MATLAB simulink在电机中的仿真

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。
➢电机测试信号分配器
➢电机测试信号分配器参数设置
• ir_abc：转子电流ira,irb,irc； • ir_qd：同步d-q坐标下的q轴下的转子电流 ir_q和d轴下的转子电流ir_d； • phir_qd：同步d-q坐标下的q轴下的转子磁通 phir_q和d轴下的转子磁通phir_d； • vr_qd：同步d-q坐标下的q轴下的转子电压 vr_q和d轴下的转子电压vr_d； • is_abc：定子电流isa,isb,isc； • is_qd：同步d-q坐标下的q轴下的定子电流 is_q和d轴下的定子电流is_d； • phir_qd：同步d-q坐标下的q轴下的定子磁通 phis_q和d轴下的定子磁通phis_d； • vs_qd：同步d-q坐标下的q轴下的定子电压 vs_q和d轴下的定子电压vs_d； • wm：电机的转速wm； • Te：电机的电磁转矩Te； • Thetam：电机转子角位移Thetam。
➢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Ia（A），励磁电流If（A），电磁转矩Te（N·m）。
（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
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图 电机转速波形
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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。
➢直流电动机的参数设置
•Armature resistance and inductanceRa (ohms) 和 La(H)：电枢电阻和电感； •Field resistance and inductanceRf (ohms) 和Lf(H)： 励磁回路电阻和电感 •Field-armature mutual inductanceLaf (H)：电枢与 励磁回路互感； •Total inertia J (kg.m^2) ：电机转动惯量(kg.m^2) ； •Viscous friction coefficient Bm (N.m.s)：粘滞摩擦 系数(N.m.s)； •Coulomb friction torque Tf (N.m)： 静摩擦转矩 (N.m)； •Initial speed (rad/s)：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。
1.使用模块 (1)直流电动机(DC-Motor)
图 起动变阻箱的电路模型
图 创建的子系统
1.使用模块
（1）断路器（Breaker） 断路器取自SimPowerSystems工具箱中的Elements库里的Breaker模块
（2）调速电阻
调速电阻选自SimPowerSystems工具箱中的Elements库里的series RLC branch模块。
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。
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图 电机转速波形
图 电机电枢电流波形
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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。
（2）直流电压源（E、Ef）
模块取自SimPowerSystems工具箱 中的Electrical Sources库里的DC voltage source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
4.2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。
➢异步电动机模型参数设置
• Rotor type：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； • Reference Frame：参考坐标列表框，可以选择 转子坐标系（Rotor）、静止坐标系（Stationary）、 同步旋转坐标系（Synchronous）； • Nom.power,L-L volt,and freq： 额定功率 （VA），线电压（V），频率（赫兹）； • Stator [Rs (ohm) Lls（H）]：定子电阻Rs （ohm）和漏感Lls（H）； • Rotor [Rr’ (ohm) Lls’（H）]：转子电阻Rs （ohm）和漏感Lls（H）； • Mutual inductance Lm（H）：互感Lm(H）； • Intia，friction factor and pairs of poles ：转动惯 量[J(kg.m^2)]，摩擦系数和极对数； • Initial conditions[s() th(deg) isa isb isc(A)]：初始 条件包括：初始转差s，电角度，定子电流幅值isa isb isc(A)和相角phas, phbs, phcs（deg）。