感应电机仿真与建模(一)

摘要

本文通过利用MATLAB软件对感应电机的运行状态进行了仿真，建立感应电机仿真模型。首先建立感应电机的动态数学模型。先将感应电机转子等效成三相绕线转子，折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数都相等。这样感应电机绕组就等效成三相感应电机的物理模型。再对此模型进行三相-两相，静止两相-旋转正交变换，使得变换产生的磁动势相等。从而达到对感应电机的数学模型的建立。通过使用MATLAB/SIMULINK基本模块建立感应电机仿真模型，对感应电动机的机械特性，启动特性曲线，调速制动特性等相关特性进行分析，并改进了感应电机的运行效率和降低电机损耗。从而达到使用简单，便捷的仿真方法MATLAB/SIMULINK得到的仿真结果与实际仿真结果一致。因此说明MATLAB/SIMULINK是一种理想的感应电机的仿真研究方法。

关键词　仿真；建模；数学模型；MATLAB；变换； 

目录

摘要 3

第1章 3

1.1 4

1.2 4

第2章 感应电动机的概述 5

2.1 5

2.2 5

2.3感应动电机的基本工作原理 5

2.4 三相感应电动机的运行特性 6

第3章三相感应电动机的数学模型 8

3.1 8

3.2 10

3.2.1 10

3.2.2三相-两相变换（3/2变换） 10

3.2.3静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换） 12

3.3状态方程 12

3.4坐标变换 15

3.4.1 3/2 变换 15

3.4.2总体仿真原理图 15

第4章 17

4.1 17

4.1.1 18

4.2 18

4.3 18

4.4.1模型设计 20

4.4.2参数和程序 21

4.4.3仿真结果 21

第5章感应电机调速特性仿真 23

5.1 23

5.1.1 23

5.1.2基频以下变频调速 23

5.1.3 27

5.2调压调速 29

第6章结论与总结 32

33

34

第1章绪论

1.1研究背景与目的

随着电动机产业的发展，目前国际上电动机的发展趋势为：一、大力推广高效率电动机；国内外先后运用法律法规来推广高效率电动机的生产和发展。美国能源部、欧洲电机和电力电子制造协会（cemep），中国分别于1992年，1997年，2002年提出新能源法规，制定eff1、eff2、eff3效率标准，实施相关电机的能效限定值及节能评定值，来消减低效率，能耗大的电机生产。二、对变频器供电的三相感应电动机的研发与应用。随着变频器种类的繁荣发展，和对高压电动机变频调速技术的研究。变频器供电的三相感应电动机的研发与应用在各个国家得到广泛的发展。国际上随着变频调速技术的发展，输出电压可达到14.4kv，采用水冷技术，变频器驱动的电动机容量可达15000kw。而我国高压电动机多为6kv和10kv等级，因受到电力电子器件耐压限制，尚难以实现该等级变频器的直接高压输出。一般采用空冷技术，变频器驱动的电动机功率在3500kw以下。

目前国际上流行的数值计算型应用软件MATLAB对大量数据具有较强的管理、计算和可视化能力，运行效率高，并将计算、可视化和编程结合。所以通常利用MATLAB进行感应电机运行状态仿真，建立电机仿真模型。首先需要建立感应电机的动态数学模型。感应电机的动态数学模型是一个高阶，非线性，强耦合的多变量系统。所以在研究感应电动机的多变量非线性数学模型时，常作如下的假设：（1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差120°电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布。（2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的。（3）忽略铁心损耗。（4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。将电机转子等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数都相等。这样，实际电机绕组就等效成三相感应电机的物理模型。

通过对感应电机建立数学模型，使用MATLAB/SIMULINK基本模块建立感应电机仿真模型，研究感应电动机的机械特性曲线，启动特性曲线，调速制动特性等进行相关的分析，提出改进感应电机的运行效率，降低损耗。达到仿真结果与实务仿真一致，并且使用方法简单，缩短仿真时间。

1.2国内外研究