《異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和啟動(dòng)優(yōu)化探究》12000字

[19]。電動(dòng)機(jī)軟頭硬肩控制起動(dòng)工作方法主要有兩種：通過(guò)運(yùn)用一個(gè)導(dǎo)管將起動(dòng)電源和兩個(gè)被控起動(dòng)電機(jī)之間連接在一起的小型軟起動(dòng)器,控制其內(nèi)部的彈性物質(zhì)和產(chǎn)品閘與導(dǎo)管連接引點(diǎn)和導(dǎo)線之間的通角,使得兩個(gè)被控起動(dòng)電機(jī)額定輸入工作電壓由零以及起動(dòng)電機(jī)預(yù)設(shè)的工作電壓函數(shù)和零關(guān)系逐步上升,直到整個(gè)軟肩式起動(dòng)工作完畢,賦予了所有被控電機(jī)全部額定工作電壓,即為整個(gè)電機(jī)的軟起動(dòng),在整個(gè)軟起動(dòng)的運(yùn)行過(guò)程中,電機(jī)的軟肩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐步逐漸減小,轉(zhuǎn)速逐步逐漸增加。3異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型建立3.1仿真環(huán)境MATLAB簡(jiǎn)介首先我們就可以通過(guò)利用一個(gè)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)進(jìn)行模擬建立一個(gè)異步電機(jī)在這一aβ0系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)電所數(shù)學(xué)虛擬模型,列出了在這一aβ0系統(tǒng)下的異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)電所序列方程、磁鏈序列方程、轉(zhuǎn)矩和變換器序列方程,根據(jù)以上的電機(jī)數(shù)學(xué)虛擬模型我們可以在在matlab/simulink這個(gè)環(huán)境下電機(jī)進(jìn)行模擬建立一個(gè)三相交流異步電機(jī)的自動(dòng)仿真數(shù)學(xué)模型。這本語(yǔ)言被廣泛認(rèn)為為它是目前當(dāng)今世界和我國(guó)科學(xué)信息技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域(特別主要是自動(dòng)控制計(jì)算技術(shù))中最具具有國(guó)際影響力、也是最新且富有技術(shù)生命力的一種計(jì)算軟件。它早期概念起源于矩陣式函數(shù)運(yùn)算，并已逐漸發(fā)展為一種高度相互集成的新型計(jì)算機(jī)語(yǔ)育。它為您企業(yè)提供強(qiáng)大的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)的可操作性和運(yùn)算，靈話的專業(yè)應(yīng)用模式程序設(shè)計(jì)師和工作管理流程，高品質(zhì)的視頻圖像處理可視化和用戶界面設(shè)計(jì)，便捷地與其他專業(yè)應(yīng)用程序及其他語(yǔ)言操作樓口緊密相連。matlab語(yǔ)言一直對(duì)各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的各類高等院校和專業(yè)研究學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)都是具有很大的指導(dǎo)意義。(1)友好的工作平臺(tái)和編程環(huán)境隨著軟件matlab的快速商業(yè)化和應(yīng)用軟件本身的功能持續(xù)優(yōu)化升級(jí)，matlab的企業(yè)用戶界面越來(lái)越多地接近于一個(gè)windows的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用戶界面。它們的內(nèi)部人機(jī)信息互動(dòng)性能會(huì)更好，操作也更簡(jiǎn)便。新版本發(fā)布的程序matlab為企業(yè)用戶自身提供了完整的程序聯(lián)機(jī)調(diào)試查詢、協(xié)同調(diào)試動(dòng)能，并為企業(yè)用戶自身提供了一個(gè)比較完善的程序調(diào)試管理系統(tǒng)，程序不必再需要經(jīng)過(guò)任何軟件編譯便能即可直接開始執(zhí)行。而且還不僅能夠及時(shí)地向廣大客戶群體報(bào)告其中可能發(fā)生的重大錯(cuò)誤和主要缺陷，并對(duì)其中一些主要錯(cuò)誤問(wèn)題進(jìn)行主要原因的調(diào)查分析。(2)出色的圖形處理功能matlab軟件具有方便的數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用功能，它不但在一般的數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用軟件都具備的各種應(yīng)用功能(例如二推曲線和三維曲面的畫圖和信號(hào)處理等)這兩個(gè)方面是非常齊全和完善的，而且也包含了一些別的軟件所沒(méi)有的特點(diǎn)，保證了不同類型用戶的要求。(3)應(yīng)用廣泛的模塊集和工具箱matlab對(duì)許多專業(yè)的領(lǐng)域都設(shè)計(jì)和開發(fā)出了功能強(qiáng)大的模塊集或者是工具盒，用戶就可以通過(guò)這個(gè)工具盒直接進(jìn)行學(xué)習(xí)、應(yīng)用并且可以評(píng)價(jià)不同方法的代碼。(4)模塊化的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)級(jí)的仿真simulink時(shí)間matlab的一個(gè)獨(dú)立子公司是其分支系列產(chǎn)品，主要目的是為了能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)靜態(tài)工程仿真問(wèn)題的而進(jìn)行的工程模塊化仿真及其他的動(dòng)態(tài)工程仿真。simulinik正好地充分體現(xiàn)并提出了結(jié)合模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)功能級(jí)模擬仿真的具體系統(tǒng)構(gòu)建設(shè)計(jì)思路。matlab語(yǔ)言的主要特點(diǎn)：初始化和終止性較高；人機(jī)交互界面非常適于專業(yè)的科技工作者；強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的繪圖和處理功能；實(shí)現(xiàn)了智能化水平；功能豐富，可拓展性較好。3.2坐標(biāo)變換為了更加簡(jiǎn)單便于設(shè)計(jì)組建一個(gè)自動(dòng)控制交流系統(tǒng)，對(duì)于異步交流電動(dòng)機(jī)我們可以考慮采用適量的頻率變換，需要將分為ab兩組三相運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系的每個(gè)交流量頻率轉(zhuǎn)化成分為αβ兩組三相坐標(biāo)系的頻率叫作交流量，即必須對(duì)其分別進(jìn)行一個(gè)坐標(biāo)式的流量變換。定子三相并聯(lián)繞組的中心軸線對(duì)于ab兩點(diǎn)在任何空間上都可以是固定的，以點(diǎn)在a點(diǎn)中軸的點(diǎn)作為軸的參考點(diǎn)就可以給它做一個(gè)軸坐標(biāo)注，αβ為兩相繞組靜止的軸坐標(biāo)系，α軸和點(diǎn)在a點(diǎn)的軸之間可以相互重合。三相原子空間中互相差120度的磁通運(yùn)動(dòng)勢(shì)力FAFBFA與三相原子空間相互角度垂直的磁通勢(shì)力FαFβ同時(shí)可以表現(xiàn)在例如圖3-1中，F(xiàn)A與Fα同軸同方向。ββFβFβFA60°FA60°αFa60°αFa60°圖3-1三相和兩相磁通勢(shì)的空間矢量位置由于勵(lì)磁電流自動(dòng)流入的中心點(diǎn)一般都是位于交流場(chǎng)六,所以直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁通勢(shì)幅值及其大小會(huì)隨著每隔很長(zhǎng)一段時(shí)間而變化。按照兩種電機(jī)繞組的旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)和電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)相同的設(shè)計(jì)理念,兩種電動(dòng)機(jī)繞組的電動(dòng)機(jī)瞬時(shí)磁通勢(shì)分別為位于α,β軸上的隨機(jī)電流量和投影率都一樣應(yīng)該可以是一個(gè)平均值或者相等,即：Fα=Fβ=F假設(shè)三相大型繞組的每相匝數(shù)分別為1和n3，兩相小型繞道分組的每相匝數(shù)大小分別為1和n則上兩式可寫成：NN2iii為了方便地將3s/2s電壓變換式電流轉(zhuǎn)化而成為2s/3s電流變換式,在其中α,β個(gè)子系統(tǒng)中分別需要增加一項(xiàng)由一對(duì)零序反向電流所驅(qū)動(dòng)引起的反向零序磁通勢(shì),即：F0=N電流從三相轉(zhuǎn)換成兩相的矩陣式為：iαiβi式中的3s/2s轉(zhuǎn)換陣為：C32=下面將從兩個(gè)矩陣的乘積等于單位矩陣E，求出N3/N2和K的值。C3/2×C3/2==E=所以：NK=這樣，3S/2S轉(zhuǎn)換陣、2S/3S轉(zhuǎn)換陣分別為：C3/2=23112對(duì)于三相電流星形不可能存在的對(duì)一條沒(méi)有帶零點(diǎn)導(dǎo)線的三相電流連續(xù)接發(fā),因?yàn)橹挥衖a+ib+ic=0,所以i0=0,進(jìn)行2S/3S變換時(shí),則有：iAiB三相異步高速電動(dòng)機(jī)的電子仿真驅(qū)動(dòng)模型主要分別認(rèn)為是由電機(jī)定子驅(qū)動(dòng)模型，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)模型，磁鏈驅(qū)動(dòng)模型及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)器和矩陣器模型等四個(gè)部件組合構(gòu)成，對(duì)四個(gè)模型進(jìn)行matlab仿真。在對(duì)電機(jī)進(jìn)行仿真模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)造了對(duì)電機(jī)啟動(dòng)仿真模擬。3.3構(gòu)建αβ0系統(tǒng)下異步發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型從abc系統(tǒng)到αβ0系統(tǒng)的總表變換，即C3/2=在αβ0系統(tǒng)下，電機(jī)的磁鏈方程，即(3-11)電磁轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)矩方程，即(3-12)定子模型的建立：公式：(3-13)得到，即圖3-2定子模塊建立磁鏈模型：公式：(3-14)得到，即圖3-3磁鏈模塊轉(zhuǎn)矩模型的建立：公式：(3-15)得到，即圖3-4轉(zhuǎn)矩模塊電機(jī)模型的建立：圖3-5電機(jī)模型模塊異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)仿真模型：以坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊和電動(dòng)機(jī)的模塊作為基準(zhǔn)，再添加了正弦交流信號(hào)、示波器等模塊，就能夠直接組合到一個(gè)啟動(dòng)式的仿真操作模塊。圖3-6電機(jī)啟動(dòng)模塊4基于αβ0系統(tǒng)下異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)仿真分析4.1系統(tǒng)仿真參數(shù)本章節(jié)具體利用了三相異步電動(dòng)機(jī)在αβ0系統(tǒng)下的仿真模型對(duì)三相異步電機(jī)的直接啟動(dòng)和S形曲線恒壓頻比啟動(dòng)為實(shí)例對(duì)其進(jìn)行了仿真和深入的研究，用matlab軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真。電機(jī)的主要電感基本參數(shù)：定子驅(qū)動(dòng)電機(jī)的磁極功率對(duì)數(shù)f=2,頻率對(duì)數(shù)f=50Hz,t1=8.84N·m,定子驅(qū)動(dòng)繞組的自感整流電阻r=4.2ω,轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)繞組的自感整流電阻r2=3.24ω,定子驅(qū)動(dòng)繞組的自感整流電阻r=0.666h,轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子繞組自感整流電阻r2=0.670h。下面用仿真示波器分別表示直接啟動(dòng)和S形曲線恒壓頻比啟動(dòng)時(shí)候電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩和電流波形，對(duì)并對(duì)波形進(jìn)行分析。圖4-1電機(jī)直接啟動(dòng)模塊圖4-2直接啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩波形從波形圖中可以看出直接啟動(dòng)的時(shí)候電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很大，像是一個(gè)力的來(lái)回拉扯，非常不平穩(wěn)。圖4-3直接啟動(dòng)電流波形從波形圖中可以看出直接啟動(dòng)時(shí)候電流波動(dòng)非常大，豎軸峰值達(dá)到150A，直到橫軸達(dá)到0.15s時(shí)才趨于平穩(wěn)。而在采用了S形曲線恒壓頻比啟動(dòng)之后電流和轉(zhuǎn)矩的波形發(fā)生了明顯的變化。圖4-3S形曲線恒壓頻比啟動(dòng)模塊圖4-4S形曲線恒壓頻比啟動(dòng)時(shí)的電壓曲線由圖中可以看出此時(shí)的啟動(dòng)電壓是緩慢上升，在五秒的時(shí)候電壓達(dá)到了穩(wěn)定值220V。圖4-5S形曲線恒壓頻比啟動(dòng)時(shí)的頻率曲線頻率曲線也是在五秒的時(shí)候打到穩(wěn)定值50Hz，而直接啟動(dòng)時(shí)這兩個(gè)曲線都呈階躍形。圖4-6S形曲線恒壓頻比啟動(dòng)時(shí)的電流曲線此圖與之前的直接啟動(dòng)的電流曲線對(duì)比，起始曲線明顯柔和了很多。峰值從150A降到了大約25A。圖4-7S形曲線恒壓頻比啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩曲線而轉(zhuǎn)矩曲線甚至比電流曲線的變化更明顯，豎軸的峰值從150N·m直接降到了22N·m左右。在仿真過(guò)程中，電機(jī)參數(shù)設(shè)置有誤，出現(xiàn)了仿真波形發(fā)散的情況，啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速不能打到額定轉(zhuǎn)速，因異步電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合的系統(tǒng)，微分方程比較復(fù)雜，只要電機(jī)參數(shù)設(shè)置不合理，就會(huì)使得電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)受阻。從波形可以看出，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，定子電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都比較大，在0.15秒時(shí)，才開始達(dá)到額定值。S形曲線恒壓頻比啟動(dòng)在經(jīng)過(guò)數(shù)對(duì)比之后很明顯的看得出波形與直接啟動(dòng)相比比較平滑。是一種比較理想的啟動(dòng)優(yōu)化。

結(jié)論與展望通過(guò)這十幾周以上時(shí)間內(nèi)的學(xué)習(xí)和研究，使我獲利非凡。在指導(dǎo)老師的悉心幫助和耐心指導(dǎo)下,我的工作收獲良多。首先,我掌握了異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理,進(jìn)而深入地學(xué)習(xí)了對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能特點(diǎn)的分析和設(shè)計(jì)。了解與熟練掌握matlab/simulink的仿真技術(shù),并學(xué)習(xí)到會(huì)運(yùn)用它對(duì)所有設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真分析。經(jīng)過(guò)本次大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)，加深了我在電機(jī)方面的相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)，并將自己專業(yè)所學(xué)設(shè)計(jì)知識(shí)充分的地應(yīng)用于企業(yè)實(shí)踐當(dāng)中。同時(shí)在學(xué)習(xí)進(jìn)行效果仿真時(shí)，鍛煉了我的理論操作和實(shí)際動(dòng)手應(yīng)用技巧，開拓了我的技術(shù)視野和設(shè)計(jì)思維，更加充分激發(fā)了我對(duì)自己從事相關(guān)設(shè)計(jì)專業(yè)的研究學(xué)習(xí)熱情。我會(huì)將此次畢業(yè)設(shè)計(jì)取得的收獲充分地利用在我以后的學(xué)習(xí)當(dāng)中，為今后的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)?！靶貞烟煜?，造福人類”。參考文獻(xiàn)許大中，交流電機(jī)調(diào)速理論[M].浙江大學(xué)出版社，1994.莫志娟，正選脈寬調(diào)制矩陣變換器[J].廣東電力，2006(6).薛定宇，陳陽(yáng)泉.基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2002

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