交流异步电动机性能的仿真研究

交流异步电动机性能的仿真研究

喻勇

（08电牵一班20）

【摘要】自20世纪80年代以来，交流调速发展很快，交流电机具有维护简单，体积小，重量轻等特点，随着电力电子交流调压，变频和控制技术的日趋成熟，交流调速在应用中越来越普遍，本文主要是研究交流异步电动机性能的仿真，介绍鼠笼型交流异步电动机在正弦电压下的工作情况。

关键词；交流异步电动机性能仿真与研究

1.异步电动机的工作原理

把异步电机的定子接到三相电源时，定子中会有三相电流，根据同步电机中的分析结果知道，定子电流产生一系列的气隙旋转磁通密度。其中起主要的作用的是以同步速，顺着绕组相序旋转的基波气隙旋转磁通密度。

根据气隙旋转磁通密度的极性和电流的方向，利用左手定则可以看出，会产生一个与气隙旋转磁通密度同方向的电磁转矩，作用在转子上，如果这个电磁转矩能克服加在转子上的负载转矩，转子就能旋转起来，并加速旋转。如果转子的转速能加速到等于同步转速时，转子绕组和气隙旋转磁通密度之间就没有相对运动，电流和电磁转矩都等于零。

2.建模与仿真

（1）正弦电压供电的异步电动机模型如图所示：

定子三相电流

转子三相电流

speed

phis

phir

XY Graph Te-n

Uc

Ub

Ua

Vabc

Iabc A

B C

a b

c

Three-Phase V-I Measurement

Te

TL

Scope7

Scope6

Scope5

Scope1

m

ir_abc

phir_qd

is_abc

phis_qd

wm Te

Machines Measurement

Demux

-K-Gain

Tm m

A

B

C Asynchronous Machine

SI Units

（2）参数设置

a ．电动机设置参数如下：

b．负载设定：

加载时间为0.5s，加载值为132.

c．仿真参数设置：

算法：Ode23；相对误差：1e-5；停止时间为1.5s。d．电源电压设为220V，频率为50Hz；

（3）开始仿真

电动机在额定电压下空载启动是的波形如下图所示：

定子a相电流

图a

转子a 相电流

图

b

电动机转速

图c

电动机转矩

图d

A

B 图e（机械特性）

图f（定子磁链轨迹）

图g（转子磁链轨迹）

3.分析

从波形图中可以看到，启动时电机转速迅速上升，在0.2s后达到稳定转速1500r/min，若0.5s时给电动机加上负载132N.m,电动机转速迅速下降，转差率变大，在1.18s时转速下降为0，因为该负载远大于电动机的额定负载40N.m，1.18s 后电动机转速变为负值，这是电动机相当于带位能性负载，负载过大引起电动机反转的情况。

在电动机启动到空载运行和过载过程中，电动机的定子电流和转子电流波形如图a和图b所示，在启动中随转速上升定子电流减小，在0.5s加载后定子电流迅速增大，定子电流为50Hz的正弦波。转子电流的变化与定子电流相同，但是从转子电流的波形可以看到，转子电流频率随电动机达到理想空载转速1500r/min时，转子电流的大小和频率都为0，加载后随转速的下降和反向后转差变大，转子的电流频率又开始增加。

图d是电动机的转矩响应，启动中交流电动机的转矩是有波动的，再严重过载引起电动机反转时，电动机产生的转矩很小。

图e是电动机的动态机械特性，其中A点是电动机空载转速达到同步转速时的工作点，加载后，工作后从A移向B，B点对应电动机的最大转矩，是机械特性的转折点，之后转速继续下降，特性进入不稳定区。

图f和图g为电动机在上述工作过程中电动机定子和转子的磁链轨迹，其中图f是定子磁链轨迹，启动时定子磁链从0开始建立，然后不断增大并旋转，在正弦电压下电动机达到稳定转速后定子磁链的轨迹是一个圆。转子磁链（图g）与定子磁链有一样的建立过程，其中外圆是电动机在空载稳态时的磁链轨迹，内圆是转速下降并反转后的磁链轨迹，可以看出，转速下降并反向后，转子磁链明显减小，因此电动机的转速急剧下降（图c），有XY图示仪在仿真中可以清楚的看到电动机磁场的运行过程。

4.心得与体会

通过这次实验，我了解了一些关于仿真电机控制系统的一些基本模块，并能够熟练应用。异步电机这个学期刚好讲完，通过这次仿真更加形象的描绘了电机的运行过程，进一步丰富了理论知识，使得对异步电机的性能更加熟悉。不过在仿真过程中还是遇到了一些小麻烦，例如：刚开始不知道一些模块怎么用，后来通过查资料得到了解决；在仿真过程中，参数不对，就仿真不出结果，甚至出错，不过通过自己的努力还是解决。

总之，在做仿真过程中一定要有耐心，细心的态度。否则就会仿真不出所需要的结果。

5.参考文献

《电力电子电机控制系统的建模与仿真》洪乃刚编著机械工业出版社

《电力电子技术》王兆安刘进军主编机械出版社