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1、扬州大学专业软件应用综合设计报告水能学院 11 级电气工程及其自动化专业题目 异步电动机综合仿真设计四 学生 鲁波 学号 101601131指导教师 张建华 2012年11月1日20异步电机综合仿真设计四摘要：MATLAB是一款强大的计算机辅助设计软件工具，MATLAB具有数值、符号运算，绘图功能，仿真等功能。MATLAB的SIMULINK仿真环境是美国MathWorks公司专门为MATLAB语言设计提供的结构图编程与系统仿真的专用软件工具。利用SIMULINK仿真环境分析异步电机制动时的各参数情况，以及不同的制动方式的比较。关键字：SIMULINK，异步电机，制动参数 ，MATLAB1 引言
2、异步电机又称感应电机是交流电机的一种。具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高，价格较低等优点。异步电机主要作为电动机使用，是当今应用最广，需要量最大的一种电机。主要部件是定子，转子。制动时生产机械对电机的有一种特殊要求。异步电机可以采用机械制动，也可以采用电磁制动，常用的电磁制动方法：1）自然制动 2）能耗制动 3）反接制动 4）回馈制动。本实验的目的是通过MATLAB的仿真实验，了解异步电机的运行情况。1. 掌握SIMULINK仿真环境常用模块库和电力系统模块库；2. 对鼠笼式异步电动机自然制动进行仿真设计；3. 对鼠笼式异步电动机能耗制动进行仿真设计；4. 对鼠笼式异步电动
3、机反接制动进行仿真设计；5. 对鼠笼式异步电动机回馈制动进行仿真设计；2 设计依据及框图2.1 设计平台 MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 本次实验主要使用MATLAB 7.0版本。利用
4、Simulink仿真模块进行异步电机的制动仿真实验。2.2 设计思想 通过对四种异步电机的制动方式的不同设计仿真模型，按其制动方式的不同利用仿真模块进行仿真实验，并分析记录。1. 自然制动是指在电机运行过程中，切断电源，不加其他任何控制，电机转速逐渐降低，直至停车的全过程。其耗时长，转速下降慢。2. 能耗制动是指在电机运行过程中，切断定子交流电源，然后外加直流电源。3. 反接制动是指在电机运行过程中，改变定子交流电源的相序。4. 回馈制动是指在电机运行过程中，负载转矩为负值。2.3 设计结构框图或流程图 自然制动和回馈制动流程图能耗制动和反接制动流程图2.4各模块功能简介模块图Voltage
5、Measurement用于检测电压，使用时并联在被测电路中AC Voltage Source提供一个正弦交流电压源DC Voltage Source提供一个直流电压源Series RLC Branch串联RLC支路3-Phase Breaker三相断路器Asynchronous Machine SI Units异步电机（国际单位）模块Machines Measurement Demux电机测量单元，将各种电机模型输出的测量信号集分离为单个信号输出Voltage Measurement用于检测电压，使用时并联在被测电路中Constant常量模块Out提供一个输出Scope示波器3 软件调试分析3
6、.1自然制动自然制动是指在电机运行过程中，切断电源，不加其他任何控制，电机转速逐渐降低，直至停车的全过程。其耗时长，转速下降慢。1）仿真模型2）参数设置AC Voltage Source: 电压为220V，频率为50赫兹，相位依次为0度，240度， 120度；Constant: 设置其值为 5；Asynchronous Machine SI Units: Rotor Type为Squirrel-cage，Reference frame为Stationary，Vn(Vrms)为380，fn（Hz）为50；Machines Measurement Demux: Machine tye选择Async
7、hronous，依次勾选Rotor currents，Stator currents，Rotor speed，Electronmagntic torqueGain：设置为30/pi;3-phase Breaker: Transition times(s)依仿真情况进行合理设置。3）实验步骤1.连接好仿真模型并设置好各模块的参数，以及仿真时间；2.点击仿真开始按钮，观察仿真波形，调节时间获取最好的波形；3. 使用out模块，并在command命令窗口使用编程绘图制作输出波形。4）仿真波形（1）总图（2）转子电流（3）定子电流（4）电机转速（5）电机转矩3.2 能耗制动能耗制动是指在电机运行过程中
8、，切断定子交流电源，然后外加直流电源。（1）仿真模型（a）（b）（2）参数设置Series RLC Branch: Inductance设置为0，Capacitance设置为inf；DC Voltage Source：Amplitude设置为50；AC Voltage Source，Constant，Asynchronous Machine SI Units，Machines Measurement Demux，Gain设置与自然制动相同。（3）仿真步骤1使用（a）图仿真模型进行仿真，调节时间优化波形；2. 无误后在simulation/configuration parameter设置中勾选
9、xFinal,再次进行仿真；3. 仿真后在2设置菜单中勾选xInitial选项；4. 在command窗口中输入xInitial=xFinal,并确定；5. 在（a）仿真模型中去除交流电，按（b）图连接加入直流，并进行仿真。（4）仿真波形（1）总图（2）转子电流（3）定子电流（4）电机转速（5）电机转矩3.3 反接制动反接制动是指在电机运行过程中，改变定子交流电源的相序。（1）仿真模型（2）参数设置AC Voltage Source，Constant，Asynchronous Machine SI Units，Asynchronous Machine SI Units，Machines Mea
10、surement Demux，Gain参数设置同上。（3）仿真步骤1按上图仿真模型进行仿真并观察波形，无误后勾选xFinal选项再次进行仿真并观察波形，然后勾选xInitial选项；2.在command窗口中输入xInitial=xFinal,并按Enter键确定；3.在仿真模型中改变B,C两相交流电源的相位，进行仿真并观察仿真波形；4使用out模块获取输出波形。（4）仿真波形（1）总图（2）转子电流（3）定子电流（4）电机转速（5）电机转矩3.4 回馈制动回馈制动是指在电机运行过程中，负载转矩为负值。（1）仿真模型（2）参数设置Step：设置其Initial value为45,Final v
11、alue为-45；AC Voltage Source，Asynchronous Machine SI Units，Asynchronous Machine SI Units，Machines Measurement Demux，Gain参数设置同上（3）仿真步骤1.按上图连接好仿真模型，设置好个模块的参数，进行仿真观察波形；2.使用out模块获取各参数的仿真波形。（4）仿真波形（1）总图（2）转子电流（3）定子电流（4）电机转速（5）电机转矩4 结语4.1 结论与讨论 通过对电机的四种电磁制动方式的仿真和分析，让我们更深刻的了解了电机制动，了解了各种电机制动方式的转子电流，定子电流，电机转速，电机转矩等参数的变化，通过比较比较和分析知道了不同的制动方式的区别和共性。而通过电机制动仿真实验，使我们更深入了解了SIMULINK各个仿真模块的作用，参数的设置，通过解决仿真过程中出现的问题，使我们更加熟练地使用SIMULINK仿真，更深入的了解电机制动。参考文献1 孙亮.MATLAB语言与控制系统仿真.北京工业大学出版社，2 胡虔生，胡敏强.电机学.中国电力出版社。致谢感谢老师的悉心指导和热切帮助，感谢本组同学的大力支持与合作。