基于LabVIEW的三相异步电动机动态过程仿真(精)

第33卷第8期2010年8月自然科学版)JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGY合肥工业大学学报(Vol.33No.8Aug.2010Doi:10.3969/j.issn.10035060.2010.08.014基于LabVIEW的三相异步电动机动态过程仿真程良燕(合肥工业大学电气与自动化工程学院,安徽合肥230009)摘要:文章利用三相异步电动机在二相静止坐标系、下的数学模型,建立了基于LabVIEW的三相异步电动机的动态仿真模型,并进行了实例仿真。仿真结果表明,采用该动态模型可以客观、准确、方便地获得三相异步电动机的各项性能指标,可用于对三相异步电动机的各项研究中。关键词:三相异步电动机;动态模型;计算机仿真中图分类号:TP2734文献标志码:A文章编号:10035060(2010)08117903DynamicprocesssimulationofthreephaseasynchronousmotorbasedonLabVIEWCHENGLiangyan(SchoolofElectricEngineeringandAutomation,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:ThedynamicsimulationmodelofthreephaseasynchronousmotorisestablishedonthebasisofLabVIEWbythestaticcoordinatesystemwithtwophasesand.Simulationofanexampleisalsoconducted.Simulationresultsshowthattheperformanceindexesofthreephaseasynchronousmotorcanbeobtainedobjectively,accuratelyandeasilybythedynamicmodel,whichcanbeusedinvariousstudiesofthreephaseasynchronousmotor.Keywords:threephaseasynchronousmotor;dynamicmodel;computersimulation三相异步电动机是一个高阶次、非线性、强耦合的多变量系统,近年来,许多文献都利用Matlab中的Simulink已有运算模块或S函数或状态空间模块或ODE工具组来对异步电动机进行仿真研究1-4。本文根据三相异步电动机的微分方程进行拉氏变换,利用LabVIEW中的传递函数VI(虚拟仪器)对三相异步电动机动态模型进行仿真研究。仿真结果与三相异步电动机的实际运行情况相符。PLmiLmi1+(R2+PL2)iL2i2=01+ 2+ PLmi1- Lmi1+(R2+PL2)i2- L2i2=0(3)(4)电机转子磁链与电流的关系为:!2=L2i2+Lmi1!2=L2i2+Lmi1电机的电磁转矩为:Te=NP运动方程为:Te-Tl=NPdt(7)Lm(i1!2-i1!2)L2(6)(5)1异步电动机数学模型根据交流电机理论5,三相鼠笼式异步电动机在静止两相坐标系上的电压方程为:u1=(R1+PL1)i1+PLmi2u1=(R1+PL1)i1+PLmi2(1)(2)将(1)(7)式进行拉氏变换,推导可得:i1(s)=G1(s)u1(s)+A!2(s)+B (s)!2(s)(8)i1(s)=G1(s)u1(s)+A!2(s)-B (s)!2(s)(9)收稿日期:20090727;修回日期:20091022作者简介:程良燕(1984-),女,安徽怀宁人,合肥工业大学硕士生.1180!2(s)=G2(s)- (s)!2(s)+合肥工业大学学报(自然科学版)(10)(11)(12)(13)第33卷LR2i(s)L21在仿真时,只要在前面板中输入三相异步电动机相应的实际参数,并对仿真参数进行设置,通过仿真运行,便可在前面板的虚拟示波器中观察仿真结果。LmR2!2(s)=G2(s) (s)!i(s)2(s)+L21Te(s)=NPLmi1(s)!2(s)-i1(s)!2(s)L2P(s)=Te(s)-Tl(s)sJ3实例仿真选用的异步电动机技术参数为:R1=45#,R2=25#;L1=0545H,L2=0542H,Lm=051H,J=0025kgm;NP=2;三相交流电源模块输出幅值为311V、互差为120 的正弦电压uA、uB及uC。仿真初始时间为0s,结束时间为1s,仿真步长为0001s。(1)电动机空载起动和运行特性曲线,如图2、图3所示。其中,R1、R2为定、转子电阻;L1、L2为定、转子自1、感;Lm为定、转子间互感;uu1为、轴定子电压;i1、i1为、轴定子电流;i2、i2为、轴转子电流;!2、!2为、轴转子磁链;NP为电机极对数; 为电机转子的电气角速度;Te、Tl为电磁转矩及2负载转矩;J为电机转动惯量;R=R1+L2mR2/L2;2L=L1-L2m/L2;A=LmR2/L2;B=Lm/L2;G1(s)=(R+Ls)-1;G2(s)=(R2/L2+s)-1。2异步电动机的LabVIEW仿真模型(1)仿真模型主VI。在LabVIEW的控制设计与仿真选板中选择Simulation子选板下的仿真循环,以u1、u1、NP、R1、R2、L1、L2、Lm、J及Tl为输入量,以i1、i1、i2、i2、 及Te为输出量,利用TransferFunctionVI、IntegratorVI及相关信号运算函数6,在仿真循环中按照(8)(13)式建立变量间关系,从而建立电动机的仿真模型。(2)仿真模型子VI。在主程序中调用2个自定义子VI实现坐标变换,它们互为反变换7。3s/2s子VI把电源VI生成的三相交流电压变换到两相静止坐标系下。于是将三相静止坐标系下的三相交流电压uA、uB、uC转换到两相静止坐标系1、上的两相电压uu1,转换矩阵形式为:uA1-22u1=uB。3u10-uC228,9图2空载时电动机电磁转矩与机械转速(3)仿真模型前面板。仿真模型VI的前面板如图1所示。从图2可以看出,电动机输出转矩在空载启动初始阶段发生振荡。在049s转矩达到最大值13744Nm后开始下降,056s时,转矩为0,此时电动机机械转速达到最大值1500r/min。图3表明:定子A相电流在049s后幅值趋于稳定值18A,而转子A相电流趋于0。(2)电动机空载起动、负载运行有关特性曲线,如图4、图5所示。图4、图5给出了电动机空载起动后,05s时负载由0突加到10Nm,08s时负载由10Nm突减到5Nm,电动机第8期程良燕:基于LabVIEW的三相异步电动机动态过程仿真1181图5负载时电动机定、转子A相电流图3空载时电动机定、转子A相电流4结束语本文分析了三相异步电动机动态系统的数学模型,介绍了在LabVIEW环境中建立三相异步电动机动态模型的过程,并以实际电动机为例,验证了所建模型的有效性。该模型的动态性能较好,并可以调节仿真步长,从而提高仿真的精度。参考文献1刘艳,绍斌.感应电机广义模型的建立及仿真研究J.系统仿真报,2004,16(9):2052-2055.2耿大勇,王凤翔.MATLAB用于电动机特性仿真中应注意的问题J.辽宁工学院学报,2001,21(2):29-31.3顾德英,季正东,张平.基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真J.电力系统及其自动化学报,2003,15(2):71-73.4王锋,姜建国,颜天佑.基于Matlab的异步电动机建模方法的研究J.系统仿真学报,2006,18(7):1733-1735.5陈伯时.电力拖动自动控制系统M.第2版.北京:机械工业出版社,2000:7.6吴东成,孙野秋,盛科.LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用M.北京:人民邮电出版社,2008:18-28.7罗振中,朱建林,谭平安,等.基于Sinmulink基本元件的鼠笼式异步电机仿真研究J.湘潭大学自然科学学报,2004,26(2):85-87.8张建华,杨鹏,史旺旺.三相异步电动机起动过程仿真分析J.中小型电机,2002,29(6):10-13.9贺超英,黄美成