基于LabVIEW的三相异步电动机动态过程仿真精.docx

1、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󰀁、b

2、3042;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󰀁03Dynamicprocesssimulationofthree&#

3、983041;phaseasynchronousmotorbasedonLabVIEWCHENGLiang󰀁yan(SchoolofElectricEngineeringandAutomation,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Thedynamicsimulationmodelofthree󰀁phaseasynchronousmotorisestablishedonthebasisofLabVIEWbythestaticcoordinatesystemwithtwophases

4、83041;and󰀂.Simulationofanexampleisalsoconducted.Simulationresultsshowthattheperformanceindexesofthree󰀁phaseasynchronousmotorcanbeobtainedobjectively,accuratelyandeasilybythedynamicmodel,whichcanbeusedinvariousstudiesofthree󰀁phaseasynchronousmotor.Keywords:three󰀁phasea

5、synchronousmotor;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♦

6、41;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

7、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!

8、83042;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󰀁LR2i(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

9、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)=NPLmi󰀂1(s)!󰀁2(s)-i󰀁1(s)!󰀂2(s)L2P(s)=Te(s)-Tl(s)sJ3󰀁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=0𘀀

10、2;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󰀁、&

11、#983042;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+Ls)-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、R

12、2、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

13、,转换矩阵形式为:uA1-22u󰀁1=uB。3u󰀂10-uC228,9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

14、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

15、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1󰀁刘󰀁艳,绍󰀁斌.感应电机广义模型的建立及仿真研究J.系统仿真报,2004,16(9):2052-2055.2󰀁耿大勇,王凤翔.MATLAB用于电动机特性仿真中应注意的问题J.辽宁工学院学报,2001,21(2):29-31.3󰀁顾德英,季正东,张󰀁平.基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真J.电力系统及其自动化学报,200

16、3,15(2):71-73.4󰀁王󰀁锋,姜建国,颜天佑.基于Matlab的异步电动机建模方法的研究J.系统仿真学报,2006,18(7):1733-1735.5󰀁陈伯时.电力拖动自动控制系统M.第2版.北京:机械工业出版社,2000:7.6󰀁吴东成,孙野秋,盛󰀁科.LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用M.北京:人民邮电出版社,2008:18-28.7󰀁罗振中,朱建林,谭平安,等.基于Sinmulink基本元件的鼠笼式异步电机仿真研究J.湘潭大学自然科学学报,2004,26(2):85-87.8󰀁张建华,杨󰀁鹏,史旺旺.三相异步电动机起动过程仿真分析J.中小型电机,2002,29(6):10-13.9󰀁贺超英,黄美成.基于MATLAB/SIMULINK鼠笼异步电动机仿真J.微电机,2004,37(6):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()