MATLAB与交直流调速系统仿真

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1、MATLAB应用技术清华大学出版社王忠礼段慧达高玉峰编著4.MATLAB在电机学中应用4.1直流电动机模型4.2.1直流电动机介绍直流电动机是一种将直流电能转换成机械能的装置。优点：启动转矩大，调速范围宽，在轧钢机、电力机车的等方面有一定的应用。缺点：由于其带有机械换向器，比交流电动机结构复杂，生产运行成本较高，逐步被交流电动机所取缔。直流电动机模型F＋和F-：直流电动机励磁电路控制端子，分别连接励磁电源的正极与负极；A＋和A-：直流电动机电枢回路控制端，与电机电枢绕组相连；TL：直流电动机的负载转矩信号输入端；m：直流电动机测量信号的输出端，包括转速ω(rad/s)，电枢电流

2、Ia（A），励磁电流If（A），电磁转矩Te（N·m）。直流电动机的参数设置电枢电阻和电感励磁回路电阻和电感电枢与励磁回路互感电机转动惯量粘滞摩擦系数静摩擦转矩初始速度例1.直流电动机直接起动直流电动机直接起动时，起动电流很大，可达额定电流的10~20倍，由此产生很大的冲击转矩，在实际运行中不允许直流电动机直接起动。使用Simulink对直流电动机的起动过程建立仿真模型，通过仿真获得直接起动电流的过程和电磁转矩的过程。使用模块直流电动机(DC-Motor)（2）直流电压源（E、Ef）模块取自SimPowerSystems工具箱中的ElectricalSources库里的DCvo

3、ltagesource模块。直流电压E为直流电机的电枢回路电压，直流电压Ef直流电机的励磁电压，二者参数（Amplitude）设置为240。2.仿真参数设置3.仿真结果图电机转速波形图电机电枢电流波形图电磁转矩波形从仿真结果可以分析：转速能够在较短的时间内达到稳定，但起动电流冲击很大，同时电磁转矩的冲击也很大。例2.直流电动机分级起动由于直流电动机直接起动电流过大，为了限制起动电流，通常在电源和电动机之间加上起动变阻箱。起动变阻箱由三个电阻组成，在每个电阻两端并联一个理想开关，通过设置开关不同的导通时间，来切除电阻。起动瞬间，三个开关全部断开，此时电阻全部接入。一定时间后，第一

4、个开关导通，相应地第一个电阻被切除。依此类推，达到限制电流和保证电磁转矩的目的。（1）断路器（Breaker）断路器取自SimPowerSystems工具箱中的Elements库里的Breaker模块使用模块（2）调速电阻调速电阻选自SimPowerSystems工具箱中的Elements库里的seriesRLCbranch模块。（3）断路器控制信号（Step）断路器通断控制采用阶跃信号与模块的控制端连接实现。2.仿真结果图电机转速波形图电机电枢电流波形图电磁转矩波形起动电阻的阻值要根据电动机的参数和起动具体要求进行选择，阻值过大会延长起动时间，而阻值过小又起不到限流作用。4.

5、2异步电机模型异步电动机模型:标幺制和国际单位制其电气连接和功能分别为：A、B、C：交流电机的定子电压输入/输出端子，可直接连接三相电压；Tm：电机负载输入端子，一般是加到电机轴上的机械负载；Tm>0，为电动机；Tm<0，为发电机。a、b、c：绕线式转子输出电压端子，一般短接在一起或者连接到其它附加电路中，而鼠笼式电机无此输出端子；m：电机信号输出端子，一般接电机测试信号分配器观测电机内部信号，或引出反馈信号。转子类型列表框，分别可以将电机设置为绕线式（Wound）和鼠笼式（Squirrel－cage）两种类型参考坐标列表框，可以选择转子坐标系（Rotor）、静止坐标系（Sta

6、tionary）、同步旋转坐标系（Synchronous）额定功率，线电压，频率定子电阻和漏感转子电阻和漏感互感转动惯量，摩擦系数和极对数初始条件：初始转差，电角度，定子电流幅值和相角电机测试信号分配器电机测试信号分配器参数设置例3.一台三相四极鼠笼型转子异步电动机，额定功率Pn=10kw,额定电压u1n=380v，额定转速n=1455r/min,额定频率50Hz，已知定子每相电阻为0.458欧姆，漏抗0.81欧姆，转子每相电阻0.349欧姆，漏抗1.467欧姆，励磁电抗27.53欧姆，求空载运行状态下的定子电流、转速和电磁力矩，当t=0.2s，负载力矩增大到100，求变化后的

7、定子电流、转速和电磁力矩。1.使用模块（1）三相电压源：SimPowerSystems>>ElectricalSources>>ThreePhaseSource（2）三相变压器：SimPowerSystems>>Elements>>ThreePhaseTransformer(Twowindings)（3）三相电压、电流测量元件：SimPowerSystems>>Measurements>>ThreePhaseV-IMeasurement（4）异步电动机：SimPowerSystems>>Ma