊Machines Measurement Demux電機(jī)測(cè)量單元，將各種電機(jī)模型輸出的測(cè)量信號(hào)集分離為單個(gè)信號(hào)輸出Voltage Measurement用于檢測(cè)電壓，使用時(shí)并聯(lián)在被測(cè)電路中Constant常量模塊Out提供一個(gè)輸出Scope示波器3 軟件調(diào)試分析3.1自然制動(dòng)自然制動(dòng)

6、是指在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，切斷電源，不加其他任何控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸降低，直至停車(chē)的全過(guò)程。其耗時(shí)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速下降慢。1）仿真模型2）參數(shù)設(shè)置AC Voltage Source: 電壓為220V，頻率為50赫茲，相位依次為0度，240度， 120度；Constant: 設(shè)置其值為 5；Asynchronous Machine SI Units: Rotor Type為Squirrel-cage，Reference frame為Stationary，Vn(Vrms)為380，fn（Hz）為50；Machines Measurement Demux: Machine tye選擇Asynchronous，依次

7、勾選Rotor currents，Stator currents，Rotor speed，Electronmagntic torqueGain：設(shè)置為30/pi;3-phase Breaker: Transition times(s)依仿真情況進(jìn)行合理設(shè)置。3）實(shí)驗(yàn)步驟1.連接好仿真模型并設(shè)置好各模塊的參數(shù)，以及仿真時(shí)間；2.點(diǎn)擊仿真開(kāi)始按鈕，觀察仿真波形，調(diào)節(jié)時(shí)間獲取最好的波形；3. 使用out模塊，并在command命令窗口使用編程繪圖制作輸出波形。4）仿真波形（1）總圖（2）轉(zhuǎn)子電流（3）定子電流（4）電機(jī)轉(zhuǎn)速（5）電機(jī)轉(zhuǎn)矩3.2 能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)是指在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，切斷定子交流電源，

8、然后外加直流電源。（1）仿真模型（a）（b）（2）參數(shù)設(shè)置Series RLC Branch: Inductance設(shè)置為0，Capacitance設(shè)置為inf；DC Voltage Source：Amplitude設(shè)置為50；AC Voltage Source，Constant，Asynchronous Machine SI Units，Machines Measurement Demux，Gain設(shè)置與自然制動(dòng)相同。（3）仿真步驟1使用（a）圖仿真模型進(jìn)行仿真，調(diào)節(jié)時(shí)間優(yōu)化波形；2. 無(wú)誤后在simulation/configuration parameter設(shè)置中勾選xFinal,再次進(jìn)

9、行仿真；3. 仿真后在2設(shè)置菜單中勾選xInitial選項(xiàng)；4. 在command窗口中輸入xInitial=xFinal,并確定；5. 在（a）仿真模型中去除交流電，按（b）圖連接加入直流，并進(jìn)行仿真。（4）仿真波形（1）總圖（2）轉(zhuǎn)子電流（3）定子電流（4）電機(jī)轉(zhuǎn)速（5）電機(jī)轉(zhuǎn)矩3.3 反接制動(dòng)反接制動(dòng)是指在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，改變定子交流電源的相序。（1）仿真模型（2）參數(shù)設(shè)置AC Voltage Source，Constant，Asynchronous Machine SI Units，Asynchronous Machine SI Units，Machines Measurement D

10、emux，Gain參數(shù)設(shè)置同上。（3）仿真步驟1按上圖仿真模型進(jìn)行仿真并觀察波形，無(wú)誤后勾選xFinal選項(xiàng)再次進(jìn)行仿真并觀察波形，然后勾選xInitial選項(xiàng)；2.在command窗口中輸入xInitial=xFinal,并按Enter鍵確定；3.在仿真模型中改變B,C兩相交流電源的相位，進(jìn)行仿真并觀察仿真波形；4使用out模塊獲取輸出波形。（4）仿真波形（1）總圖（2）轉(zhuǎn)子電流（3）定子電流（4）電機(jī)轉(zhuǎn)速（5）電機(jī)轉(zhuǎn)矩3.4 回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)是指在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為負(fù)值。（1）仿真模型（2）參數(shù)設(shè)置Step：設(shè)置其Initial value為45,Final value為-45；A

11、C Voltage Source，Asynchronous Machine SI Units，Asynchronous Machine SI Units，Machines Measurement Demux，Gain參數(shù)設(shè)置同上（3）仿真步驟1.按上圖連接好仿真模型，設(shè)置好個(gè)模塊的參數(shù)，進(jìn)行仿真觀察波形；2.使用out模塊獲取各參數(shù)的仿真波形。（4）仿真波形（1）總圖（2）轉(zhuǎn)子電流（3）定子電流（4）電機(jī)轉(zhuǎn)速（5）電機(jī)轉(zhuǎn)矩4 結(jié)語(yǔ)4.1 結(jié)論與討論通過(guò)對(duì)電機(jī)的四種電磁制動(dòng)方式的仿真和分析，讓我們更深刻的了解了電機(jī)制動(dòng)，了解了各種電機(jī)制動(dòng)方式的轉(zhuǎn)子電流，定子電流，電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的變化，通過(guò)比較比較和分析知道了不同的制動(dòng)方式的區(qū)別和共性。而通過(guò)電機(jī)制