基于XPC电机启动电流测定方法1.doc

第1章 绪论 利用Simulink进行复杂系统的仿真方法属于纯数字的仿真方法，并未考虑和外部真实世界之间的关系。在很多实际过程中，由于种种因素不可能准确地获得系统的数学模型，所以也就无从建立起Simulink所描述的框图，有时还因为实际模型的复杂性，建立起来的模型也不准确，所以需要将实际的系统模型放置在仿真系统中进行仿真研究。这样的仿真称为“硬件在回路”(hardware-in-the-loop，简称HIL)的仿真，又是实时进行的，所以还称为实时(Real-Time,简称RT)仿真[2]。 本设计中测量异步电机的瞬时起动电流，就应用MATLAB的RTW开发环境下的xPC目标搭建了异步电机起动电流的测试平台，对起动电流进行实时在线测量，并将测量曲线进行实时显示。以下是对与本测试平台有关知识的概述。 1.1课题背景 1.1.1异步电动机概述 异步电机是属于交流旋转电机的一种，所谓的异步是指它的转子旋转转速与定子电流所产生的旋转磁场转速不同，故称异步电机。异步电机的定转子之间没有电的联系，能量转换是靠电磁感应的作用，故也称为感应电机。 异步电机的优点是结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高。缺点是异步电机运行时，从电网吸收滞后性的无功功率，功率因数较低。另外，目前还难以经济地在较宽广的范围内平滑调速，但是，通过将异步电机与电力电子装置相结合，可以构成性能优良的调速系统，其成本在逐渐降低，应用也日益广泛。 异步电机也可作为异步发电机使用。单机使用时，常用于电网尚未达到的地区，又找不到同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合。在异步电动机的电力拖动中，有时利用异步电机回馈制动，即运行在异步发电机状态。 1) 异步电机的结构 三相异步电机主要由固定不动的定子和旋转的转子两部分组成，其结构图如图1-1所示。转子装在定子腔内，定、转子之间有一缝隙，称为气隙。三相异步电动机转子结构有笼型和绕线形两种。 图1-1 三相异步电机结构图 本设计主要应用小型鼠笼型异步电机，因此主要介绍有关笼型电机的内容。电机的定子主要由铁心、绕组和机座三部分组成。定子的铁心的作用是构成磁路的一部分及安放定子绕组。定子绕组的作用是感应电动势，通过电流以实现机电能量转换。机座是用来固定和支撑定子铁心，同时也是主要的通风散热部件。电机转子主要由铁心、绕组和转轴三部分组成。转子绕组的作用是感应电动势，流过电流，产生电磁转矩。根据其结构型式分为笼型绕组和绕线形绕组两种。 2) 异步电动机的分类 异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法。 按定子相数分，有单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机； 按转子结构分，有笼型异步电动机和绕组式异步电动机； 按有无换向器分，无换向器电动机和有换向器电动机； 按防护型式分，有开启式、防护式和封闭式； 按通风冷却方式分，有自冷式、自扇冷式、他扇冷式和管道通风式； 按工作定额，从发热角度可分为连续定额、短时定额和断续周期工作定额三种； 按电机容量的大小可分为大型、中型和小型三种； 此外，根据电机定子绕组上所加的电压大小、又有高压异步电动机、低压异步电动机。从其他角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机和高转速异步电机。 3) 三相笼型异步电机的起动 电动机实际运行中经常会有起动、调速和制动方面的要求。这里主要介绍有关异步电机的起动方面的内容。 异步电动机的起动是指电机从静止状态加速到稳态转速状态的整个过程。标志异步电动机起动性能的两个主要指标是起动电流和起动转矩。对起动性能的要求是：起动电流要小，以尽量减少由起动电流引起的电网上的电压降，而直接影像接在同一电网上的其他电气设备的正常运行；起动转矩要大，大于负载转矩，确保能够起动，并使起动过程加快。但是实际的异步电动机却是最初起动电流较大，而最初起动转矩并不大。一般笼型异步电动机的最初起动电流为5-7倍的额定电流，最初起动转矩为1.5-2倍的额定转矩。 笼型异步电动机有两种起动方法：直接起动(全压起动)和降压起动。直接起动是利用刀闸开关或交流接触器把电动机定子绕组直接接到额定电压的电源上，所以也称为全压起动。其优点是设备简单，操作方便，但缺点是启动电流较大。目前设计的笼型异步电动机，从电机本身来说都允许采用直接起动。不过，过大的起动电流将在输电线路上产生阻抗压降，从而使电网电压降低，影响到接在同一电网上其他电器设备的正常工作；降压启动是在起动时，降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，待电机转速趋向于稳定后，再将定子绕组上电压恢复到正常值。由于起动转矩与外加电压平方成正比，故降压起动在限制起动电流的同时也限制了起动转矩。因此，它只适合于对起动转矩要求不大，而又需限制起动电流的场合。降压起动包括定子回路串电抗