感應電機仿真與建模(一)

摘要

本文通過利用MATLAB軟件對感應電機的運行狀態進行了仿真，建立感應電機仿真模型。首先建立感應電機的動態數學模型。先將感應電機轉子等效成三相繞線轉子，折算到定子側，折算后的定子和轉子繞組匝數都相等。這樣感應電機繞組就等效成三相感應電機的物理模型。再對此模型進行三相-兩相，靜止兩相-旋轉正交變換，使得變換產生的磁動勢相等。從而達到對感應電機的數學模型的建立。通過使用MATLAB/SIMULINK基本模塊建立感應電機仿真模型，對感應電動機的機械特性，啟動特性曲線，調速制動特性等相關特性進行分析，并改進了感應電機的運行效率和降低電機損耗。從而達到使用簡單，便捷的仿真方法MATLAB/SIMULINK得到的仿真結果與實際仿真結果一致。因此說明MATLAB/SIMULINK是一種理想的感應電機的仿真研究方法。

關鍵詞　仿真；建模；數學模型；MATLAB；變換； 

目錄

摘要 3

第1章 3

1.1 4

1.2 4

第2章 感應電動機的概述 5

2.1 5

2.2 5

2.3感應動電機的基本工作原理 5

2.4 三相感應電動機的運行特性 6

第3章三相感應電動機的數學模型 8

3.1 8

3.2 10

3.2.1 10

3.2.2三相-兩相變換（3/2變換） 10

3.2.3靜止兩相-旋轉正交變換（2s/2r變換） 12

3.3狀態方程 12

3.4坐標變換 15

3.4.1 3/2 變換 15

3.4.2總體仿真原理圖 15

第4章 17

4.1 17

4.1.1 18

4.2 18

4.3 18

4.4.1模型設計 20

4.4.2參數和程序 21

4.4.3仿真結果 21

第5章感應電機調速特性仿真 23

5.1 23

5.1.1 23

5.1.2基頻以下變頻調速 23

5.1.3 27

5.2調壓調速 29

第6章結論與總結 32

33

34

第1章緒論

1.1研究背景與目的

隨著電動機產業的發展，目前國際上電動機的發展趨勢為：一、大力推廣高效率電動機；國內外先后運用法律法規來推廣高效率電動機的生產和發展。美國能源部、歐洲電機和電力電子制造協會（cemep），中國分別于1992年，1997年，2002年提出新能源法規，制定eff1、eff2、eff3效率標準，實施相關電機的能效限定值及節能評定值，來消減低效率，能耗大的電機生產。二、對變頻器供電的三相感應電動機的研發與應用。隨著變頻器種類的繁榮發展，和對高壓電動機變頻調速技術的研究。變頻器供電的三相感應電動機的研發與應用在各個國家得到廣泛的發展。國際上隨著變頻調速技術的發展，輸出電壓可達到14.4kv，采用水冷技術，變頻器驅動的電動機容量可達15000kw。而我國高壓電動機多為6kv和10kv等級，因受到電力電子器件耐壓限制，尚難以實現該等級變頻器的直接高壓輸出。一般采用空冷技術，變頻器驅動的電動機功率在3500kw以下。

目前國際上流行的數值計算型應用軟件MATLAB對大量數據具有較強的管理、計算和可視化能力，運行效率高，并將計算、可視化和編程結合。所以通常利用MATLAB進行感應電機運行狀態仿真，建立電機仿真模型。首先需要建立感應電機的動態數學模型。感應電機的動態數學模型是一個高階，非線性，強耦合的多變量系統。所以在研究感應電動機的多變量非線性數學模型時，常作如下的假設：（1）忽略空間諧波，設三相繞組對稱，在空間互差120°電角度，所產生的磁動勢沿氣隙周圍按正弦規律分布。（2）忽略磁路飽和，各繞組的自感和互感都是恒定的。（3）忽略鐵心損耗。（4）不考慮頻率變化和溫度變化對繞組電阻的影響。將電機轉子等效成三相繞線轉子，并折算到定子側，折算后的定子和轉子繞組匝數都相等。這樣，實際電機繞組就等效成三相感應電機的物理模型。

通過對感應電機建立數學模型，使用MATLAB/SIMULINK基本模塊建立感應電機仿真模型，研究感應電動機的機械特性曲線，啟動特性曲線，調速制動特性等進行相關的分析，提出改進感應電機的運行效率，降低損耗。達到仿真結果與實務仿真一致，并且使用方法簡單，縮短仿真時間。

1.2國內外研究