交流电动机变频调速.doc

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交流电动机变频调速实验
一、预习报告
实验目的
1、掌握坐标变换的思路及方法。
2、熟悉并掌握异步电动机在正交坐标系上的动态数学模型。

实验内容
基于稳态数学模型的异步电动机调速系统虽然能够在一定范围内实现平滑调速，但是对于数控机床、机器人、载客电梯等需要高动态性能的对象，要实现高动态性能的调速系统和伺服系统，必须根据异步电动机的动态数学模型来设计。
而异步电动机三相原始动态模型相当复杂，分析和求解这组非线性方程十分困难，故实际应用中应予以简化，基本方法就是坐标变换,其思路是将交流电动机的物理模型等效的变换成类似直流电动机的模型，以简化其分析和控制。而三相绕组可以用相互独立的两相正交对称绕组等效代替，等效的原则是产生的磁动势相等。
3/2变换将三相绕组等效为互相垂直的两相绕组，从而消除了定子三相绕组、转子三相绕组的相互耦合，减少了状态变量的维数，简化了定子和转子的自感矩阵。旋转变换改变了定、转子绕组间的耦合关系，消除了定、转子间夹角θ对磁链和转矩的影响。

在αβ坐标下，状态变量的动态结构图如下：

二、实验报告
参数
Rs=1.85,Rr=2.658,Ls=0.2941H,Lr=0.2898H,Lm=0.2838H,
J=0.1284Nms2,np=2,UN=380V,fN=50Hz，
Rt=(Rs*Lr*Lr+Rr*Lm*Lm)/(Lr*Lr)
实验图
1、异步电动机仿真模型如下：

2、3/2变换模块子系统的内部结构如下：

3、2/3变换模块子系统的内部结构如下：

4、αβ坐标系异步电动机仿真模型如下：

实验结果图
1、异步电动机稳态电流的仿真结果如下图：
(1)

(2)

由于是全压启动，存在较大的启动电流，电流很快达到稳定状态，加入负载转矩后，很快达到新的稳定，而电流稳定值与设定值一致。

2、异步电动机空载起动和加载过程的转速仿真结果如下图：
(1)

（2）

由图可看出，转速迅速达到稳定，在施加转矩负载后，转速下降，有轻微的振荡，达到新的平衡。
实验结果分析
在分析异步电动机的物理模型后，建立异步电动机的动态数学模型，然后推到出静止两相坐标系上的状态方程和转矩方程，利用仿真工具把数学方程转变为模型。运行异步电动机的仿真模型，可观察到异步电动机稳态电流曲线，以及在空载启动和加载情况下转速的变化曲线。前者是正弦曲线，后者是先上升，后趋于恒定值的曲线。同时分析各个变量之间的变化关系，进一步了解异步电动机的运行特性。
设置仿真参数时，若参数不合理，则观察不到正确的波形；异步电动机的参数也很关键，其精确度关系到所构建的异步电动机的模型是否符合实际，故应尽可能可到精确的参数，使仿真精确度提高，结果更可靠。