万秀林组 基于SIMULINK的异步电机模型推导和仿真.docx

万秀林组 基于SIMULINK的异步电机模型推导和仿真.docx

《万秀林组 基于SIMULINK的异步电机模型推导和仿真.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《万秀林组 基于SIMULINK的异步电机模型推导和仿真.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

万秀林组基于SIMULINK的异步电机模型推导和仿真

基于SIMULINK的异步电机模型推导和仿真

摘要：

利用MATLAB对异步电机的3-2变换，2s-2r变换进行矩阵计算，得到异步电机转变后的电机模型，再利用SIMULINK工具对此模型进行仿真，验证推导的异步电机模型的可行性。

关键词：

异步电机；推导；建模；仿真；MATLAB

1引言

随着电力电子技术的飞速发展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的数学模型

异步电机的数学建模方法是将三相电机转换差90°,且通入时间上互差90°的两相电流,也产生上述磁动势,则把此两相称为两相静止坐标系。

由于它们的磁动势和转速相等,故可认为这两种坐标系等效。

三相-两相的转换矩阵如下:

3-2转换矩阵如下：

转矩方程式和运动方程式：

3异步电机模型和推导

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。

本文借助S-函数实现电机异步仿真。

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。

异步电机模型的推导

4S-function函数的模块组合

通过Mux模块合并为一个矢量,经过sfuntemple1.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和iα2、iβ2

SIMULINK仿真结构图

S-function函数程序

function[sys,x0,str,ts]=sfuntmpl1（t,x,u,flag,r1,r2,l1,l2,lm,k1,k2）

case0,

[sys,x0,str,ts]=mdlInitializeSizes;

case1,

sys=mdlDerivatives（t,x,u,r1,r2,l1,l2,lm,k1,k2）;

case2,

sys=mdlUpdate（t,x,u）;

case3,

sys=mdlOutputs（t,x,u）;

case9,

sys=mdlTerminate（t,x,u）;

otherwise

DAStudio.error（'Simulink:

blocks:

unhandledFlag',num2str（flag））;

end

functionsys=mdlDerivatives（t,x,u,r1,r2,l1,l2,lm,k1,k2）

sys=[-k1*r1,k1*lm*lm*u（3）/l2,k1*lm*r2/l2,...

k1*lm*u（3）;-k1*u（3）*lm*lm/l2,-k1*r1,...

-k1*lm*u（3）,k1*lm*r2/l2;-k2*r1,k2*l1*u（3）...

k2*l1*r2/lm,k2*l1*l2*u（3）/lm;-k2*l1*u（3）,...

-k2*r1,-k2*l1*l2*u（3）/lm,k2*l1*r2/lm]*x...

+[k1*u

（1）;k1*u

（2）;k2*u

（1）;k2*u

（2）];

functionsys=mdlUpdate（t,x,u）

sys=[];

functionsys=mdlOutputs（t,x,u）

sys=x;

参数设置

4电机仿真实验

电机模型进行仿真,电机参数:

额定电压为90V;额定电流为4.2A;额定转速为1660r/min;额定频率为60Hz;额定转矩为3.316N·m;电机极对数为2;转动惯量J为0.00047kgm;转子电感L2为0.08377H;转子电阻R2为1.03Ω;定子电感L1为0.0805H;定子电阻R1为1.2Ω;定、转子互感Lm为0.0777H。

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、电流等变化。

空载起动仿真

进行全压理想空载起动,即令负载转矩为零。

如下图所示为理想空载起动仿真结果。

可以看出在理想空载过程中，转速超调比较大，在0.4秒过后基本稳定，主要原因在于这只是个开环系统，动态静态指标必然不会很理想。

5结束语

系统而简略的介绍了用MATLAB/SIMULINK进行电机的模拟仿真,介绍了异步电机矢量变换控制系统数学模型的建立。

结合实例介绍了MATLAB/SIMULINK建模的过程,并对异步电机模型进行了有层次的仿真,这对研究交流调速系统提供了有力的支持。

利用MATLAB/SIMULINK建立异步电机模型,模型直观,不用编程,易于使用,为以后验证设计思想、进行高效成功的设计打下了良好的基础。

在进行此次仿真过程中，我们小组对异步电机的两个转换关系进行了数学上的推导，进一步明白了转换的过程和对应的物理意义，在应用SIMULINK的过程中，主要对S函数的编写修改有了亲身的体会认识，在参数设置和调整过程中，尝试了N多种数值，最后找到了比较理想的参数。

在这次简单的建模仿真作业中，遇到的问题远远比想象中的要多，让我们深切感受到了实际过程的严谨复杂，在S函数修改、参数调整之后，示波器波形一直往负方向，然后我们排查每一个环节，最后查出来居然是输入信号的相序原因……还有种种的问题种种的偏差，都在一个个解决之后，终于比较满意地完成了这次建模仿真。

虽然我们小组的问题结构上比较简单，只是用数学模型代替交流电机进行一下开环仿真，但是其中的理论知识、SIMULINK功能的应用，还是很广泛的。

经过这次作业，最大的收获是对异步电机的数学模型来源，S函数的编写修改有了实际的操作。