异步电动机matlab与Simulink仿真设计.doc
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1、异步电动机matlab与Simulink建模与仿真设计摘 要 本文通过结合Matlab / Simulink中的模块和s函数,建立了鼠笼式异步电动机的模型,并进行了分析。通过改进定子电流和定子磁链的方程式增加了模型的准确性。文中给出了增加负载时定子电流,磁链以及转子速度转矩的仿真结果。仿真结果表明在两相同步静止坐标系下的模型可以更准确的反映运行中电机的实际情况。关键词:Matlab / Simulink 异步电动机 状态方程1 前 言随着电力电子技术与交流电动机的调速和控制理论的迅速发展,使得异步电动机越来越广泛地应用于各个领域的工业生产。异步电动机的仿真运行状况和用计算机来解决异步电动机控制
2、直接转矩和电机故障分析具有重要意义。它能显示理论上的变化,当异步电动机正在运行时,提供了直接理论基础的电机直接转矩控制(DTC),并且准确的分析了电气故障。在过去,通过研究的异步电动机的电机模型建立了三相静止不动的框架。研究了电压、转矩方程在该模型的功能,同相轴之间的定子、转子的线圈的角度。是时间函数、电压、转矩方程是时变方程这些变量都在这个运动模型中。这使得很难建立在两相异步电动机的固定框架相关的数学模型。但是通过坐标变换,建立在两相感应电动机模型框架可以使得固定电压、转矩方程,使数学模型变得简单。在本篇论文中,我们建立的异步电机仿真模型在固定框架两相同步旋转坐标系下,并给出了仿真结果,表明
3、该模型更加准确地反映了运行中的电动机的实际情况。2 异步电动机的数学模型2.1 三相-两相变换矩阵 (1)2.2电压方程矩阵作为转子感应电动机是短路鼠笼式, Ur , Ur =0。电压方程可以得到: (2)根据方程(2)我们可以得出状态方程为:(3)这个方程和电流的定子磁链定向的关系是一样的。 (4) (5)根据公式(4)(5),我们有了异步电动机与定子磁链定向的状态方程和电流作为状态变量: (6) 转矩方程是: (7)速度方程是:(8) 3基于simulink的异步电动机模型它提供了一个异步电动机在电力系统仿真模块(SimPowerSystems 7.0版本)的MATLAB的仿真,使电力系统
4、变得更方便。但也有缺点,因为此感应电机模块的参数不能改变这个模型的数据,如定子电阻和转子电阻。因此该模型不适合使用在出现故障的电动机和需要改变参数的分析仿真过程中。在本课题中,我们利用Simulink仿真模块,以建立一个新的模型,就是为了解决这些问题。3.1 Park 变换为了得到模型在两相同步静止坐标系下异步电动机的固定框架,我们必须先进行改造的三相电压源模型。图3-1 Park变换(9)3.2 转矩和转速模型基于以上方程(7)(8)对异步电动机转矩和转速建立模型。图3-2 磁链和转矩的模型图3-3 异步电机仿真模型3.3 s函数的源程序由于感应电机模型是一个多输入、多输出耦合系统,它将变成
5、一种冗长的工作来解决当前和通量方程直接利用Simulink仿真的基本模块。如有错误的模型参数,就没有仿真的结果可以证明。如果要找出故障的模型,它需要调试每个模块。在本篇论文中,我们使用S-function SIMULINK模块来解决当前和流量方程,它是根据该公式编程(6)来计算。S-function模块作为sfun_currandflux被命名。仿真模型只需要调用这个sfun_currandflux就能解决现有的和通量方程模型,使得调试和验收变得方便。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
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