三相异步电机变压器起动仿真.doc

《计算机仿真及应用B》答卷 学 号： 姓 名： 班 级： 任课老师： 三相异步电机变压器起动仿真模型 引言 MatLab软件作为教学、科研和工程设计的重要仿真工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电气自动化领域的诸多问题，实现曲线拟合、插值、微分方程求解等数值计算，M文件编写、脚本文件编写等程序设计，Simulink交互式动态仿真等。本文仅以三相异步电动机为例，建立串变压器起动的Simulink模型并分析其起动性能 问题分析 在变压器起动中，通常串接的使自耦变压器，开始起动时，变压器输出电压最小，随着启动过程的进行，输出电压逐渐增加，直到最后完全输出额定电压。起动时在变压器上降掉一部分电压，则定子绕组上的电压就相应地降低，起动电流相应地减小，具有起动电流冲击小、运行可靠的优点，适合于不需要大的起动转矩、且需限制起动电流的场合，如泵、通风机等电力拖动系统 2.三相异步电机的工作原理 三相异步电机的工作原理图 当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。 当导体在磁场内切割磁力线时，在导体内产生感应电流，“感应电机”的名称由此而来。感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。 我们让闭合线圈ABCD在磁场B内围绕轴xy旋转。如果沿顺时针方向转动磁场，闭合线圈经受可变磁通量，产生感应电动势，该电动势会产生感应电流(法拉第定律)。根据楞次定律，电流的方向为:感应电流产生的效果总是要阻碍引起感应电流的原因。因此，每个导体承受相对于感应磁场的运动方向相反的洛仑兹力F。 确定每个导体力F方向的一个简单的方法是采用右手三手指定则(磁场对电流作用将拇指置于感应磁场的方向，食指为力的方向。将中指置于感应电流的方向。这样一来，闭合线圈承受一定的转矩，从而沿与感应子磁场相同方向旋转，该磁场称为旋转磁场。闭合线圈旋转所产生的电动转矩平衡了负载转矩。 3异步电动机数学模型 （1）定子方程为： （2）转子方程为： 式中α、β , 分别代表α 轴，β 轴；下标1，2分别代表定子和转子；ω 代表转子相对于α 轴，β 轴的旋转电角速度；u ,i , ψ分别代表电压、电流、磁链； , 分别代表定、转子电阻。 （3）电磁转矩方程为： （4）运动方程为： 4.SIMULINK仿真模型 使用Simulink建立三相异步电机的直接起动仿真模型，测取三相异步电机直接起动过程中的转速、电磁转矩和电枢电流的变化规律。其仿真模型包括三相异步电动机模块（Asynchronous Machine SI Units）、电源模块（Power source）、变压器模块（Three-PhaseTransformer）、断路器模块（breaker）和测量模块（Machine measurements Demux）等。 由此建立的仿真模型如下图所示 由于在SIMULINK仿真模型运行过程中，变压器的参数不能人工动态的改变，因此在设计此仿真模型时，通过开关来控制变压器的输出。为简单计算，变压器的输出只改变一次，即在供电主电路中设置两组开关，一组串联在变压器三相输出和异步电机的定子三相绕组之间，一组并联在变压器输入/输出之间。启动初期，串联开关闭合，并联开关断开，则变压器工作，输出低电压到电机。启动到一定程度串联开关断开，并联开关闭和，则变压器停止工作，电源电压直接输出到电机。两组开关的参数设置如下图所示。 电动机模块参数设置 测量模块参数设置 变压器模块参数设置 3．仿真结果 运行上述仿真模型，可以得到启动过程中电机的转矩、电流、转速变化规律的曲线，如图所示 转 子 电 流 定 子 电 流 转 速 转 矩 5．小结 利用Matalab软件的Simulink功能建立的异步电动机通用动态仿真模型，具有直观、方便、灵活的特点。充分发挥了Matalab的强大矩阵运算功能及绘图方便和直观生成模型的优势，使得仿真运算更加方便、快捷，提高了效率和精度。 通过异步电动机起动过程的实例仿真结果，充分证实了动态仿真模型的正确性而且在仿真时可以随便改变仿真参数，并用Scope随时地观察仿真波形，使得仿真更加具有实时性、直观性。