異步電動機matlab與Simulink仿真設(shè)計

1、異步電動機matlab與Simulink建模與仿真設(shè)計摘 要 本文通過結(jié)合Matlab / Simulink中的模塊和s函數(shù)，建立了鼠籠式異步電動機的模型，并進行了分析。通過改進定子電流和定子磁鏈的方程式增加了模型的準確性。文中給出了增加負載時定子電流，磁鏈以及轉(zhuǎn)子速度轉(zhuǎn)矩的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明在兩相同步靜止坐標系下的模型可以更準確的反映運行中電機的實際情況。關(guān)鍵詞：Matlab / Simulink 異步電動機 狀態(tài)方程1 前 言隨著電力電子技術(shù)與交流電動機的調(diào)速和控制理論的迅速發(fā)展,使得異步電動機越來越廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域的工業(yè)生產(chǎn)。異步電動機的仿真運行狀況和用計算機來解決異步電動機控制

2、直接轉(zhuǎn)矩和電機故障分析具有重要意義。它能顯示理論上的變化,當異步電動機正在運行時,提供了直接理論基礎(chǔ)的電機直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC),并且準確的分析了電氣故障。在過去,通過研究的異步電動機的電機模型建立了三相靜止不動的框架。研究了電壓、轉(zhuǎn)矩方程在該模型的功能,同相軸之間的定子、轉(zhuǎn)子的線圈的角度。是時間函數(shù)、電壓、轉(zhuǎn)矩方程是時變方程這些變量都在這個運動模型中。這使得很難建立在兩相異步電動機的固定框架相關(guān)的數(shù)學模型。但是通過坐標變換,建立在兩相感應(yīng)電動機模型框架可以使得固定電壓、轉(zhuǎn)矩方程,使數(shù)學模型變得簡單。在本篇論文中,我們建立的異步電機仿真模型在固定框架兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下,并給出了仿真結(jié)果,表明

3、該模型更加準確地反映了運行中的電動機的實際情況。2 異步電動機的數(shù)學模型2.1 三相-兩相變換矩陣 （1）2.2電壓方程矩陣作為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機是短路鼠籠式, Ur , Ur =0。電壓方程可以得到: （2）根據(jù)方程(2)我們可以得出狀態(tài)方程為：（3）這個方程和電流的定子磁鏈定向的關(guān)系是一樣的。 （4） （5）根據(jù)公式(4)(5),我們有了異步電動機與定子磁鏈定向的狀態(tài)方程和電流作為狀態(tài)變量: （6） 轉(zhuǎn)矩方程是： （7）速度方程是：（8） 3基于simulink的異步電動機模型它提供了一個異步電動機在電力系統(tǒng)仿真模塊(SimPowerSystems 7.0版本)的MATLAB的仿真,使電力系統(tǒng)

4、變得更方便。但也有缺點,因為此感應(yīng)電機模塊的參數(shù)不能改變這個模型的數(shù)據(jù),如定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻。因此該模型不適合使用在出現(xiàn)故障的電動機和需要改變參數(shù)的分析仿真過程中。在本課題中,我們利用Simulink仿真模塊,以建立一個新的模型,就是為了解決這些問題。3.1 Park 變換為了得到模型在兩相同步靜止坐標系下異步電動機的固定框架,我們必須先進行改造的三相電壓源模型。圖3-1 Park變換（9）3.2 轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速模型基于以上方程(7)(8)對異步電動機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速建立模型。圖3-2 磁鏈和轉(zhuǎn)矩的模型圖3-3 異步電機仿真模型3.3 s函數(shù)的源程序由于感應(yīng)電機模型是一個多輸入、多輸出耦合系統(tǒng),它將變成

5、一種冗長的工作來解決當前和通量方程直接利用Simulink仿真的基本模塊。如有錯誤的模型參數(shù),就沒有仿真的結(jié)果可以證明。如果要找出故障的模型,它需要調(diào)試每個模塊。在本篇論文中,我們使用S-function SIMULINK模塊來解決當前和流量方程,它是根據(jù)該公式編程(6)來計算。S-function模塊作為sfun_currandflux被命名。仿真模型只需要調(diào)用這個sfun_currandflux就能解決現(xiàn)有的和通量方程模型,使得調(diào)試和驗收變得方便。S-function%的初始化function sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes；sizes = simsize

6、s；sizes.NumContStates = 4；sizes.NumDiscStates = 0；sizes.NumOutputs = 4；sizes.NumInputs = 3；sizes.DirFeedthrough = 1；sizes.NumSampleTimes = 1；sys = simsizes(sizes)；x0 = 0；0；0；0；str = ；ts = 0 0；% subroutine of state equation；function sys=mdlDerivatives(t,x,u,Rs,Rr,Ls,Lr,Lm)；k=1/(Ls*Lr-Lm*Lm)；A=-(Rs*Lr

7、+Rr*Ls)*k -u(3) Rr*k Lr*u(3)*k；u(3) -(Rs*Lr+Rr*Ls)*k -Lr*u(3)*k Rr*k；-Rs 0 0 0； 0 -Rs 0 0；x=x(1)；x(2)；x(3)；x(4)；B=Lr*k 0；0 Lr*k；10；01；U=u(1)；u(2)；dx=A*x+B*U；sys =dx；% subroutine of output equationfunction sys=mdlOutputs(t,x,u)sys = x；本文改進了文獻2的狀態(tài)方程算法,仿真的結(jié)果不是很精確。主要的誤差是：定子電流在電動機的起動過程中幾乎是接近于零。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn),它為了方

8、便集三個中間變量在文獻2建立模型的方法,使得它的計算結(jié)果必然會有一個極大錯誤的。在本文中,我們只有一個中間變量k 1/(Ls Lr -L²m ),以提高該算法的準確性。4仿真結(jié)果與分析4.1仿真結(jié)果 在仿真參數(shù)條件下的電動機額定電壓為380V； 頻率為50Hz；定子電阻的阻值為Rs=42.5 ；定子電感為Ls = 0.666 H；轉(zhuǎn)子電阻為Rr =3.24；轉(zhuǎn)子電感為Lr = 0.671 H；互感的定子和轉(zhuǎn)子之間的互感為: Lm =0.65H；電機極對數(shù)Np = 2；慣性系數(shù)為J=0.02 kg. 。電機輸入的參數(shù)文件,在一個m文件電機和運行這種m文件之前的仿真模型的MATLAB程序

9、。s_funcurrandflux調(diào)用函數(shù)模型。設(shè)置仿真參數(shù),對時間的仿真模擬,最大限度的0.7秒鐘:1e-3一步,絕對誤差數(shù)值求解是:1e-6。仿真結(jié)果顯示如下：圖 4-1 定子電流圖 4-2定子磁鏈圖 4-3 速度圖 4-4 的定子磁鏈定向的4.2仿真分析1)在起動電流沖擊起動過程,然后被穩(wěn)定通過振動衰減。當在0.4S增加負載時,電流也增加了,然后一個穩(wěn)定的正弦波。2)當電機開始啟動,定子磁鏈震蕩,然后達到穩(wěn)定。穩(wěn)定的定子磁鏈的軌跡是一個圓形的。結(jié)果符合實際情況。定子磁鏈比文獻2中的仿真結(jié)果更穩(wěn)定。3)不帶負載時電機的速度幾乎是接近同步轉(zhuǎn)速的1500r /分鐘。當0.4S負載增加時，轉(zhuǎn)速下

10、降，然后達到穩(wěn)定。4)仿真結(jié)果符合實際狀況的運行電動機。實踐證明,該電機模型是正確的。在課題中,使用者可以根據(jù)他們的需求編輯S-function。電機模型適用于基于對DSP的電機故障分析、電機直接轉(zhuǎn)矩控制。5 結(jié) 論異步電動機模型在兩相固定框架下建立了利用MATLAB / SIMULINK S-function模塊的設(shè)計。該算法的狀態(tài)方程求解定子電流、流量均有所提高,提高了模型的正確性。仿真結(jié)果證明了該模型的正確性,將求得狀態(tài)量及算法的電流。本文的模型在未來基于DSP可以用于研究電機直接轉(zhuǎn)矩控制中。異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制1 前 言應(yīng)用磁場定向控制方法的研究變速感應(yīng)電動機驅(qū)動器，變?yōu)橐粋€復(fù)雜的控

11、制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一般來說,磁場定向控制一個封閉回路。系統(tǒng)由以下組成部分:1）PID控制器的電機磁鏈和轉(zhuǎn)矩；2）電流和電壓解耦網(wǎng)絡(luò)；3）復(fù)雜的坐標變換；4）兩軸為三軸轉(zhuǎn)換器；5）電壓或電流調(diào)制器；6）磁鏈和轉(zhuǎn)矩；7）PID滑模速度控制器。在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中,兩個滯環(huán)比較器和一個選型表組件放在桌子上1 - 5所取代,它被證實3有這種大大簡化控制結(jié)構(gòu)、驅(qū)動性能。能明顯改善比較時的磁場定向控制。同時還發(fā)現(xiàn),通過一個更復(fù)雜的選型表性能，對直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的可進一步改進和完善。2直接轉(zhuǎn)矩的控制針對基于直接轉(zhuǎn)矩控制的控制器,不需要復(fù)雜的坐標變換。這對于解耦的非線性交流電機來說,可以獲得控制結(jié)構(gòu)的使用的開關(guān),它

12、用開 - 關(guān)來操作變頻電源開關(guān)。類似于磁場定向控制、控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩測量或估計,要么是作為反饋信號作為控制器。然而,相對于磁場定向控制、功率開關(guān)的狀態(tài)直接從測量確定和參考轉(zhuǎn)矩和磁通的信號圖1。圖 2-1 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制取得了較好的效果,通過一個選型表輸入的扭矩。在誤差的大小和定子磁鏈定向的空間矢量的角度,定子磁鏈定向的空間矢量。震級誤差信號的離散的定子磁鏈定向的兩個層次的通過滯環(huán)比較器。轉(zhuǎn)矩誤差信號離散為三個層面的一種方法。角度的定子磁鏈定向的離散成6個60度的部分。輸出的選型表是設(shè)置變頻器的功率開關(guān)器件的。3 直接轉(zhuǎn)矩控制的選型表通過轉(zhuǎn)矩方程開發(fā)的感應(yīng)電動機從理論上來講是可以用定子和轉(zhuǎn)子磁鏈空間向量表示的,如圖公式(1)。 （1）表示同坐標系下的轉(zhuǎn)子磁鏈和定子空間向量之間的夾角,Xr、Xs、Xm分別代表了電機定子、轉(zhuǎn)子及空氣間隙的自感應(yīng)。固定轉(zhuǎn)子和定子磁通的空間向量的大小,這個角度可以是用來控制電機的扭矩?？梢詮墓剑?