发布于：2007/6/15 8:55:52 | 1888 次阅读
摘 要 利用MATLAB软件中的动态仿真工具SIMULINK，构建了异步电机的仿真模型，并通过实验验证了所建电机模型的可行性、与实用性。
关键词 异步电机 建模 仿真 MATLAB／SIMULINK
1 引言
随着电力电子技术的飞速进步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数学模型
异步电机的数学建模方法是将三相电机转换成两相电机，按两相电机建模。
2．1 电压矩阵方程
异步电机在两相静止坐标系中的电压矩阵方程为
式中，uα1，uβ1分别是异步电机在α、β轴上定子电压分量；uα2，uβ2分别是异步电机在α、β轴上转子电压分量；iα1，iβ1分别是异步电机在α、β轴上定子电流分量；iα2，iβ2分别是异步电机在α、β轴上转子电流分量；R1、R2分别为定、转子电阻；L1、L2分别为定、转子电感；Lm为互感；s为微分算子；ω为转子角速度特别地，对于笼型电机转子侧电压为零。
2．2 三相－二相变换
三相对称静止绕组，通以三相平衡的正弦电流，产生合成磁动势，以同步转速旋转，则此三相称为三相静止坐标系。两相静止绕组，它们在空间互差90度电角度，且通入时间上互差90度的两相电流，也产生与上相同的磁动势，则把此两相称为两相静止坐标系。若它们的磁动势空间位置一致、幅值和转速相等，故可认为这两种坐标系等效。
三相－两相的转换矩阵如下：
2．3 转矩和运动方程
转矩方程式为：
式中pn为电机的极对数；J为电机的转动惯量；Tl为负载转矩。
3 异步电机模型
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。
本文采用借助S－函数来实现电机异步仿真。我们在程序中用到的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。
转换后的状态方程如下：
下面分别给出用MATLAB／SIMULINK中模块的构造组合以及用S－function编写的部分程序，此程序在函数acmotor＿demo（t，x，u，flag）中。
3．1 S－function函数的模块组合
通过Mux模块合并为一个矢量，经过acmotor＿demo．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，iα2和iβ2。
3．2 S－function函数程序
4 电机仿真实验
电机模型进行仿真，电机参数为：额定电压：90V；额定电流：4．2 A；额定转速：1760 r／min；额定频率：60 Hz；额定转矩：3．316 Nm；电机极对数：2；转动惯量J：0．00047 kgm2；转子电感L2：0．08377H；转子电阻R2：1．03Ω；定子电感L1：0．0805 H；定子电阻R1：1．2Ω；定、转子互感Lm：0．0777 H。
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、电流等的变化。仿真图如图2：
4．1 空载起动仿真
进行全压理想空载起动，即令负载转矩为零。图3为理想空载起动仿真结果。由图3可以看出电机的空载起动过程约为0．2秒。因为负载转矩为零，故电机转速可很快上升且能达到同步转速（1800 rpm）。曲线响应快且稳态性能较好。
4．2 带载仿真
在起动后0．4秒时加上2Nm的负载，观察电机在加上负载后的响应。图4为电机加上负载后响应曲线。
由图4可以看出，空载起动后由于电机在0．4秒时加上了负载，此时电机转速开始逐渐下降。在经过了大约0．1秒后，电机的转速又趋于稳定，且稳定性能较好。
通过这两次不同的仿真，我们不难看出用MATLAB／SIMULINK进行电机仿真方便简单、高效直观，特别适合与对复杂系统的建模与分析。
5 结束语
本文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的数学模型的建立，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、并进行高效成功的设计打下良好的基础。
参考文献
1 陈伯时，陈敏逊．交流调速系统．北京：机械工业出版社，1988
2 张志涌．精通MATLAB．北京：北京航空航天大学出版社，2000
3 薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB／SIMULINK的统仿真技术与应用．北京：清华大学出版社，2002
TME-TransferMultisortElektronikSp.zo.o. 深圳特美意电子贸易有限公司 是波兰TransferMultisortElektronikSp.zo.o.公司在中国设立的子公司。 2018年在深圳成立，是TME公司在亚洲的第一个子公司，主要负责TME在中国大陆、中国香港和中国台湾市场的业务及市场拓展。 TME波兰总公司始创于1989年 初是两兄弟开设的电
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