电力电子电机控制系统仿真技术洪乃刚第4章节.ppt

第4章变压器和电机模块及其应用 变压器和电动机是拖动控制系统的主要器件，它们的特点是都基于电磁感应原理。 SIMULINK/SimPowerSystem模型库中有多种单相和三相变压器的模型 本章主要介绍常用的一些变压器和电动机模型 4.1变压器模型4.1.1单相变压器模型 单相变压器模型（饱和铁芯） 变压器磁化曲线 磁化电流和磁通标幺值与标准单位的换算关系 4.1.3 三相变压器 三相变压器（3绕组）对话框 4.1.5 变压器模型应用 一台单相变压器原边电压为220V，副边电压为110V，副边连接阻感负载， 仿真观察变压器原边和副边电压电流波形，并测量计算负载的有功功率，无功功率和功率因数。 变压器电路模型 模型参数 原边电压 和电流 有功功率 P=600 W 无功功率 Q=3720 Var 4.2 直流电机模型 4.2.1 直流电机模型结构 Mechanics模块结构 直流电机模型的基本方程 1. 励磁回路电压方程： 例4.2 仿真一台直流并激电动机的起动过程。 电动机参数为： PN = 17 KW UN = 220V ，IN = 89A nN = 3000 r/m, 励磁电压220V， 励磁电流为 1.21A， 电机转动惯量　J = 0.76 kg.m2 ， 测得电枢回路电阻　Ra = 0.087 Ω。 建立直流并激电动机电路仿真模型 　计算电动机参数： 励磁电阻Rf = Uf / If = 220/1.21=181.5Ω, 励磁电感Lf在恒定磁场控制时可取“0”。 电枢电阻Ra=0.087Ω 电枢电感估算，电枢绕组和励磁绕组的互感 Laf 转速 稳定在 在上题中直流电动机改为它激，用电阻起动器限制起动电流在200～100A之间，通过仿真设计选择起动电阻和切换时间。 步骤2：将step模块2和3的阶跃信号发生时间设为“0”，即R2、R3在起动时就短接；step1的信号发生时间设长一些（如20秒），使R1接入电枢回路，并初选R1′ 设R1＝R1′＝1Ω， 启动仿真 计算R1和预选R2ˊ 步骤3：重新设R1和R2（R2＝R2ˊ） 计算R2和R3。 步骤4：重新设定R2和R3,设step2的信号发生时间6秒 . 设step3的信号发生时间为8秒，切除R3.转速升到3000r/m，在整个起动过程中电流都限制在规定的范围内，起动器的电阻和切换时间设计完毕。 4.3 交流异步电机模型 4.3.1 三相异步交流电动机模型 三相电压/二相电压的变换， 二 二相坐标系上的异步电机方程 电压方程 三 模型参数 测量模块 仿真一台7.5KW笼型异步电动机空载起动和加载情况下的工作过程。 异步电动机特性研究模型参数表4.7 仿真波形 在起动中随转速上升电流减小，在0.5秒加载后电流迅速增大，定子电流为50HZ的正弦波。起动时随转速上升转子电流频率下降，当电机达到理想空载转速1500r/m时，转子电流的大小和频率都接近为0， 起动中交流电机的转矩有较大波动，0.3秒时电机的空载转矩基本为0。0.5秒加载后，电机转矩上升，0.6秒后电机转矩稳定在70N.m与负载转矩相平衡。 电机动态机械特性，其中A点是电动机空载转速达到同步转速时的工作点，加载后工作点从A移向B，B点对应电动机负载转矩是电机的工作点 小 结 SIMULINK模型库中包含了各种变压器和电动机模型，使用这些模型可以使系统的仿真更接近实际工况。本章介绍了各种变压器和电动机模块的特性和参数，并以举例介绍了模块的使用。变压器和电动机的参数，如绕组电阻和电感是较难确定的，在举例中介绍了根据直流电动机铭牌参数计算模型参数的方法，模型也提供了一些电机型号和参数供参考，方便了读者使用。 起动时电机转速迅速上升，在0.2秒后达到空载转速1500r/m, 在0.5秒时电机加上了负载70 N.m，电机转速下降转差变大， 稳定后转速为1300 r/m左右。 电动机磁场的建立过程，起动时定子磁链从0开始建立，然后不断增大并旋转，在正弦电压下电机达到稳定转速后定子磁链的轨迹是一个圆， 转子磁链(图4.28b)与定子磁链有一样的建立过程。 尚辅网 / 标幺值（pu） Rm phi0 磁阻和剩磁通 (线性变压器没有) 标幺值（pu） 磁化电流i1、磁通phi （i1　phi1; i2 phi2;…） 饱和特性 (线性变压器没有) 标幺值（pu） 电阻R3漏感L3 有效