基于LabVIEW的三相异步电动机动态过程仿真精.docx

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基于LabVIEW的三相异步电动机动态过程仿真精

󰀁第33卷第8期󰀁2010年8月

自然科学版）

JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY

合肥工业大学学报（

Vol.33No.8󰀁Aug.2010󰀁

Doi:

10.3969/j.issn.1003󰀁5060.2010.08.014

基于LabVIEW的三相异步电动机动态过程仿真

程良燕

（合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥󰀁230009）

摘󰀁要:

文章利用三相异步电动机在二相静止坐标系󰀁、󰀂下的数学模型,建立了基于LabVIEW的三相异步电动机的动态仿真模型,并进行了实例仿真。

仿真结果表明,采用该动态模型可以客观、准确、方便地获得三相异步电动机的各项性能指标,可用于对三相异步电动机的各项研究中。

关键词:

三相异步电动机;动态模型;计算机仿真

中图分类号:

TP273󰀂4󰀁󰀁󰀁文献标志码:

A󰀁󰀁󰀁文章编号:

1003󰀁5060（2010）08󰀁1179󰀁03

Dynamicprocesssimulationofthree󰀁phase

asynchronousmotorbasedonLabVIEW

CHENGLiang󰀁yan

（SchoolofElectricEngineeringandAutomation,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China）

Abstract:

Thedynamicsimulationmodelofthree󰀁phaseasynchronousmotorisestablishedonthebasisofLabVIEWbythestaticcoordinatesystemwithtwophases󰀁and󰀂.Simulationofanexampleisalsoconducted.Simulationresultsshowthattheperformanceindexesofthree󰀁phaseasynchronousmotorcanbeobtainedobjectively,accuratelyandeasilybythedynamicmodel,whichcanbeusedinvariousstudiesofthree󰀁phaseasynchronousmotor.

Keywords:

three󰀁phaseasynchronousmotor;dynamicmodel;computersimulation󰀁󰀁三相异步电动机是一个高阶次、非线性、强耦合的多变量系统,近年来,许多文献都利用Mat󰀁lab中的Simulink已有运算模块或S函数或状态空间模块或ODE工具组来对异步电动机进行仿真研究[1-4]。

本文根据三相异步电动机的微分方程进行拉氏变换,利用LabVIEW中的传递函数VI（虚拟仪器）对三相异步电动机动态模型进行仿真研究。

仿真结果与三相异步电动机的实际运行情况相符。

PLmi󰀁Lmi󰀂1+（R2+PL2）i󰀁L2i󰀂2=01+2+PLmi󰀂1-Lmi󰀁1+（R2+PL2）i󰀂2-L2i󰀁2=0

（3）（4）

电机转子磁链与电流的关系为:

!

󰀁2=L2i󰀁2+Lmi󰀁1!

󰀂2=L2i󰀂2+Lmi󰀂1

电机的电磁转矩为:

Te=NP

运动方程为:

Te-Tl=

NPdt

（7）

Lm

（i󰀂1!

󰀁2-i󰀁1!

󰀂2）L2

（6）（5）

1󰀁异步电动机数学模型

根据交流电机理论[5],三相鼠笼式异步电动机在静止两相坐标系上的电压方程为:

u󰀁1=（R1+PL1）i󰀁1+PLmi󰀁2u󰀂1=（R1+PL1）i󰀂1+PLmi󰀂2

󰀁󰀁

（1）

（2）

󰀁󰀁将

（1）~（7）式进行拉氏变换,推导可得:

i󰀁1（s）=G1（s）[u󰀁1（s）+A!

󰀁2（s）+B（s）!

󰀂2（s）]

（8）

i󰀂1（s）=G1（s）[u󰀂1（s）+A!

󰀂2（s）-B（s）!

󰀁2（s）]（9）

收稿日期:

2009󰀁07󰀁27;修回日期:

2009󰀁10󰀁22

作者简介:

程良燕（1984-）,女,安徽怀宁人,合肥工业大学硕士生.

1180

!

󰀁2（s）=G2（s）[-（s）!

󰀂2（s）+

󰀁󰀁󰀁

合肥工业大学学报（自然科学版）

（10）（11）（12）（13）

第33卷󰀁

LR2

i（s）]L2󰀁1

在仿真时,只要在前面板中输入三相异步电动机相应的实际参数,并对仿真参数进行设置,通过仿真运行,便可在前面板的虚拟示波器中观察仿真结果。

LmR2

!

󰀂2（s）=G2（s）[（s）!

󰀁i（s）]2（s）+L2󰀂1Te（s）=NP

Lm

[i󰀂1（s）!

󰀁2（s）-i󰀁1（s）!

󰀂2（s）L2

P

（s）=[Te（s）-Tl（s）]

sJ

3󰀁实例仿真

选用的异步电动机技术参数为:

R1=4󰀂5#,R2=2󰀂5#;L1=0󰀂545H,L2=0󰀂542H,Lm=0󰀂51H,J=0󰀂025kg󰀂m;NP=2;三相交流电源模块输出幅值为311V、互差为120的正弦电压uA、uB及uC。

仿真初始时间为0s,结束时间为1s,仿真步长为0󰀂001s。

（1）电动机空载起动和运行特性曲线,

如图2、图3所示。

其中,R1、R2为定、转子电阻;L1、L2为定、转子自

1、感;Lm为定、转子间互感;u󰀁u󰀂1为󰀁、󰀂轴定子电

压;i󰀁1、i󰀂1为󰀁、󰀂轴定子电流;i󰀁2、i󰀂2为󰀁、󰀂轴转子电

流;!

󰀁2、!

󰀂2为󰀁、󰀂轴转子磁链;NP为电机极对数;为电机转子的电气角速度;Te、Tl为电磁转矩及

2负载转矩;J为电机转动惯量;R=R1+L2mR2/L2;2L∀=L1-L2m/L2;A=LmR2/L2;B=Lm/L2;G1（s）=

（R+L∀s）

-1

;G2（s）=（R2/L2+s）

-1

。

2󰀁异步电动机的LabVIEW仿真模型

（1）仿真模型主VI。

在LabVIEW的控制设计与仿真选板中选择Simulation子选板下的仿真循环,以u󰀁1、u󰀂1、NP、R1、R2、L1、L2、Lm、J及Tl为输入量,以i󰀁1、i󰀂1、i󰀁2、i󰀂2、及Te为输出量,利用TransferFunctionVI、IntegratorVI及相关信号运算函数[6],在仿真循环中按照（8）~（13）式建立变量间关系,从而建立电动机的仿真模型。

（2）仿真模型子VI。

在主程序中调用2个自定义子VI实现坐标变换,它们互为反变换[7]。

3s/2s子VI把电源VI生成的三相交流电压变换到两相静止坐标系下。

于是将三相静止坐标系下的三相交流电压uA、uB、uC转换到两相静止坐标系

1、上的两相电压u󰀁u󰀂1,转换矩阵形式为:

uA1--22u󰀁1

=uB。

3u󰀂1

0-uC

22

[8,9]

图2󰀁空载时电动机电磁转矩与机械转速

󰀁󰀁（3）仿真模型前面板。

仿真模型VI的前面

板如图1所示。

从图2可以看出,电动机输出转矩在空载启动初始阶段发生振荡。

在0󰀂49s转矩达到最大值13󰀂744N󰀂m后开始下降,0󰀂56s时,转矩为0,此时电动机机械转速达到最大值1500r/min。

图3表明:

定子A相电流在0󰀂49s后幅值趋于稳定值1󰀂8A,而转子A相电流趋于0。

（2）电动机空载起动、负载运行有关特性曲线,如图4、图5所示。

图4、图5给出了电动机空载起动后,0󰀂5s时负载由0突加到10N󰀂m,0󰀂8s时负载由10N󰀂m突减到5N󰀂m,电动机

󰀁

󰀁第8期程良燕:

基于LabVIEW的三相异步电动机动态过程仿真1181

图5󰀁负载时电动机定、转子A相电流

图3󰀁空载时电动机定、转子A相电流4󰀁结束语

本文分析了三相异步电动机动态系统的数学

模型,介绍了在LabVIEW环境中建立三相异步

电动机动态模型的过程,并以实际电动机为例,验

证了所建模型的有效性。

该模型的动态性能较

好,并可以调节仿真步长,从而提高仿真的精度。

[参󰀁考󰀁文󰀁献]

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8-10.由图4可看出,电动机输出电磁转矩达到其最大值后与负载转矩相等;在0󰀂8s时,由于负载的减小,电动机机械转速从1445r/min增加到1475r/min,以上变化均有滞后现象。

图5所示表明,定、

转子电流随负载的变化成比例地变化。

图4󰀁

负载时电动机电磁转矩和机械转速

（）