基于xpc電機(jī)啟動(dòng)電流測(cè)定方法1

1、第1章緒論利用simulink進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的仿真方法屬于純數(shù)字的仿真方法，并未考慮 和外部真實(shí)世界z間的關(guān)系。在很多實(shí)際過(guò)程屮，由于種種因素不可能準(zhǔn)確地獲 得系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，所以也就無(wú)從建立起simulink所描述的框圖，有時(shí)還因?yàn)?實(shí)際模型的復(fù)雜性，建立起來(lái)的模型也不準(zhǔn)確，所以需要將實(shí)際的系統(tǒng)模型放置 在仿真系統(tǒng)屮進(jìn)行仿真研究。這樣的仿真稱為“硬件在冋 (hardware-in-the-loop,簡(jiǎn)稱hil)的仿真，乂是實(shí)時(shí)進(jìn)行的，所以還稱為實(shí)時(shí) (real-time,fnj稱 rt)仿真。木設(shè)計(jì)中測(cè)量異步電機(jī)的i舜時(shí)起動(dòng)電流，就應(yīng)用matlab的rtw開(kāi)發(fā)環(huán) 境下的xpc目標(biāo)搭建了異步電機(jī)

2、起動(dòng)電流的測(cè)試平臺(tái)，對(duì)起動(dòng)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)在 線測(cè)量，并將測(cè)量曲線進(jìn)行實(shí)吋顯示。以下是對(duì)與木測(cè)試平臺(tái)有關(guān)知識(shí)的概述。1.1課題背景1.1.1異步電動(dòng)機(jī)概述異步電機(jī)是屈于交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種，所謂的異步是指它的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與 定了電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速不同，故稱異步電機(jī)。異步電機(jī)的定轉(zhuǎn)了z間沒(méi) 冇屯的聯(lián)系，能量轉(zhuǎn)換是靠電磁感應(yīng)的作用，故也稱為感應(yīng)電機(jī)。異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、 運(yùn)行效率較高。缺點(diǎn)是異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)，從電網(wǎng)吸收滯后性的無(wú)功功率，功率因 數(shù)較低。另外，目前述難以經(jīng)濟(jì)地在較寬廣的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，但是，通過(guò)將異 步電機(jī)與電力電了裝置相結(jié)合，可以構(gòu)成性能

3、優(yōu)良的調(diào)速系統(tǒng)，其成木在逐漸降 低，應(yīng)用也f1益廣泛。異步電機(jī)也可作為異步發(fā)電機(jī)使用。單機(jī)使用吋，常用于電網(wǎng)尚未達(dá)到的地 區(qū)，乂找不到同步發(fā)電機(jī)的情況，或用于風(fēng)力發(fā)電等特殊場(chǎng)合。在異步電動(dòng)機(jī)的 電力拖動(dòng)屮，冇時(shí)利用異步電機(jī)回饋制動(dòng)，即運(yùn)行在異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。1) 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電機(jī)主要曲固定不動(dòng)的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如 圖11所示。轉(zhuǎn)子裝在定子腔內(nèi)，定、轉(zhuǎn)子之間有一縫隙，稱為氣隙。三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)冇籠型和繞線形兩種。1一接線盒 2 緊固件 3軸承外蓋4一軸承5-擋風(fēng)板 6-端蓋7-機(jī)座 8定子鐵心9 一轉(zhuǎn)子10軸承內(nèi)蓋1】一軸用攔圈12-軸承外蓋圖1-1三相異步電機(jī)

4、結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用小型鼠籠型異步電機(jī)，因此主要介紹冇關(guān)籠型電機(jī)的內(nèi)容。 電機(jī)的定了主要由鐵心、繞組和機(jī)座三部分組成。定了的鐵心的作用是構(gòu)成磁路 的一部分及安放定子繞組。定子繞組的作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)電流以實(shí)現(xiàn)機(jī)電 能量轉(zhuǎn)換。機(jī)座是用來(lái)固定和支撐定子鐵心，同時(shí)也是主要的通風(fēng)散熱部件。電 機(jī)轉(zhuǎn)子主要由鐵心、繞組和轉(zhuǎn)軸三部分組成。轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，流 過(guò)電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。根據(jù)其結(jié)構(gòu)型式分為籠型繞組和繞線形繞組兩種。2）異步電動(dòng)機(jī)的分類異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，從不同角度看，有不同的分類法。按定子相數(shù)分，有單-相異步電動(dòng)機(jī)、兩相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)；按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分，有籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞

5、組式異步電動(dòng)機(jī)；按冇無(wú)換向器分，無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)和冇換向器電動(dòng)機(jī)；按防護(hù)型式分，有開(kāi)啟式、防護(hù)式和封閉式；按通風(fēng)冷卻方式分，有自冷式、自扇冷式、他扇冷式和管道通風(fēng)式；按工作定額，從發(fā)熱角度可分為連續(xù)定額、短吋定額和斷續(xù)周期工作定額三 種;按電機(jī)容量的大小可分為大型、屮型和小型三種；此外，根據(jù)電機(jī)定了繞組上所加的電壓大小、又有高壓異步電動(dòng)機(jī)、低壓異 步屯動(dòng)機(jī)。從其他角度看，還冇高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)、高轉(zhuǎn)差率異步電機(jī)和高轉(zhuǎn) 速片步電機(jī)。3）三相籠型異步電機(jī)的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行屮經(jīng)常會(huì)冇起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)方而的要求。這里主要介紹冇 關(guān)異步電機(jī)的起動(dòng)方面的內(nèi)容。異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)

6、速狀態(tài)的整個(gè)過(guò)程。標(biāo) 志開(kāi)步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的兩個(gè)主要指標(biāo)是起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。對(duì)起動(dòng)性能的要 求是：起動(dòng)電流要小，以盡量減少由起動(dòng)電流引起的電網(wǎng)上的電壓降，而直接影 像接在同一電網(wǎng)上的其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要大，大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 確保能夠起動(dòng)，并使起動(dòng)過(guò)程加快。但是實(shí)際的異步電動(dòng)機(jī)卻是最初起動(dòng)電流較 人，而最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不人。一般籠型異步電動(dòng)機(jī)的最初起動(dòng)電流為57倍的額 定電流，最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為1.52倍的額定轉(zhuǎn)矩?；\型異步電動(dòng)機(jī)有兩種起動(dòng)方法：直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)）和降壓起動(dòng)。直接起 動(dòng)是利用刀閘開(kāi)關(guān)或交流接觸器把電動(dòng)機(jī)定子繞組直接接到額定電壓的電源上， 所以也稱為全壓起動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備

7、簡(jiǎn)單，操作方便，但缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流較大。 廿前設(shè)計(jì)的籠型異步電動(dòng)機(jī)，從電機(jī)本身來(lái)說(shuō)都允許采用直接起動(dòng)。不過(guò)，過(guò)大 的起動(dòng)電流將在輸電線路上產(chǎn)牛阻抗壓降，從而使電網(wǎng)電壓降低，影響到接在同 一電網(wǎng)上其他電器設(shè)備的正常工作；降壓?jiǎn)?dòng)是在起動(dòng)時(shí)，降低加在電動(dòng)機(jī)定子 繞組上的電壓，以減小起動(dòng)電流，待電機(jī)傳速趨向于穩(wěn)定后，再將定子繞組上電 壓恢復(fù)到正常值。曲于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與外加電壓平方成正比，故降壓起動(dòng)在限制起動(dòng) 電流的同吋也限制了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，它只適合于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不大，而又需 限制起動(dòng)電流的場(chǎng)合。降壓起動(dòng)包扌舌定子冋路串電抗器起動(dòng)、y換接起動(dòng)、自 耦變壓器降壓起動(dòng)2呵。1.1.2 matlab系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿

8、真開(kāi)發(fā)環(huán)境與應(yīng)用概述作為一種功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)計(jì)算軟件，matlab具有數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化功能和易于使用的編程環(huán)境，典型的應(yīng)用包括工程計(jì)算、算法開(kāi)發(fā)、建模與仿真、數(shù)據(jù)分析和可視化應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)等。除此以外，matlab述捉供了一個(gè)實(shí)時(shí)開(kāi) 發(fā)環(huán)境，可用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)仿真和產(chǎn)品的快速原型化，這一點(diǎn)是通過(guò)特殊應(yīng)用工具 箱.real-time workshop（實(shí)時(shí)工作間，rtw）實(shí)現(xiàn)的。rtw 是 mathworks 公司提供的 matlab 工具箱之一，是 simulink > stateflowdsp blockset和通信工具箱的一個(gè)補(bǔ)充模塊，可用于各種類型的實(shí)時(shí)應(yīng)用。它是 一個(gè)基于simuli

9、nk的代碼自動(dòng)生成環(huán)境。它能直接從simulink的模型屮產(chǎn)生優(yōu) 化的、可移植的和個(gè)性化的代碼，并根據(jù)目標(biāo)配置口動(dòng)生成多種環(huán)境卜的程序。 利用它可加速仿真過(guò)程，提供知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，或生成可在不同的快速原型化實(shí)時(shí) 環(huán)境或產(chǎn)品口標(biāo)下運(yùn)行的程序。rtw在mathworks提供的系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具集中起到了關(guān)鍵性的紐帶作用。從概念上講，rtw是設(shè)計(jì)過(guò)程的最終部分，如圖1-2所示。典型的產(chǎn)品流程首先從simulink環(huán)境matlab及其丄具箱設(shè)計(jì)和分析simulink、stateflow及工具集 建模與仿真 丿快速仿真rtw組成部分外部模式 監(jiān)視和信號(hào)調(diào)節(jié) 丿simulink代碼生成器生成c或ada代碼用戶自定

10、義監(jiān)視和信號(hào)調(diào)節(jié) ,j廠r快速原型化冃標(biāo) 實(shí)時(shí)測(cè)試環(huán)境< 丿產(chǎn)品級(jí)目標(biāo)丿v丿早期快速原型化設(shè)計(jì)過(guò)程最終產(chǎn)品重復(fù)設(shè)計(jì)過(guò)程圖1-2 rtw在mathworks系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具集中的作川下建模開(kāi)始,然后在matlab下進(jìn)行仿真分析。在仿真過(guò)程屮，用戶可使用rtw 快速仿真的特性加快仿真過(guò)程。當(dāng)較為滿意的仿真結(jié)束后，用戶可將rtw與一 個(gè)快速原型化目標(biāo)（例xpc目標(biāo)）聯(lián)合使用。該快速原型化目標(biāo)與用戶的物理系統(tǒng) 連接在一起。用戶可使用simulink模型作為連接物理fl標(biāo)的接i丨，完成對(duì)系統(tǒng) 的測(cè)試和觀測(cè)。生成模型后，用戶可使用rtw將模型轉(zhuǎn)換為c或ada代碼，并 使用rtw擴(kuò)展的程序創(chuàng)建和下載過(guò)程生

11、成模型的可執(zhí)行程序，再將其下載到口 標(biāo)系統(tǒng)中。最后使用simulink的外部模式，用戶可以在模型運(yùn)行在目標(biāo)環(huán)境下 的同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視和調(diào)整參數(shù)。rtw支持多種h標(biāo)環(huán)境，包括rtw本身提供的現(xiàn)成冃標(biāo)環(huán)境配置和第三 方廠商提供的目標(biāo)，同吋用戶還可以開(kāi)發(fā)自己的自定義目標(biāo)。xpc是其中較為完 善的一種口標(biāo)環(huán)境。xpc 口標(biāo)是mathworks公司提供和發(fā)行的一個(gè)基于rtw體 系框架的附加產(chǎn)品，可將intel80x86/pentium計(jì)算機(jī)或pc兼容機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)實(shí) 時(shí)系統(tǒng)，i佃且支持許多類型的i/o設(shè)備板（包括isa和pci兩種類型）。使用xpc 目標(biāo)，用戶只需安裝相關(guān)的軟件、一個(gè)編譯器和i/o設(shè)備板

12、，就可將一個(gè)pc兼 容機(jī)作為實(shí)時(shí)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)或dsp系統(tǒng)的快速原型化、硬件在回路中 的測(cè)試和配備實(shí)吋系統(tǒng)的功能。xpc目標(biāo)是一種用于產(chǎn)品原型開(kāi)發(fā)、測(cè)試和配置實(shí)時(shí)系統(tǒng)的pc機(jī)解決途徑。 xpc目標(biāo)采用了宿主機(jī)目標(biāo)機(jī)的技術(shù)途徑，即“雙機(jī)”模式，宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)可 以是不同類型的計(jì)算機(jī)。其中，宿主機(jī)用于運(yùn)行simulink,而fl標(biāo)pc機(jī)則用于 執(zhí)行所生成的代碼。xpc目標(biāo)通過(guò)以太網(wǎng)連接或串口線連接來(lái)實(shí)現(xiàn)宿主機(jī)和目標(biāo) 機(jī)之間的通信。在xpc目標(biāo)環(huán)境下，用戶可將安裝了 matlab> simulink和stateflow（可選） 軟件的pc機(jī)作為宿主機(jī)，用simulink模塊和statef

13、low圖來(lái)創(chuàng)建模型并進(jìn)行非 實(shí)時(shí)的仿真。然后用rtw、stateflow代碼生成器和c編譯器來(lái)生成可執(zhí)行代碼 并將其在第二個(gè)pc兼容機(jī)上實(shí)時(shí)地運(yùn)行。如圖13所示，顯示了快速原型化環(huán) 境屮xpc 口標(biāo)的使用環(huán)境。圖13 xpc雙機(jī)工作模式因此，應(yīng)用宿主機(jī)目標(biāo)機(jī)模式，可以將仿真模型的建立及對(duì)彖特征參數(shù)的 實(shí)時(shí)測(cè)量也冇機(jī)的結(jié)合起來(lái)，從而既可以實(shí)時(shí)測(cè)試對(duì)象參數(shù)、驗(yàn)證模型的冇效性, 又可方便的修改模型參數(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互仿真，實(shí)現(xiàn)從數(shù)學(xué)模型的仿真到物理實(shí) 物的仿真。在電機(jī)特性測(cè)試方面，使用數(shù)據(jù)采集卡并配以不同的傳感器，可以方 便的修改測(cè)試模型，完成對(duì)電機(jī)起動(dòng)電流等多種不同要求的測(cè)試任務(wù)。1.2課題研究現(xiàn)狀

14、目前對(duì)啟動(dòng)電流和時(shí)間還無(wú)一套完整的測(cè)量、分析方法，傳統(tǒng)的方法是測(cè)出 電機(jī)起動(dòng)電流的最大值作為起動(dòng)電流值而電機(jī)從起動(dòng)到達(dá)到穩(wěn)定所用的吋 間為起動(dòng)時(shí)間。如果按這樣的值來(lái)判斷、整定過(guò)流和過(guò)載保護(hù)的話，就會(huì)跟實(shí)際 情況冇很大的出入雖然在電壓保持不變的情況下，電機(jī)的起動(dòng)電流小于其額定 工作電流的66倍，但在電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)的供電的電壓有變化。電機(jī)電 流梯度與工作電壓的梯度呈反比，另外測(cè)試儀器還冇響應(yīng)吋間的問(wèn)題，因此在電 機(jī)的起動(dòng)電流測(cè)試與分析吋，這些因素都應(yīng)考慮進(jìn)去。使用指針式電流表，可 以粗略地以電流表指針的最大偏移作為電機(jī)瞬時(shí)起動(dòng)電流，但這種方法測(cè)試精度 低，冃無(wú)法觀察起動(dòng)電流的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

15、1.3本課題研究?jī)?nèi)容與本文安排1.3.1本文研究?jī)?nèi)容本課題在分析了基于xpc技術(shù)的電機(jī)起動(dòng)電流測(cè)定的研究必要性及意義后, 對(duì)xpc 口標(biāo)環(huán)境的特征、硬軟件環(huán)境、安裝與測(cè)試及其基木應(yīng)用進(jìn)行了研究， 通過(guò)搭建基于xpc目標(biāo)技術(shù)的電機(jī)起動(dòng)電流的測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)異步電動(dòng)機(jī) 起動(dòng)電流的測(cè)試。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流經(jīng)變送器變換后，通過(guò)pcl818hg a/d數(shù)據(jù) 采集卡，送口標(biāo)機(jī)宿主機(jī)雙機(jī)模式進(jìn)行仿真，完成異步電機(jī)憐時(shí)起動(dòng)電流的實(shí) 時(shí)測(cè)量，并輸出測(cè)試數(shù)據(jù)曲線。同時(shí)還搭建了屯機(jī)起動(dòng)屯流的simulink的仿真 模型并進(jìn)行了非實(shí)時(shí)測(cè)試仿真，對(duì)實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，并 且結(jié)果顯示了基于xpc目標(biāo)的電機(jī)起動(dòng)電流的實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)是有效的。xpc 平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖14所示：圖1-4 xpc平臺(tái)硬件結(jié)構(gòu)框圖1.3.2本文具體安排本文共分為六章，論文結(jié)構(gòu)及各章主要內(nèi)容如下：第1章為緒論，給出了本課題的研究背景以及本文的主要研究?jī)?nèi)容和意義。 第2章為xpc fl標(biāo)環(huán)境的介紹與應(yīng)用，介紹了有關(guān)xpc目標(biāo)環(huán)境的一些知 識(shí)，包括安裝和使用xpc 0標(biāo)所需的軟件和硬件環(huán)境，以及xpc目標(biāo)提供的幾 種用戶交互方式。笫3章為xpc目標(biāo)的安裝與測(cè)試，介紹了 xpc目標(biāo)的安裝與測(cè)試方法，以 及怎樣能為搭建本設(shè)計(jì)的模型創(chuàng)