畢業(yè)設(shè)計(jì)simulation research of motor based on matlab

1、<p>　　2013 屆 電氣與電子工程 學(xué)院</p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　完成日期 2013年6月10日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　題 目基于MATLAB的電機(jī)仿真研究</p><p&

2、gt;　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(shuō)明建模過(guò)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(1)學(xué)習(xí)掌握電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理(2)學(xué)會(huì)使用Matlab的simulink模塊搭建仿真模型及M語(yǔ)言的編寫(xiě)(3)仿真

3、實(shí)驗(yàn)，找到適合不同電機(jī)的仿真模型四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)(1)電機(jī)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(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)第1周——第3周：查資料，確定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，開(kāi)題報(bào)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(jì)；(4)第12周——第13周：完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；(5)第14周——第16周：修改設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。&

4、lt;/p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)是基于MATLAB的電動(dòng)機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，要完成本畢業(yè)設(shè)計(jì)有幾項(xiàng)準(zhǔn)備工作：首先需要學(xué)習(xí)解電動(dòng)機(jī)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(duì)仿真模型的搭建需要用到Simulink模塊，通過(guò)S

5、imulink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。</p><p>　　對(duì)電動(dòng)機(jī)所做這些仿真對(duì)電機(jī)的研究發(fā)揮著重大意義。通過(guò)搭建模型來(lái)仿真電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)過(guò)程曲線變化，第一、能夠大大提高實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中的安全性；第二、搭建仿真模型操作簡(jiǎn)單，修改各參數(shù)方便快捷，在今后電動(dòng)機(jī)的改良及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可以大大縮短設(shè)計(jì)開(kāi)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；第三、仿

6、真結(jié)果通過(guò)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(duì)電動(dòng)機(jī)性能的影響，對(duì)電動(dòng)機(jī)的研究帶來(lái)了極大的方便。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī) MATLAB Simulink 仿真</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design is electric

7、machinery simulation experiment based on MATLAB. Firstly, we should learn to study the internal structure and principle of operation of the electric machinery. Secondly, it is the learning of the MATLAB software. To buil

8、d up a simulation model we need to use the Simulink module to build up different type and capacity motors’ starting, speed regulation and braking module by Simulink module, then simulate the curves of the parameters.<

9、/p><p>　　The simulation of the motor plays an important role in studying the electric machinery. By building up the models to simulate the variety of the motors’starting,speed regulation and braking curves. Fir

10、stly, we can greatly improve the safety during the process of the experiment. Secondly, it is easy to build up a simulation model and convenient to modify the parameters, so we can greatly shorten the design cycle in the

11、 future motor improvement and system design and it is propitious to select opti</p><p>　　Key words: electric motor MATLAB Simulink simulation</p><p><b>　　目 錄</b></p>&l

12、t;p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 電機(jī)仿真的背景及意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 論文研究的主要內(nèi)容2</p><p>　　第2章 MATLAB概述3</p><p>　　2.1 M

13、ATLAB語(yǔ)言及特點(diǎn)3</p><p>　　2.2 Simulink的應(yīng)用4</p><p>　　2.2.1 簡(jiǎn)介4</p><p>　　2.2.2 功能4</p><p>　　2.2.3 特點(diǎn)5</p><p>　　2.2.4 啟用5</p><p>　　第3章 變壓器

14、7</p><p>　　3.1 變壓器的基本工作原理7</p><p>　　3.2 變壓器仿真9</p><p>　　3.2.1 變壓器空載運(yùn)行狀態(tài)仿真9</p><p>　　3.2.2 變壓器負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)仿真12</p><p>　　第4章 三相異步電動(dòng)機(jī)14</p><p&

15、gt;　　4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理14</p><p>　　4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)17</p><p>　　4.2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)17</p><p>　　4.2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)19</p><p>　　4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)23</p><p>　　4.3.

16、1 三相異步電動(dòng)機(jī)自由制動(dòng)仿真23</p><p>　　4.3.2 三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真25</p><p>　　4.3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)仿真26</p><p>　　4.4 三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真27</p><p>　　4.4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻仿真28</p><p>

17、;　　4.4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速仿真29</p><p>　　4.4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真30</p><p>　　第5章 三相同步電動(dòng)機(jī)仿真32</p><p>　　5.1 三相同步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理32</p><p>　　5.2 三相同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)仿真33</p><p&g

18、t;　　5.3 三相同步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真34</p><p>　　5.4 三相同步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真36</p><p>　　第6章 直流電機(jī)37</p><p>　　6.1 直流電機(jī)的工作原理37</p><p>　　6.2 直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)仿真39</p><p>　　6.2.1 他勵(lì)直流電動(dòng)

19、機(jī)直接啟動(dòng)仿真39</p><p>　　6.2.2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)分級(jí)啟動(dòng)仿真40</p><p>　　6.3 直流電動(dòng)機(jī)制動(dòng)仿真42</p><p>　　6.3.1 直流電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真42</p><p>　　6.3.2 直流電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)仿真43</p><p>　　6.4 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿

20、真45</p><p>　　6.4.1 直流電動(dòng)機(jī)改變電樞電壓調(diào)速仿真45</p><p>　　6.4.2 直流電動(dòng)機(jī)減弱磁通調(diào)速仿真46</p><p>　　第7章 結(jié)論48</p><p>　　7.1 結(jié)論48</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)49</b></p&

21、gt;<p><b>　　致謝50</b></p><p>　　附錄A 外文資料翻譯51</p><p>　　A.1 英文51</p><p>　　A.2 譯文59</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1

22、電機(jī)仿真的背景及意義</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)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(shí)，電機(jī)在世界各國(guó)綜合國(guó)力的較量中起著決定性作用。如何生產(chǎn)出高性能的電機(jī)以及實(shí)現(xiàn)電機(jī)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(dòng)機(jī)自身的理論基本成熟。隨著電工技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電能的轉(zhuǎn)換、控制以及高效使用的要求越來(lái)越高。電磁材料的性能不斷提高，電工

23、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(lái)越復(fù)雜，仿真是對(duì)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)確和計(jì)算精確。 MATLAB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(duì)電機(jī)研究有重大意義：</p><p>　　(1)能夠大大提高實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中的安全性；</p><p>　　(

24、2)搭建仿真模型操作簡(jiǎn)單，修改各參數(shù)方便快捷，在今后電動(dòng)機(jī)的改良及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可以大大縮短設(shè)計(jì)開(kāi)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；</p><p>　　(3)仿真結(jié)果通過(guò)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(duì)電動(dòng)機(jī)性能的影響，對(duì)電動(dòng)機(jī)的研究帶來(lái)了極大的方便。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><

25、p>　　我國(guó)電機(jī)工業(yè)體系是從新中國(guó)成立后建立的。建國(guó)后，電機(jī)制造工業(yè)得到迅猛發(fā)展，從初期的仿制到自行設(shè)計(jì)再到研發(fā)創(chuàng)新，經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，已建立了全國(guó)性的研究實(shí)驗(yàn)基地，培養(yǎng)了一大批從事研究、制造電機(jī)的專家和工程技術(shù)人員，有了統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和系列產(chǎn)品。然而，與國(guó)外相比，中國(guó)的電機(jī)發(fā)展還相對(duì)落后。國(guó)外電機(jī)發(fā)展起步早、發(fā)展迅速，我國(guó)抓住第二次工業(yè)革命的機(jī)遇正在趕超國(guó)外。</p><p>　　總體來(lái)講，電機(jī)的理論已

26、經(jīng)趨于成熟，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外正在電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與新型材料研制方面進(jìn)行著新一輪的競(jìng)爭(zhēng)。而電機(jī)仿真就是在這種背景下產(chǎn)生的。電機(jī)仿真在電機(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(lái)越重要的作用。</p><p>　　1.3 論文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　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：</p><p>　　(1)需要學(xué)習(xí)了解電機(jī)的

27、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理；</p><p>　　(2)對(duì)MATLAB軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)；</p><p>　　(3)對(duì)電機(jī)不同仿真模型進(jìn)行搭建；</p><p>　　(4)對(duì)搭建模型進(jìn)行說(shuō)明并且對(duì)比分析仿真曲線的特性。</p><p>　　對(duì)仿真模型的搭建需要用到Simulink模塊，通過(guò)Simulink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)

28、模型，然后仿真出各參數(shù)的曲線，并通過(guò)對(duì)各曲線的波形對(duì)比分析討論不同類型、不同容量電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，從而找到適合于不同應(yīng)用電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與制動(dòng)方法，使電機(jī)工作在最佳的狀態(tài)。這樣在今后電動(dòng)機(jī)的改良及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可以大大縮短設(shè)計(jì)開(kāi)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。</p><p>　　第2章 MATLAB概述</p><p>　　2.1 MATLAB語(yǔ)言及特點(diǎn)

29、</p><p>　　MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)據(jù)分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)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(jì)語(yǔ)言(如C、Fortran)的編輯模式，代表了當(dāng)

30、今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。</p><p>　　MATLAB語(yǔ)言是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語(yǔ)言。它集成度高，使用方便，輸入簡(jiǎn)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(yǔ)言相比，MATLAB有許多特點(diǎn)。</p><p>　　(1)MATLAB是一種解釋性語(yǔ)言</p><p>　　MATLAB以解釋方式工作，輸入算式立即得出結(jié)果，無(wú)

31、需編譯，對(duì)每條語(yǔ)句解釋后立即執(zhí)行。若有錯(cuò)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。</p><p>　　(2)變量的“多功能性”</p><p>　　①每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它可以有n×m個(gè)元素；</p><p>　?、诿總€(gè)元素都看成復(fù)數(shù)，這個(gè)特點(diǎn)在其他語(yǔ)言中也是不多見(jiàn)的；</p><p>　?、劬?/p>

32、陣的行數(shù)、列數(shù)無(wú)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(yǔ)言編輯時(shí)必須定義矩陣的階數(shù)。</p><p>　　(3)運(yùn)算符號(hào)的“多功能性”</p><p>　　所有的運(yùn)算，包括加、減、乘、除、函數(shù)運(yùn)算都對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)有效。</p><p>　　(4)語(yǔ)言規(guī)則與筆算式相似</p><p>　　MATLAB的程

33、序與科技人員的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣相近，因此易寫(xiě)易讀，易于在科技人員之間交流。</p><p>　　(5)強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的作圖功能</p><p>　?、倌芨鶕?jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖；</p><p>　?、谀芤?guī)定多種坐標(biāo)(極坐標(biāo)、對(duì)數(shù)坐標(biāo)等)繪圖；</p><p>　?、勰芾L制三維坐標(biāo)中的曲線和曲面；</p><p>　?、芸稍O(shè)置

34、不同顏色、線型、視角等。</p><p>　　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。</p><p><b>　　(6)智能化程度高</b></p><p>　　①繪圖時(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)，以及按輸入和輸出變?cè)獢?shù)自動(dòng)選擇算法等；</p><p>　?、谧鰯?shù)值分析時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長(zhǎng)；</p>&l

35、t;p>　?、圩詣?dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。</p><p>　　(7)功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)</p><p>　　MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴(kuò)展部分。基本部分包括：矩陣的運(yùn)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(jì)算的需要。擴(kuò)展部分稱為工具箱(toolbox)。它實(shí)際上是用MATLAB的基本語(yǔ)句編成的各種子程序集，用

36、于解決某一個(gè)方面的專門(mén)問(wèn)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(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)及小波分析等20余個(gè)工具箱，并且還在繼續(xù)發(fā)展中。</p><p>　　MATLAB由于其強(qiáng)大的功能，在歐美等國(guó)家的一些大學(xué)里，MATLAB已經(jīng)成為諸如數(shù)字信號(hào)處理、自動(dòng)控制理論等課程的主要工具軟件，同時(shí)也是理工科本科生、研究生必須掌握的一項(xiàng)基本技能。近年來(lái)，隨著我國(guó)教育事業(yè)的不斷發(fā)展及與國(guó)外著名高

37、校的接軌，許多高校都開(kāi)設(shè)了這門(mén)課程，MATLAB這一功能強(qiáng)大的軟件逐漸被越來(lái)越多的人了解和使用[1]。</p><p>　　2.2 Simulink的應(yīng)用</p><p><b>　　2.2.1 簡(jiǎn)介</b></p><p>　　Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)

38、需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)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(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)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]。</p><p><b>　　2.2.2 功能</b></p>

39、<p>　　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(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)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(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形

40、用戶接口(GUI) ，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)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。</p><p>　　Simulink是用于動(dòng)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(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)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(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。.</p>&

41、lt;p>　　構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB緊密集成，可以直接訪問(wèn)MATLAB大量的工具來(lái)進(jìn)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(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義[1]。</p><p><b>　　2.2.3 特點(diǎn)</b></p&

42、gt;<p>　　(1)豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義模塊庫(kù)； </p><p>　　(2)交互式的圖形編輯器來(lái)組合和管理直觀的模塊圖； </p><p>　　(3)以設(shè)計(jì)功能的層次性來(lái)分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理； </p><p>　　(4)通過(guò)Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬性，生成模型代碼； </p&

43、gt;<p>　　(5)提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫(xiě)代碼集成；</p><p>　　(6)使用Embedded MATLAB? 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法； </p><p>　　(7)使用定步長(zhǎng)或變步長(zhǎng)運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來(lái)決定以解釋性的方式運(yùn)行或以

44、編譯C代碼的形式來(lái)運(yùn)行模型；</p><p>　　(8)圖形化的調(diào)試器和剖析器來(lái)檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為； </p><p>　　(9)可訪問(wèn)MATLAB從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)； </p><p>　　(10)模型分析和診斷工具來(lái)保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤。</p><p>&l

45、t;b>　　2.2.4 啟用</b></p><p>　　(1)在MATLAB命令窗口中輸入simulink</p><p>　　結(jié)果是在桌面上出現(xiàn)一個(gè)稱為Simulink Library Browser的窗口，在這個(gè)窗口中列出了按功能分類的各種模塊的名稱。</p><p>　　當(dāng)然用戶也可以通過(guò)MATLAB主窗口的快捷按鈕來(lái)打開(kāi)Simulink

46、Library Browser窗口。</p><p>　　(2)在MATLAB命令窗口中輸入simulink3</p><p>　　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模塊庫(kù)窗口。</p><p>　　兩種模塊庫(kù)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(jìn)行選用，一般說(shuō)來(lái)第二種窗口直觀、形象，易于初學(xué)者，但

47、使用時(shí)會(huì)打開(kāi)太多的子窗口[1]。</p><p><b>　　第3章 變壓器</b></p><p>　　3.1 變壓器的基本工作原理</p><p>　　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(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

48、二次繞組。</p><p>　　圖3-1 單相變壓器工作原理示意圖</p><p>　　當(dāng)一次繞組外加電壓時(shí)，二次側(cè)就有電流流過(guò)，并在鐵心中產(chǎn)生與同頻率的交變主磁Ø，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、二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、，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]。</p><p><b>　　根據(jù)電磁感應(yīng)定律

49、有</b></p><p><b>　　=-</b></p><p><b>　　=-</b></p><p><b>　　==k</b></p><p>　　式中，——一次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)；</p><p>　　——一次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；

50、</p><p>　　Ø——主磁通強(qiáng)度(Wb)；</p><p>　　t——磁通變化時(shí)間(S)；</p><p>　　——二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)；</p><p>　　——一次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)；</p><p>　　——二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)；</p><p>　　——二次側(cè)線圈匝數(shù)

51、(匝)；</p><p>　　k——變壓器電壓比；</p><p>　　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：</p><p><b>　　≈</b></p><p><b>　　≈</b></p><p><b>　　≈==k<

52、/b></p><p>　　式中，——一次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)；</p><p>　　——一次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；</p><p>　　——一次側(cè)端電壓(V)；</p><p>　　——二次側(cè)端電壓(V)；</p><p>　　——二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)；</p><p>　　——一次側(cè)感應(yīng)電

53、動(dòng)勢(shì)(V)；</p><p>　　——二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)；</p><p>　　——二次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；</p><p>　　k——變壓器電壓比；</p><p>　　可見(jiàn)，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。</p><p>　　變壓器的參數(shù)有勵(lì)磁參數(shù)和短

54、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(duì)制造好的變壓器，其參數(shù)可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得。</p><p>　　3.2 變壓器仿真</p><p>　　3.2.1 變壓器空載運(yùn)行狀態(tài)仿真</p><p>　　通過(guò)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。</p><p>　　a

55、 b </p><p>　　圖3-2 變壓器空載試驗(yàn)接線圖</p><p>　　a 單相變壓器 b 三相變壓器</p><p>　　為了便于測(cè)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,高壓繞組AX開(kāi)路，測(cè)量電壓U、空載電流I

56、、輸入功率P和開(kāi)路電壓U。因變壓器空載時(shí)無(wú)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(cè)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]。</p><p><b>　　變壓器變比為</b></p><p><b>　　k==</b><

57、/p><p>　　式中，——一次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；</p><p>　　——一次側(cè)空載電壓(V)；</p><p>　　——二次側(cè)額定電壓(V)；</p><p>　　——二次側(cè)線圈匝數(shù)(匝)；</p><p>　　k——變壓器電壓比；</p><p><b>　　空載阻抗為</b&

58、gt;</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中，——空載阻抗(?)；</p><p>　　——二次側(cè)額定電壓(V)；</p><p>　　——二次側(cè)空載電流(A)；</p><p><b>　　空載電阻為</b></p><p&g

59、t;　　r= (3-9)</p><p>　　式中，——空載電阻(?)；</p><p>　　——空載功率(W)；</p><p>　　——二次側(cè)空載電流(A)；</p><p>　　其中，z=z+z；r=r+r。因z>>z，r>>,可認(rèn)為</p>&l

60、t;p><b>　　勵(lì)磁阻抗為</b></p><p><b>　　z≈=</b></p><p>　　式中，——?jiǎng)?lì)磁阻抗(?)；</p><p>　　——空載阻抗(?)；</p><p>　　——二次側(cè)額定電壓(V)；</p><p>　　——二次側(cè)空載電流(A)；&

61、lt;/p><p><b>　　勵(lì)磁電阻為</b></p><p>　　≈r= (3-11)</p><p>　　式中，——?jiǎng)?lì)磁電阻(?)；</p><p>　　——空載電阻(?)；</p><p>　　——空載功率(W)；</p><

62、;p>　　——二次側(cè)空載電流(A)；</p><p><b>　　勵(lì)磁電抗為</b></p><p>　　=() (3-12) </p><p>　　式中，——?jiǎng)?lì)磁電阻(?)；</p><p>　　——?jiǎng)?lì)磁阻抗(?)；<

63、;/p><p>　　——?jiǎng)?lì)磁電抗(?)； </p><p>　　由于空載試驗(yàn)在低壓側(cè)做，計(jì)算所得的勵(lì)磁參數(shù)是低壓側(cè)的值，如需折算到高壓側(cè)各計(jì)算值應(yīng)乘以k，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)要取額定電壓下的數(shù)據(jù)。對(duì)于三相變壓器，測(cè)得的功率是三相的，而勵(lì)磁參數(shù)是指每一相的，故在計(jì)算時(shí)應(yīng)將三相功率除以3，即取一相功率計(jì)算，同時(shí)應(yīng)將測(cè)得的線值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相值數(shù)據(jù)。 &

64、lt;/p><p>　　實(shí)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(yùn)行時(shí)一、二次電壓和電流波形[4]。</p><p>　　建模：此模型一次側(cè)電源選取AC Voltage Source，額定值設(shè)為220V；單相變壓器選取Saturable Transformer；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

65、次側(cè)電流如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 變壓器空載仿真模型</p><p>　　單相變壓器空載運(yùn)行仿真結(jié)果如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 變壓器空載仿真結(jié)果</p><p>　　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(jì)算所得：正弦波、頻率為50Hz；二次側(cè)

66、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(méi)有閉合回路，電流為0。</p><p>　　3.2.2 變壓器負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)仿真</p><p>　　實(shí)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(lì)磁阻抗=(

67、30+j310)?，負(fù)載阻抗=(4+j3) ?，試用Simulink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]。</p><p>　　建模：一次側(cè)電源選取AC Voltage Source，額定值設(shè)為220V；變壓器選擇Liner Transformer；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、D

68、isplay顯示二次側(cè)電壓有效值、Display3顯示勵(lì)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：</p><p>　　圖3-5 變壓器負(fù)載仿真結(jié)果</p><p>　　結(jié)果分析：用“T”形等效電路計(jì)算 </p><p><b>　　k===1.73</b></p><p>　　一次額定電流為:

69、 ==A=26.32A</p><p>　　二次側(cè)額定電流為: ==A=45.45A</p><p>　　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:</p><p>　　z=+=(11.51+j9.4665)?=14.90∠39.436°?</p><p>　　取參考向量為380∠0°V，則所求各電流為:

70、</p><p>　　===25.50∠-39.436°A</p><p>　　-=-=373.68∠-0.317°V</p><p>　　==1.20∠-84.789°A</p><p>　　即一次電流=25.50A,二次電流42.68A,勵(lì)磁電流=1.20A，二次電壓=∣∣=213.40V。</p>

71、;<p>　　第4章 三相異步電動(dòng)機(jī)</p><p>　　4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)定子相數(shù)有單相、三相兩類。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型和繞線式兩種，單相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子都是籠型。異步電機(jī)主要由固定不動(dòng)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。</p><p>　　當(dāng)異步電機(jī)定子繞

72、組接到三相電源上時(shí)，定子繞組中將流過(guò)三相對(duì)稱電流，氣隙中將建立基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其同步轉(zhuǎn)速取決于電網(wǎng)頻率和繞組的極對(duì)數(shù)，即:</p><p>　　n= (4-1)</p><p>　　式中，n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)；</p><p>　　——電網(wǎng)頻率(Hz)； </p>&l

73、t;p><b>　　——繞組極對(duì)數(shù)；</b></p><p>　　這個(gè)基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(guò)電刷短路)中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)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(gè)不同的轉(zhuǎn)速范圍來(lái)進(jìn)行討論[5]。</p><p>　　轉(zhuǎn)差率為

74、同步轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差(n-n)對(duì)同步轉(zhuǎn)速n之比值，以S表示，即</p><p>　　S= (4-2)</p><p>　　式中，S——轉(zhuǎn)差率；</p><p>　　——同步轉(zhuǎn)速(r/min)；</p><p>　　n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)；</p><p>　

75、　當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率隨之變化，使得轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應(yīng)的變化，因此異步電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變動(dòng)。按轉(zhuǎn)差率的正負(fù)、大小，異步電機(jī)可分為電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電磁制動(dòng)三種運(yùn)行狀態(tài)，如圖4-1所示。</p><p>　　a b c </p&

76、gt;<p>　　圖4-1 異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)</p><p>　　a 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)</p><p><b>　　(1)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)</b></p><p>　　當(dāng)0<n<,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(chǎng)，導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流

77、。由右手定則，該電流在N極下的方向?yàn)楱?；由左手定則，該電流與氣隙磁場(chǎng)相互作用將產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向同方向的拖動(dòng)力矩。該力矩能克服負(fù)載制動(dòng)力矩而拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從軸上輸出機(jī)械功率。根據(jù)功率平衡，該電機(jī)一定從電網(wǎng)吸收有功電功率。</p><p>　　如果轉(zhuǎn)子被加速到，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，它們之間無(wú)相對(duì)切割，因而導(dǎo)體中無(wú)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也沒(méi)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。</

78、p><p><b>　　(2)發(fā)電機(jī)狀態(tài)</b></p><p>　　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(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，即n>、S<0。轉(zhuǎn)子上導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(shì)，電流的方向與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)相反，N極下導(dǎo)體電流方向?yàn)椤?；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(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)

79、矩，通過(guò)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(dòng)機(jī)狀態(tài)相反)，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。</p><p><b>　　(3)電磁制動(dòng)狀態(tài)</b></p><p>　　由于機(jī)械負(fù)載或其他外因，轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，即n<0、S>1。此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流與在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下的相同，N極下導(dǎo)體電流方向?yàn)楱?；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反，電磁轉(zhuǎn)

80、矩表現(xiàn)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)電機(jī)運(yùn)行于電磁制動(dòng)狀態(tài)，即由轉(zhuǎn)軸從原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率的同時(shí)又從電網(wǎng)吸收電功率(因?qū)w中電流方向與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)相同)，兩者都變成了電機(jī)內(nèi)部的損耗。</p><p>　　當(dāng)涉及到計(jì)算時(shí)，常常會(huì)用到等效電路來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算</p><p>　　空載等效電路如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 異步電機(jī)空載等效電路</p><p

81、>　　異步電機(jī)的T型等效電路如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 異步電機(jī)T型等效電路</p><p>　　異步電機(jī)的Γ型等效電路如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 異步電機(jī)Γ型等效電路</p><p>　　4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)</p><p>　　當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)啟動(dòng)

82、時(shí)，在t=0，S=1。異步電動(dòng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)呈現(xiàn)短路阻抗，流過(guò)它的穩(wěn)態(tài)電流稱為啟動(dòng)電流。</p><p>　　一般籠型異步電動(dòng)機(jī)=0.14~0.25,在額定電壓(=1)下直接啟動(dòng)，=4~7，則啟動(dòng)電流倍數(shù)為:</p><p>　　==4~7 (4-3)</p><p>　　式中，——起動(dòng)電流倍數(shù)；</p>&

83、lt;p>　　——起動(dòng)電流(A)；</p><p>　　——額定電流(A)；</p><p>　　而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)=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)電流大還會(huì)造成如下影響：一方面使電源電壓在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)下降，特別是電源容量較小時(shí)電壓下降更大；另一方面大的啟動(dòng)電流會(huì)在線路和電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生損耗而引起發(fā)熱。起動(dòng)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)

84、時(shí)間越短。</p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的要求與負(fù)載對(duì)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流盡可能小，但太小的啟動(dòng)電流所產(chǎn)生的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩又不足以啟動(dòng)負(fù)載；而負(fù)載要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩盡可能大，以縮短啟動(dòng)時(shí)間，但大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩伴隨著大的啟動(dòng)電流又可能不為電網(wǎng)所接受。下面討論適合于不同電機(jī)容量、負(fù)載性質(zhì)而采用的啟動(dòng)方法[6]。</p><p&g

85、t;　　4.2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)</p><p>　　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壓的電網(wǎng)上。對(duì)于額定電壓為380V的電機(jī)而言，當(dāng)≤7.5kW時(shí)，可以直接啟動(dòng)。</p><p>　　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=10kW，額定電壓=380V(△連接)，定子每相電阻=1.33Ω，每項(xiàng)漏抗=2.45Ω，轉(zhuǎn)子每相電阻折算

86、值=1.12Ω，每相漏抗折算值=4.4Ω，勵(lì)磁電阻=7Ω，勵(lì)磁漏抗=90Ω，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.0747kg?，電動(dòng)機(jī)帶載啟動(dòng)，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]。</p><p>　　建模：模型中采用了三個(gè)獨(dú)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(cè)量模塊測(cè)量三相交流電路的電壓和電流；用電動(dòng)機(jī)測(cè)量模塊接示波器顯示直接啟動(dòng)過(guò)程的定子電流

87、、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(shí)間；異步電機(jī)采用位于[Power System]庫(kù)中的異步電動(dòng)機(jī)模塊。</p><p>　　仿真模型如圖4-5所示：</p><p>　　圖4-5 異步電機(jī)直接啟動(dòng)仿真模型</p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-6所示：</p><p>　　圖4-6 異步電機(jī)直接啟動(dòng)仿真結(jié)果

88、</p><p>　　結(jié)果分析：從上面波形圖可以看出，直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)過(guò)程在1.8秒左右結(jié)束，起動(dòng)速度較快。因?yàn)樨?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(dòng)后電流降至正常工作電流。啟動(dòng)負(fù)載較小，異步電機(jī)在直接起動(dòng)過(guò)程中的起動(dòng)定子電流最大約為25A。</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)</p>&l

89、t;p>　　如表4-1所示為不同降壓?jiǎn)?dòng)方法的比較。</p><p>　　表4-1 各種降壓?jiǎn)?dòng)方法的比較</p><p>　　(1)三相異步電動(dòng)機(jī)定子串電阻啟動(dòng)仿真</p><p>　　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(guò)程，示波器顯示啟動(dòng)過(guò)程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[7]。</p><p>　　建

90、模：定子側(cè)增加了與斷路器并聯(lián)的外串三相對(duì)稱啟動(dòng)電阻，起動(dòng)時(shí)串入啟動(dòng)電阻，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，即將斷路器接通?？稍O(shè)斷路器在0.8S時(shí)刻投入，設(shè)電動(dòng)機(jī)帶載啟動(dòng)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為30N?m。</p><p>　　仿真模型如圖4-7所示：</p><p>　　圖4-7 異步電機(jī)定子串電阻啟動(dòng)仿真模型</p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-8

91、所示：</p><p>　　圖4-8 異步電機(jī)定子串電阻啟動(dòng)仿真結(jié)果</p><p>　　結(jié)果分析：0.8S以前電機(jī)定子串入電阻，由于電阻的分壓，施加到電機(jī)的電壓未達(dá)到全壓，定子電流與轉(zhuǎn)子電流呈現(xiàn)較大波動(dòng)，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較??；0.8S之后，斷路器閉合，電機(jī)投入全壓運(yùn)行，各參數(shù)波形呈現(xiàn)波動(dòng)，大約1.3S之后電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1500r/min，轉(zhuǎn)矩達(dá)到30N

92、3;m。與直接起動(dòng)相比，定子串電阻啟動(dòng)降低了啟動(dòng)電流，減小了對(duì)電機(jī)的沖擊，但啟動(dòng)時(shí)間有所延長(zhǎng)。</p><p>　　(2)三相異步電動(dòng)機(jī)定子串電抗起動(dòng)仿真</p><p>　　實(shí)例：異步電動(dòng)機(jī)模塊選用預(yù)設(shè)模型20，設(shè)串入的每項(xiàng)電抗值L=0.001H，電動(dòng)機(jī)帶載起動(dòng)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為30N?m，觀察整個(gè)起動(dòng)過(guò)程，示波器顯示起動(dòng)過(guò)程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[7]。</p>

93、;<p>　　建模：此模型與定子串電阻啟動(dòng)相似，可設(shè)斷路器在1.8S時(shí)刻投入，在1.8S之前，電機(jī)未投入到全壓運(yùn)行，待異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢后切除外串的起動(dòng)電抗，即將斷路器接通，電機(jī)投入到全壓運(yùn)行。 </p><p>　　仿真模型如圖4-9所示：</p><p>　　圖4-9 異步電機(jī)定子串電抗啟動(dòng)仿真模型</p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-10所示：

94、</p><p>　　圖4-10 異步電機(jī)定子串電抗啟動(dòng)仿真結(jié)果</p><p>　　結(jié)果分析：0.8S以前電機(jī)定子串入電抗，由于電抗的分壓，施加到電機(jī)的電壓未達(dá)到全壓，定子電流與轉(zhuǎn)子電流呈現(xiàn)較大波動(dòng)，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較??；0.8S之后，斷路器閉合，電機(jī)投入全壓運(yùn)行，各參數(shù)波形呈現(xiàn)波動(dòng)，大約1.5S之后電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1500r/min，轉(zhuǎn)矩達(dá)到30N·

95、m。與直接起動(dòng)相比，定子串電抗啟動(dòng)降低了啟動(dòng)電流，減小了對(duì)電機(jī)的沖擊，但啟動(dòng)時(shí)間有所延長(zhǎng)。</p><p>　　(3)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</p><p>　　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=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(lì)磁電阻忽略，勵(lì)磁

96、漏抗=40 ?，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=0.089kg?,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?m。用matlab仿真觀察整個(gè)起動(dòng)過(guò)程，示波器顯示起動(dòng)過(guò)程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[7]。</p><p>　　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(guò)起動(dòng)電阻閉合，起動(dòng)時(shí)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0.6

97、S時(shí)刻投入。</p><p>　　仿真模型如圖4-11所示：</p><p>　　圖4-11 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)仿真模型</p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-12所示：</p><p>　　圖4-12 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)仿真結(jié)果</p><p>　　結(jié)果分析：由波形可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子串入電阻啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，定

98、子電流、轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)矩均有較大幅度波動(dòng)，約在0.25S時(shí)刻達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，由于未投入全壓運(yùn)行，轉(zhuǎn)速未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1500r/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)然后約在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(zhǎng)。</p><p>　　4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)<

99、/p><p>　　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)。</p><p>　　4.3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)自由制動(dòng)仿真</p><p>　　實(shí)例：用Simulink建立三相異步電動(dòng)機(jī)自由制動(dòng)仿真模型，觀察整個(gè)制動(dòng)過(guò)程，示波器顯示自由停車過(guò)程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線。</p><p>　　建模：仿真開(kāi)始瞬間應(yīng)使三相

100、交流電源處在接通狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，在t=0.5S時(shí)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(kāi)，電機(jī)在慣性作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一段時(shí)間后停車。</p><p>　　仿真模型如圖4-13所示：</p><p>　　圖4-13 異步電機(jī)自由制動(dòng)仿真模型</p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-14所示：</p><p>　　圖4-14 異步

101、電機(jī)自由制動(dòng)仿真結(jié)果</p><p>　　結(jié)果分析：自由停車是最簡(jiǎn)單的停車方式，在切除電源后電機(jī)在自身摩擦及負(fù)載作用下停止旋轉(zhuǎn)，因此，它的制動(dòng)時(shí)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(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)結(jié)束。</p><p>　　4.3.2 三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真</p><p>　　實(shí)例：用Si

102、mulink建立三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)仿真模型，觀察整個(gè)制動(dòng)過(guò)程，示波器顯示能耗制動(dòng)過(guò)程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線。</p><p>　　建模：在自由制動(dòng)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(shí)通過(guò)一個(gè)單相斷路器將電阻串入電機(jī)定子，來(lái)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。制動(dòng)過(guò)程設(shè)置在1S時(shí)刻進(jìn)行。</p><p>　　仿真模型如圖4-15所示：</p><p&g

103、t;　　圖4-15 異步電機(jī)能耗制動(dòng)仿真模型</p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-16所示：</p><p>　　圖4-16 異步電機(jī)能耗制動(dòng)仿真結(jié)果</p><p>　　結(jié)果分析：由于在定子間串入了電阻，電機(jī)由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能消耗在電機(jī)內(nèi)部。由仿真結(jié)果可見(jiàn)，在制

104、動(dòng)瞬間定子電流、轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)矩有小幅度波動(dòng)，而轉(zhuǎn)速下降速度相比自由停車過(guò)程明顯加快，因此能耗制動(dòng)有效的縮短了制動(dòng)時(shí)間，提高了電機(jī)效率。</p><p>　　4.3.3 三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)仿真</p><p>　　實(shí)例：用Simulink建立三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)仿真模型，觀察整個(gè)制動(dòng)過(guò)程，示波器顯示反接制動(dòng)過(guò)程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線。</p><

105、;p>　　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相序，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-Phase Break1斷開(kāi)，Three-Phase Break接通，將B、C兩相電源反接來(lái)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)。</p><p>　　仿真模型如圖4-17所示：</p><p>　　圖4-17 異步電機(jī)反接制動(dòng)仿真模型<

106、/p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-18所示：</p><p>　　圖4-18 異步電機(jī)反接制動(dòng)仿真結(jié)果</p><p>　　結(jié)果分析：反接制動(dòng)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(chǎng)(此例中為B、C兩相)，反接后的磁場(chǎng)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(shí)切除電源，否則電機(jī)將方向啟動(dòng)運(yùn)行，磁力就仿真出反轉(zhuǎn)效果。

107、由仿真結(jié)果可以看出，反接制動(dòng)能夠在極短的時(shí)間內(nèi)使電機(jī)停車，但定子電流與轉(zhuǎn)子電流波動(dòng)較大，對(duì)電機(jī)沖擊較大，在制動(dòng)結(jié)束后未切除電源，電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　4.4 三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速仿真</p><p>　　從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=(1-S)=(1-S)×60/p可看出，異步電動(dòng)機(jī)主要有三種基本調(diào)速方法，即:</p><p>　　變頻調(diào)速：改變電源頻

108、率的調(diào)速</p><p>　　轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速：繞線轉(zhuǎn)子串電阻的調(diào)速</p><p>　　串級(jí)調(diào)速：繞線轉(zhuǎn)子串電動(dòng)勢(shì)的調(diào)速</p><p><b>　　變轉(zhuǎn)差率調(diào)速</b></p><p>　　滑差電機(jī)調(diào)速：電磁離合器調(diào)速</p><p>　　調(diào)壓調(diào)速：改變定子電壓的調(diào)速 </

109、p><p>　　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。</p><p>　　4.4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速仿真</p><p>　　實(shí)例：用Simulink建立三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速仿真模型，觀察整個(gè)調(diào)速過(guò)程，示波器顯示調(diào)速過(guò)程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[8]。</p><p>　

110、　建模：該模型與三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)仿真模型相似，在轉(zhuǎn)子側(cè)使用了一個(gè)三相斷路器控制接入異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子三相繞組的電阻。在0.6S時(shí)，斷路器打開(kāi)，轉(zhuǎn)子有直接短接轉(zhuǎn)換為串入4?的電阻調(diào)速。</p><p>　　仿真模型如圖4-19所示：</p><p>　　圖4-19 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻仿真模型</p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-20所示：</p

111、><p>　　圖4-20 異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻仿真結(jié)果</p><p>　　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(jiàn)，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。</p><p>　　4.4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速仿真</p><p>

112、　　實(shí)例：用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(guò)程，示波器顯示調(diào)壓調(diào)速過(guò)程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[8]。</p><p>　　建模：該模型與三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真模型相似，有兩套不同電壓等級(jí)的交流電壓源分別有兩個(gè)三相斷路器接到定子繞組以實(shí)現(xiàn)調(diào)速。在t=3S時(shí)刻切換兩個(gè)等級(jí)的電壓。其仿真模型如圖4-21所示：</p><p>　　圖4

113、-21 異步電機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速仿真模型</p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-22所示：</p><p>　　圖4-22 異步電機(jī)定子調(diào)壓調(diào)速仿真結(jié)果</p><p>　　結(jié)果分析：在3S時(shí)刻，通過(guò)兩個(gè)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(dá)到調(diào)速的目的；由波形可見(jiàn)，在3S時(shí)刻由于定子電壓降低，轉(zhuǎn)速由1500r/min降為1200r/m

114、in達(dá)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。</p><p>　　4.4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速仿真</p><p>　　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(guò)程，示波器顯示變頻調(diào)速過(guò)程的定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變化曲線[8]。</p><p>　　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

115、相斷路器接到定子繞組以實(shí)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。</p><p>　　仿真模型如圖4-23所示：</p><p>　　圖4-23 異步電機(jī)變頻調(diào)速仿真模型</p><p>　　仿真結(jié)果如圖4-24所示：