电动机及其计算机仿真 第07章 电动机MATLAB数值仿真

电动机MATLAB数值仿真“第七章电动机及其计算机仿真0

1PARTONE三绕组变压器仿真01三绕组变压器带负载模型的建立变压器额定参数:视在功率为75kVA，额定电压为14400/120/120V。三绕组变压器仿真模型如图7.1所示。变压器接有三个负载，其中负载1和负载2的额定电压均为120V，额定功率为20kW，视在功率为10kvar;负载3的额定电压为240V，额定功率为30kW，视在功率为20kvar。02仿真模块参数设置变压器额定参数的输入对话框如图7.2所示图7.1所示负载1和负载2的额定参数设置对话框如图7.3所示。图7.1所示负载3的额定参数设置对话框如图7.4所示。03仿真结果及分析启动时将负载2切除，目的是使系统处于平衡。这时电流和电压的输出曲线稳定。当负载稳定时，中性线电流为0。由于负载1和负载2的感应无功功率由负载3的容性无功功率补偿，一次侧电流与电压几乎同相，有很小的相位差是由于与变压器无功损耗相关的无功功率。打开两个示波器可以看到，当断路器断开时，由于负载不平衡，中性线的电流不为零。中性线电流曲线如图7.5所有功率和无功功率的变化曲线如图7.6所示断路器打开时，有功功率从70kW降至约50kW。0

2PARTTWO启动仿真01串电阻启动建模直流电动机一般不采用直接启动，因为直接启动会使启动过程中的电流较大。为了减小启动电流，采用定子降压启动或者电枢回路串电阻启动。不同的启动方法影响直流电动机的电磁转矩、暂态过程的时间等。以他励直流电动机为例分析电阻三级限流启动，仿真研究启动过程中的转速、电磁转矩及电枢电流暂态变化。三级限流电阻启动指直接将额定工作电压加到电动机电枢绕组，为了能够在启动过程中始终保持足够大的启动转矩，一般随着转速的增大，将串联在申权回路中的启动电阻R逐级切除,进入稳态后,分别在2.8s、4.8s和6.8s切除三个限流电阻,其启动电流较小,利用MATLAB仿真可以直接观察其启动瞬时的暂态过程

他励直流电动机直接启动仿真模型如图7.7所示模型中的具体参数设置见以下的模块参数对话框。01串电阻启动建模

01串电阻启动建模

01串电阻启动建模

01串电阻启动建模(1)定时器Timer模块参数设置如图7.14所，其中参数表示0s时刻的输出幅值为0,0.5s时刻的输出值为1。(2)IdealSwitch模块参数设置如图7.15所示，采用默认参数设置，当Timer计数器计数0.5s时，Timer的输出信号为1，此时，IdealSwitch开关接收到1，则将电压源E=240V接通到直流电动机电枢端口。02仿真模块参数设置建立好仿真模型后，用鼠标左键双击其中各个模块，就可以对参数进行设置。(3)串联限流电阻模块参数设置如图7.16所示(4)直流电动机(DCMachine)模块参数设置如图7.17所示02仿真模块参数设置(5)仿真参数设置。通过Simulink/ConfigurationParameters下拉式菜单找到相应的仿真参数设置对话框，如图7.18所示。02仿真模块参数设置他励直流电动机限流启动转速随时间变化，仿真结果如图7.19(a)所示，在t=0.5s启动时，他励直流电动机转速在t=7s时接近额定运行转速。03仿真结果及分析他励直流电动机电磁转矩随时间变化曲线如图7.19(b)所示，其变化过程与电电流变化过程相似，因为电磁转矩与电枢电流是成正比变化的一种过程。03仿真结果及分析他励直流电动机电枢电流随时间变化曲线如图7.19(c)所示，在启动时，启动电流瞬间达到很大值，由于有限流电阻，所以启动电流得到很好的限制。03仿真结果及分析0

3PARTTHREE交流电动机基于空间矢量PWM仿真

01感应电动机空间矢量控制模型建立02仿真模块参数设置图7.21所示为电源模块参数设置对话框图7.22所示为速度模块参数设置对话框02仿真模块参数设置图7.23所示为负载转矩参数设置对话框。图7.24所示为感应电动机空间矢量控制电动机参数设置对话框。02仿真模块参数设置图7.25所示为感应电动机空间矢量控制变换器和直流母线参数设置对话框。图7.26所示为感应电动机空间矢量控制器参数设置对话框。02仿真模块参数设置图7.27所示为感应电动机空间矢量控制器算法。图7.28所示为感应电动机空间矢量控制Demux模块结构03仿真结果及分析当t=0s时，速度设定目标值为1000r/min。电动机的转速从0r/min开始增加，当t=0.5s时，满负荷扭矩被施加到电动机转轴上，大约在t=0.6s时，速度达到设定值。当t=1s时，速度设定值变为1500r/min,电磁转矩再次达到设定值，使得在满负荷下，速度上升到1500t/min。转子转速曲线如图7.29所示。03仿真结果及分析在转速和转矩变动的过程中，定子电流也不断变动，在t=1.5s以后，随着转速和转矩的稳定，电动机的定子电流趋于稳定。定子电流曲线如图7.30所示。03仿真结果及分析当电动机转速已经达到1000r/min时，电磁转矩就稳定在11N·m。当t=1s时，速度设定值变为1500r/min，电磁转矩再次达到设定值，实现满负荷运行。当t=1.5s时,机械载荷从11N·m变为-11N·m，这导致电磁转矩很快稳定在-11N·m附近。转矩曲线如图7.31所示。03仿真结果及分析在t=0s时的电动机启动过程和在t=1.5s时的转矩变动过程中，直流母线电压经过短暂的波动，很快进入稳定状态。直流母线电压曲线如图7.32所示。0

4PARTFOUR感应电动机磁场定向控制感应电动机磁场定向控制(Field-OrientedControl，FOC)整体模型如图7.33所示。电动机额定功率为150kW。感应电动机由PWM电压源逆变器供电,逆变器采用通用桥式结构。速度控制环采用PI控制器，由它来产生FOC控制器所需要的磁通和转矩参考值。FOC控制器计算电动机线电流、磁通和转矩参考值，然后采用三相电流调节器把这些电流输入电动机。电动机电流、速度和扭矩信号可以通过输出模块查看。01感应电动机空间矢量控制模型建立02仿真模块参数设置图7.34所示为感应电动机磁场定向控制电源模块参数设置。图7.35所示为感应电动机磁场定向控制速度参数设置。02仿真模块参数设置图7.36所示为感应电动机磁场定向控制负载转矩模块参数设置。图7.37所示为感应电动机磁场定向控制电动机模块参数设置。02仿真模块参数设置图7.38所示为感应电动机磁场定向控制变换器和直流母线模块参数设置。图7.39所示为感应电动机磁场定向控制器模块参数设置。02仿真模块参数设置图7.40所示为感应电动机磁场定向控制算法。图7.41所示为感应电动机磁场定向控制Demux模块结构。03仿真结果及分析图7.42所示为感应电动机磁场定向控制转子转速曲线。可以看出，在时间t=0s时，转子的速度从0r/min开始逐渐增加到设定值500r/min。在t=0.5s时，电动机轴施加满载转矩，电动机转速仍在继续增加。到t=0.8s时，大约达到最终值500r/min。在t=1s时，电动机速度控制目标的预设值为0r/mn。通过控制器发出信号，执行器动作后，可以通过快速的减速过程将电动机的速度精确地调整到0r/min并保持，即转子停转。不久之后，电动机转速稳定在0r/min。03仿真结果及分析图7.43所示为感应电动机磁场定向控制定子电流曲线。在t=1.5s之前，由于转速变换，整个过程电动机的定子电流不断变化；在t=1.5s之后，电动机的电流稳定为正弦变化曲线。03仿真结果及分析图7.44所示为感