基于Modelica语言的异步电动机反接制动控制回路仿真

基于Modelica语言的异步电动机反接制动控制回路仿真摘要：本文应用Modelica面向对象多领域语言对三相交流异步电动机反接制动系统进行建模及仿真。建模过程主要包括各个组件建模以及组件之间建立逻辑连接。应用扭矩和转速的方程对模型进行了运算。结果表明：仿真结果机械特性曲线与理论机械特性曲线相符。在同一负载条件下，通过改变频率参数，得到了电动机不同机械特性曲线，实现了三相交流异步电动机反接制动回路的功能。关键字：Modelica，反接制动，建模、仿真ISimulationofanti-connectingbrakingthecontrolcircuitofasynchronousmotorbasedonModelicaAbstract:Inthispaper,Modelicaisusedtomodelandsimulatetheanti-BrakeSystemofthree-phaseACasynchronousmotor.Themodelingprocessconsistsofthelogicalconnectionbetweenthecomponentsandthecomponents.Thecalculationofthemodeliscarriedoutwiththeequationoftorqueandrotationalspeed.Theresultsshowthatthesimulationresultsareinagreementwiththetheoreticalmechanicalcharacteristiccurvesofthemechanicalcharacteristiccurve.Underthesameloadcondition,bychangingthefrequencyparameters,thedifferentmechanicalcharacteristiccurvesofthemotorareobtained,andthefunctionoftheanti-connectingbrakingloopofthethree-phaseACasynchronousmotorisrealized.Keyword:Modelica,Plugbraking,ModelingandSimulationII目录1、绪论.11.1机电传动与反接制动的目的与意义.11.2反接制动控制回路仿真的工具及途径.11.3电动机制动的发展前景.22、异步电动机反接制动的理论基础.32.1电动机的概要介绍.32.2接触器的概要介绍.42.3保护元器件的相关简介.52.3.1热继电器.52.3.2熔断器.52.3.3电阻.62.4控制元器件的相关简介.62.4.1时间继电器.62.4.2速度继电器.72.5电路控制的基本原理.83、Modelica语言的介绍.103.1Modelica语言的模型要素.103.1.1变量.103.1.2方程与算法.103.1.3连接.113.1.4类与类型.113.2Modelica语言的建模功能.123.2.1面向对象式建模.123.2.2陈述时建模.124、运用OpenModelica对异步电动机的反接制动控制电路的的模拟仿真及其分析.134.1在OpenModelica中电路所需原件的模型块的建立.134.1.1三相电压源模型的建立.134.1.2电动机模型的建立.154.1.3时间继电器模型的建立.174.1.4速度继电器模型的建立.194.1.5电阻、熔断器模型的建立.204.1.6各类开关模型的建立.214.2异步电机反接制动的仿真.234.2.1连接电路图.234.2.2对电路图进行模型检查及编译分析.244.2.3仿真编译模型及分析变量曲线.245、总结.31参考文献.32致谢.3301绪论1.1机电传动与反接制动的目的与意义机电传动的快速发展与电机的发展密不可分。20世纪以前，由于电机的发展刚刚起步，并且发展方向定位在了工业的初步应用，多种多样的电机初步定型，电机的理论和电机的设计方法都不完善。20世纪以后，迎来了自动化发展的年代，对电机的要求也越来越高，借此电机的转型向性能良好、运行可靠、质量小、体积小的方向发展。目前的动力电机依旧正在向大型、巨型化的方向发展，但是专用电机却正在向长寿命、高精度、微型化的方向发展。因此各类电机已逐渐成为许多机电系统中的最为重要的元件，鉴于以上种种原因，机电传动的发展将会把把电子学、电机学和控制理论综合在一起的一门新兴学科。在这门新型学科中，电动机的研究分析，寿命计算，维修保护是一件意义非同寻常的大事。而本文将通过研究电动机的反接制动来达到停止电机的运行，以来保护电机的正常寿命。机电传动和控制目的是为了让生产机械设备、生产线、车间甚至整个工厂都能实现自动化。具体的讲，就是把电动机充当为原动机，从而驱动生产机械，故而将电能转换为机械能，结果可以实现生产机械的启动、停止及调速，满足多种生产工艺过程的各方面的要求，达到实现生产过程的全自动化。因此，机电传动和控制既包含了拖动生产机械的电动机，又包含了控制电动机的一整套控制系统。1.2反接制动控制回路仿真的工具及途径功能强大的统一建模语言，它具备领域无关的通用模型的描述能力，由于采用了统一的模型描述形式。因此，基于统一建模的方法可以实现复杂系统的不同领域内的子系统模型的无缝集成。关于系统建模语言的研究，可以追溯到Elmqvist的博士论文，随后又有许多学者对此展开了研究，结合面线对象的设计思想，引入“类”的概念对物理系统“方程”进行封转和扩展，从而奠定了该领域面向对象统一建模思想的理论基础。Modelica语言具备的种种强大功能，完全能够实现异步电动机的反接制动的模拟仿真，并且仿真效果直观可靠，可以随意改变参数来达到自己想要仿真的结果，方便简洁。通过仿真，解决了实物连接时出现的种种人为失误以及主要器件的损耗。1总之，仿真做好的能相当程度的减少产品试加工的投入，用处相当的大。基于Modelica语言的建模仿真技术已经在汽车、动力、电力、污水处理等国内外行业仿真中得到了广泛的应用，丰田、福特、宝马、德国航空航天等均已开始采用Modelica语言来进行多领域系统的工程化仿真应用。由欧洲仿真协会EUROSIM牵头，Dassault负责组织，联合奔驰、宝马、西门子。ABB等国际知名公司，全面启动了欧洲最大的资源库计划，共同构建基于Modelica的欧洲模型库EUROSYSLIB。国内也开始在航天、航空、汽车、能源等行业广泛应用基于Modelica多领域建模和仿真技术，在中国大飞机项目、汽车整车建模与分析等应用中取得了良好的效果。Modelica语言可以完全实现异步电动机的反接制动的仿真，而OpenModelica软件又为其提供了一个可以让软件运行的平台。这款软件，可以处理解决涉及到的机、气、液领域的诸多实际问题。1.3电动机制动的发展前景异步电动机和直流电动机类似，除了电动机运转状态外，制动共有三种形式，即反馈制动（即发电制动）、能耗制动、反接制动，无论哪一种制动方式，都具备一个共同的特点，即电动机的转速n与电磁转矩T的方向相反。此时，电磁转矩起制动作用，电动机从轴上吸收机械能并转化为电能。当发生制动时，扭矩和转速图从第一象限，变至第二象限，当转速减到一定值后，电动机的电源被切断，电机停止运转。22异步电动机反接制动的理论基础2.1电动机的概要介绍电动机可分为直流和交流两大类。电动机的工作原理是实现电能到机械能之间的转化，它是一类旋转的机械装置。当电动机的输入和输出相反时，电动机就会变成发电机，工作原理正好与电动机相反。1.电动机的结构主要分为定子和转子两个主要部分。定子的组成有主磁极、机座、电刷、换相极等装置。而转子的组成则包括电枢铁芯、换向器和电枢绕组等。鉴于本次毕业设计用到的电动机是异步电动机，故将主要精力放在异步电动机的介绍。三相异步电动机的工作原理是在转子电流和定子旋转磁场的共同作用下实现的。电动机的三相绕组接上三相电源，产生一个旋转磁场，导致转子绕组的导体切割磁感线，使得线圈受到一个力的作用而产生运动。由于转子转速与同步转速不同，因此称此电动机为异步电动机，定义转速差(2-1)0ns其中，转差率s是分析电动机运行情况的主要参数之一。并且(2-2)06fnpf为电流的频率，旋转磁场每分钟的转速为60f转。2.三相异步电动机的转矩与机械特性电动机的电磁转矩表达式为(2-3)2cosmTK在表达式中，为仅与电动机结构有关的参数；为旋转磁场的每一极磁通；为mK2I转子的电流；cos为转子回路的功率因数，且cos的表达式为：22(2-4)2220cos()RXs与此同时，将（2-5）代到（2-6）中，可得（2-7），如下：(2-5)214.EfN(2-6)20sEIR3(2-7)12204.()sfNIRX由以上七个式子，则可以得到转矩的另一个表达式，即(2-8)22100()()sUsRTK式中，K为与电动机结构参数和电源频率有关的一个常数；、U分别为定子绕组1相电压、电源电压；为电动机不动（n=0）时，转子每相绕组的感抗；R2为每相20X绕组的电阻。2.2接触器的概要介绍接触器主要是用来远距离频繁地接通和断开直、交流主电路和大容量控制电流的一种电器。它具有能动作快速，控制容量大，使用时安全便利，并且能够频繁的操作和远距离的操作等优点。而且，接触器主要用作电动机，小型发电机，电焊机，电热装备和电容器组等的主控开关。对于负载电流，可以接通和断开，但是对于短路电流，则不能被切断，因此，它常与熔断器和热继电器配合使用。对于接触器的结构，由触头系统，灭弧装置和电磁机构等组成。线圈和静触头是固定不变的。当线圈通电以后，产生的电磁力可以克服弹簧的反作用了，使衔铁发生动作，以吸合，并且静触头接触，使主电路被接通。同理，当线圈断电时，因为电磁吸力的消失，弹簧的反作用将衔铁跳开，静触头和动触头也随着分离，切断主电流。其分类可有以下几个基准：依据主触头，可以分为单极、双极，和三极；依据操作机构，可以分为电磁式、气动式和液压式等；按照电流种类，可以分为交流接触器和直流接触器。接触器的实物图标如图2-1所示：图2-1接触器图标42.3保护元器件的相关简介2.3.1热继电器热继电器在电路当中，充当的是起过热保护的作用。根据基尔霍夫电流定律，焦耳定律，当有电流通过导线时，会产生热量，而产生的热量如果过多，又有可能引发一系列的安全事故，如使导线的皮着火而引起火灾。为了避免此种情况的发生，我们在回路中串联了热继电器。当线路的温度超过某一限定值时，热继电器动作，切断回路，使电路停止工作，从而使电路中各个元器件“休闲”下来，这样便可以避免温度过高带来的种种不利因素。热继电器的控制因素至于温度有关。当回路中的温度低于某一限定值时，其不工作。该触头为常闭触头，不工作时，其相当于一根导线。在电路中，用字母“FR”来表示热继电器。2.3.2熔断器在电路当中，熔断器的功能起过流保护。当电流过大时，将会导致熔断器发生作用，从而使整个回路短路，因此回路中各个元器件将会得到保护，寿命将得到延长，提高使用效率。熔断器也是同热继电器一样，同为一次性工作元器件。当它作用时，下次若想要使回路再能正常工作，需要将熔断器换成一组新的。而熔断器在电路回路中的符号，用字母“FU”来表示。2.3.3电阻电阻在异步电动机反接制动控制电路中的作用，起的是一种保护原件。为了防止反接制动时，电流过大而超出某些元器件的额定电流，导致功能发生失效，故在反接回路中串入了电阻，使电路中总电流减少。电阻在回路当中，还起着一部分的分压作用。鉴于此，与其串联的元器件的额定电压将会得到更安全的保证。对于限流功能，主要有以上的熔断器提供。当然，电路回路中，电阻的符号依旧用字母“R”来表示。正因为有了热继电器的过热保护，熔断器的过流保护，电阻的分压作用，才能使整个回路安全有效的运行和工作。这样，不仅达到了实现了电路的特定功能，又5能提高元器件的使用寿命，一举两得。2.4控制元器件的相关简介2.4.1时间继电器时间继电器由线圈和触头两大类组合而成，而触头又分为常开型和常闭型两大类。针对于本次毕业设计中用到的时间继电器：在主回路当，时间继电器接的是常开型触头的开关；在控制回路当中，接入回路当中的是线圈和常闭型的触头的开关。针对于时间继电器的作用和功能，我们可以这样来理解：定时到一定值时，带动开关发生动。，常开型触头开关闭合，同时，常闭型触头开关断开，实现，从一个回路到另一个回路的来回切换。当然，若回路当中出现多个时间继电器时，我们要注意自锁与互锁之间的逻辑关系。即当时间继电器1处于工作状态，那么，与此相对的，时间继电器2应处于非工作状态。时间继电器在电路图当中的符号用“KS”来表示，并且时间继电器的工作原理示意图见下图2-2所示：图2-2时间继电器示意图62.4.2速度继电器速度继电器的结构也是由转子，定子，以及触点三部分组合而成。它是与电动机的输出轴直接连接，通过测定电动机的转速来采集数据。在采集数据时，转子随着电动机的输出轴的旋转而转动，从而导致产生的磁场与定子的短路条想切割，从而带动速度继电器内的杠杆，以此来通过控制开关的通断闭合来达到预定电气连接线路的通断。速度继电器的示意图如图2-3所示。图2-3速度继电器示意图2.5电路控制的基本原理异步电动机反接制动控制电路图如图2-4所示：7图2-4反接制动控制电路该控制电路的工作原理是通过改变异步电动机定子绕组中三相电源的相序，从而让电动机的转子切割反向旋转的磁场，故而产生一个相反的制动扭矩来实现最终的目的和功能。在电路图当中，电源为每相相差120度的三相交流电压源。开关QS控制整个电路的通断状态。该电路主要分为主电路和控制电路两大块，并且FU为熔断器，起过流保护的作用；FR为热继电器，由线圈和触头两部分组成，为常闭型触点开关类型，起到的是过热保护的作用；电阻R有分压的作用。在控制电路当中，2类继电器的开关触头之间自锁与互锁之间交叉应用，目的是为了符合电路的逻辑关系。如果按下开关SB2，当时间继电器定时到某个设定值时，带动KM1开关动作，主电路当中电动机实现正转，同时控制电路的另一分支处于断开状态。当然，若电动机的转速超过速度继电器的设定值时（在此毕业设计中，定位1500r/min）,将会使控制电路当中的SR发生动作，使其闭合。与此同时，时间继8电器KM2开始定时，之后将带动开关KM2发生动作，另一支控制支路中的常闭触点KM2断开，主回路当中的KM1断开，KM2闭合，电动机实现反接制动。当电动机的转速低于100r/min时，速度继电器将会停止运转，实现整个回路的断开。93Modelica语言的介绍3.1Modelica语言的模型要素3.1.1变量在Modelica语言当中，系统所定义的变量只有流变量和势变量两种。对于流变量而言，它是一种“穿越型”的某种能量流的变量的一种，诸如力矩，电流等，在软件中，该变量用关键字“flow”表示。对于势变量而言，它是一种“跨越型”的变量的一种，诸如角度，位移等，在软件中，该变量用前的关键字常为缺省状态。两类属性相同的连接器可以进行连接操作。3.1.2方程与算法Modelica语言的核心模块是方程。并且在该模型中，方程的应用可以通过直接说明或者由父类来继承的，当然在连接好的模型当中，我们也可以直接转到文本视图中查看方程。对于方程而言，陈述式的非因果是其主要的特点，即求解的方向性没有诸多的限制要求。当然，这要归结于该软件赋值语句的强大功能以及可变性。对于算法，它是变量与变量之间约束关系的一种重要的变现形式。方程与算法既有联系又有区别。算法截然不同于方程的表现“非因果关系”的特点。它所代表的是等号左边是变量，右边是该变量的内容，将右边的赋值给左边。例如方程：R*i=v它可等价为以下三种可能的算法形式:i:=v/RR:=v/iv:=R*i方程中的这样一种非因果表达式可以用算法的三种因果表达式最终来表现。这样，就会大大的提高Modelica语言模块的可重复利用性。对于编程而言，这将会时程序员获益匪浅。而且，还可以避免因为公式的递推过程而引发的一系列问题，对于工作量的减轻也大有好处。方程的求解始末将会由系统自动根据数据流的方向而定。103.1.3连接Modelica中的连接需要连接起的功能才能实现，而定义连接器的作用是将模型与外界的一种连接，并且用“connector”来表示。相互连接的一些器件，顾名思义，应用连接器来实现，它包含描述的一些物理量，如电流量与电压，转角与扭矩等。下面，我们可以定义一个描述电压与电流量的连接器Pin，它的方程及程序描述如下所示。其他类的连接器也是类似定义的。connectorPinRealv;flowRealendPin;图2.1是三个Pin实例组件之间的连接及其Modelica连接语句。connect(cl,c2);connect(cl,c3);图2.1PIN连接图如连接connect(cl,c2),c1与c2都是属十类型Pin的连接器，两个pin连接起来可生成以下两个方程：CI.V=C2.VC1.1+c2.i=03.1.4类与类型和面向对象的的C+语言一样，类和对象的一些基本概念同样适用于Modelica语言的各个领域。Modelica的基本单位，我们同样用“类”来表示。所有的模型都是以类为基础，错综复杂的而存在着。当然，系统中定义了一般类和受限类两种类型。第一种中的一般类常用“class”表示，同理，第二中的受限类则使用“class”表示。而受限类的种类就比较广泛了。其中包含了有“package”，“model”，“record”，“type”，“connector”，“block”，“function”11七种类型。这七种类型又有不同的约束和限制。各自对应着各自不同的语义功能单元。3.2Modelica语言的建模功能3.2.1面向对象式建模Modelica具有面向对象语言特征：类、泛型（C+模板）、子类型，允许组件复用和模型进化。Modelica提供良好的软组件模型，通过组件（借口）相互连接，快速搭建复杂物理系统。3.2.2陈述时建模非因果建建模是一种陈述式建模方式，意味着基于方程而不基于赋值语句。方程不管哪个变量是输入（已知）、哪个变量是输出（未知）；对于赋值语句，赋值符号左边总是输出，右边总是输入。基于方程的模型其因果特性是不明确的，只有在方程系统求解时才确定变量的因果关系。非因果建模适于表达复杂系统的物理结构，基于方程的Modelica模型也比传统的包含赋值语句的模型具有更强的复用性。124运用OpenModelica对异步电动机的反接制动控制电路的的模拟仿真及其分析4.1在OpenModelica中电路所需原件的模型块的建立4.1.1三相电压源模型的建立电压源的建立可分为三个步骤：1、在模型库中拖出相应的输入输出接口拖出电源的三个输出端口时，首先在OpenMmodelica左边的模型库中找到“Modelica”，将其下拉菜单展开，找到“Block”，再将其下拉菜单打开，找到“Interfaces”，打开其下拉菜单，我们便可找到“Realout”，之后直接将其在新建的“电压源”文件模型中拖出来即可。关于具体的操作步骤，可以从示意图4.1如下所示：图4.1端口的查找与拖拉2、绘制相应的的电源图标13在拖出来的三个输出端口上，转到文件建模窗口下的“图标示图”状态下，画出三根平行的线段，连接至三个端口即可。电压源的图表如下图所示：图4.2三相电源图标3、编写实现其功能的相关的程序电压源的的相关程序如下所示：modelPowerSourceModelica.Blocks.Interfaces.RealOutputy;Modelica.Blocks.Interfaces.RealOutputy2;Modelica.Blocks.Interfaces.RealOutputy1;protectedconstantRealpi=Modelica.Constants.pi;equationconnect(y1,y2);y=380*Modelica.Math.sin(2*pi*50*(time-0+0);y1=380*Modelica.Math.sin(2*pi*50*(time-0+120);y2=380*Modelica.Math.sin(2*pi*50*(time-0+240);endPowerSource;144.1.2电动机模型的建立电动机的模型建立与电压源是类似的，也是分为三个步骤。1、在模型库中拖出相应的输入输出接口由于使用的是异步电动机，且输出端还要带动速度继电器的运转，所以要在所建电动机的“组件示图”窗口下拖出三个输入端口，一个输出端口。输入端口的选择与电压源的完全一致，而输出端口的选择是与输入在一个目录下进行的，为“RealOutput”。2、电动机图标的绘制将“电动机”文件的窗口从“组件示图”切换至“图标示图”状态下，再进行相关的操作。在输入输出端口间绘制一个大小适中的圆后，将其加粗，加粗的步骤是双击所绘制的圆，进入“属性”设置界面，再进行相关的操作，属性界面如图4.3所示，并在中间写上“M”的字样，在图标上方写上“异步电动机”字样即可。图4.3圆属性设置界面电动机的图标如图4.4所示：15图表4.4电动机图标3、编写实现其功能的程序blockmotortestReals;Reals1;RealEndtime=1500;/RealT;Modelica.Blocks.Interfaces.RealInputu;Modelica.Blocks.Interfaces.RealInputu1;Modelica.Blocks.Interfaces.RealInputu2;Modelica.Blocks.Interfaces.RealOutputT;Modelica.Blocks.Interfaces.RealOutputT1;equationiftimeBlocks-Interfaces-BooleanInput(BooleanOutput).其次，在switch2文件的图标示图窗口绘制开关图标。图标如下图4.5所示。图4.5switch2图标2.布尔脉冲源的模型建立如下所示：由于系统库文件中存在布尔脉冲源的块模型，所以直接将其拖到所画电路图的17文件中去，并且与所建的switch2模型块连接，即可实现时间继电器的功能。布尔脉冲源的具体路径为：Modelica-Blocks-Sources-BooleanPluse.其图标如4.6所示。图4.6BooleanPluse图标布尔脉冲源的程序为：blockBooleanPulseGeneratepulsesignaloftypeBooleanparameterRealwidth(finalmin=Modelica.Constants.small,finalmax=100)=50Widthofpulsein%ofperiod;parameterModelica.SIunits.Timeperiod(finalmin=Modelica.Constants.small,start=1)Timeforoneperiod;parameterModelica.SIunits.TimestartTime=0Timeinstantoffirstpulse;extendsModelica.Blocks.Interfaces.partialBooleanSource;protectedparameterModelica.SIunits.TimeTwidth=period*width/100widthofonepulseannotation(HideResult=true);discreteModelica.SIunits.TimepulsStartStarttimeofpulseinitialequationpulsStart=startTime;equationwhensample(startTime,period)then18pulsStart=time;endwhen;y=time=pulsStartandtimeBlocks-Sources-BooleanStep。并且开关模型的建立依旧是在两个窗口间进行上述类似的工作。最终的switch1的图标如图4.10所示。21图4.10switch1图标Switch3的功能是连接速度继电器与正反接电路开关控制源的一类开关。结构由一个输入和两个输出来控制的。以用来实现：当转速低于1500r/min时，电动机正接，当转速高于1500r/min时，实现电动机反接的目的。开关3的建模流程与以上的类似，图标如图4.11所示。图4.11switch3图标224.2异步电机反接制动的仿真4.2.1连接电路图打开OpenModelica软件，并将上述建立起来的各个元器件在模型库中打开。打开模型库的方法是单击工具栏的“文件”图标，选择“打开模型/库文件”，单击进入，便可实现。在打开各个基本元器件的模型后，新建一个“dianlutu”的文件，进行整体电路图的连接绘制。将各个元器件分别拖至文件的“模型示图”窗口，接着按照“三相电源PowerSource刀开关switch1熔断器shortswitch2（再并联反接一个switch2）电动机motortest速度继电器KSswitch3开关控制源booleanplusswitch2”的顺序连接，连接时需要单击工具栏的“连接”按钮即可。电路图如下图4.12所示。图4.12电路图234.2.2对电路图进行模型检查及编译分析1.电路图连接结束后，需要对连接的该模型进行模型检查。首先需要单击工具栏按钮“”或者菜单当中的“仿真模型检查”，对当前的模型进行语义和语法的检查。语法的检查主要是检查模型的代码是否完全符合Modelica的语法规范，而语义的检查主要是检查模型的结构是否存在理论上的二义性，模型检查的提示信息会及时显示在输出栏中。若检查过程中发现了错误，则错误的具体信息则会显示在错误列表的面板中。如图4.13表示的是本仿真中没有语义和语法的错误。图4.13a错误列表图4.13b输出栏2.模型检查结束后，若没有任何的错误，则可对电路图进行仿真，需要单击工具栏的“”按钮。4.2.3仿真编译模型及分析变量曲线（1）按照图4.12创建的模型电路进行仿真求解，首先打开仿真环境。（2）在上述仿真求解模型中找到此电路的标志性数据如电动机的转矩曲线分析。电动机正转时的转速，扭矩曲线图如图4.14所示：24图4.14电动机正转时nT图在该模型环境中设置参数时间区间为01500，并且单击工具栏当中的按钮，在新建窗口下，并在右栏“变量浏览器”中依次先点击T，再点击time参数，这样就可以得到正转时的n-T图。电动机反接制动时的转速、扭矩曲线图如图4.15所示：图4.15电动机反接制动时nT图在该模型环境中设置参数时间区间为-15000，并且单击工具栏当中的按钮，在新建窗口下，并在右栏“变量浏览器”中依次先点击T1，再点击time参数，这样就可以得到电动机反接制动时的n-T图。由于该软件的局限性，当电动机正转和反接制动时的扭矩、转速图，亦即nT25图在一个坐标窗口内无法反映出来。但通过一系列的参数设置，我们可以将Tn图在一个坐标系中反映出来，如下图4.16所示。图4.16电动机正转和反接制动时nT图在该模型环境中设置参数时间区间为1500-1500，并且单击工具栏当中的按钮，在新建窗口下，并在右栏“变量浏览器”中依次先点击T，再点击T1参数，这样就可以得到电动机正转和反接制动时的n-T图。在经过与同学的精心探讨之后，我们把时间与转速分来，就实验结果而言，效果明显比上述用转速等效于时间的效果好多了。首先，电动机当中的函数表达式发生了变化，具体方程如下所示：modelaaRealn(start=0);RealT(start=0);Reals;Realw(start=0);parameterRealJ=10;parameterRealn0=1500;equationiftime=700thens=(1500-n)/1500;T=144400*s/(100+900*s*s);w/6.28=n;J*der(w)=T;elses=(1500+n)/1500;T=-144400*s/(100+900*s*s);w/6.28=n;J*der(w)=T;26/当time=1625时，n=0；endif;endaa;就程序而言，if下方的四个方程为电动机直接启动时转速，转矩，角速度，时间之间对应的函数关系，同理，else下方的四个方程就相应的是反接制动时的函数关系了。对直接启动时的电路图进行仿真，具体操作为：先点击工具栏上的“仿真”选项，选择“仿真配置”，进入”常规”界面后，将仿真时间改为700，点击仿真即可。具体操作流程如下4-17所示。图4-17正转时仿真设置界面当进入到OpenModelica软件的绘图界面时，在“plot”窗口，我们就可以观察27到转速n和转矩T分别随时间的变化曲线以及nT图。其中，n和T的变化如图4-18所示。图4-18n和T的变化趋势图在图中，红线代表的是转速n随时间的变化趋势图，刚开始时转速从零开始增加，经过一段时间后，转速达到额定值定值1500r/min,这是一个缓慢增至稳定值的过程。对于转矩而言，刚开始时，有一个初始值，先随时间的递增缓慢增加，之后再随时间的递增而缓慢简直0，此时正好对应的是转速达到恒定值。之后在工具栏上点击“新建参数化绘图窗口”选项，在右边的变量浏览器中，先点击自变量“T”，再点击因变量“n”，便可以得到n-T图，如4-19所示。图4-19n-T图28在图4-19中，我们可以观察到一条“马桶曲线”，在转速n增大的过程中，转矩T先增大后减小的一个过程，这完全符合电动机的机械特性。关于反接制动时的模拟仿真，我们应该在“建模”窗口下，点击“仿真”，这次是把仿真区间的结束时间改为1625，然后点击仿真，便可以得到一系列参数的曲线图。此时，转速n和转矩T随时间的变化趋势如4-20所示。图4-20反接制动时n和T的变化趋势在图4-20中，我们可以看到当转速达到1500r/min时，电路从正转跳到反接制动回路上去。其中，转速n从1500开始下降，到一定时间后，直接变为0，此时，电路断开。在转速开始下降时，转矩T从正变为负，而且有一个缓慢增大的过程。当反接制动时，转速和扭矩图如图4-21所示。29图4-21反接制动时的n-T图当电动机从正转跳到反接制动时，转速和转矩的“马桶曲线”直接变为第二象限内的类似于“斜直线”。即反接时，转矩首先与正转时的方向相反，转速是一个递减的过程，符合现实中反接制动时转速和转矩的机械特性曲线图。305总结本文通过在Openmodelica软件上应用Modelica面向对象多领域语言对三相交流异步电动机反接制动回路系统进行建模