MAT软件基础及应用 4

第四章MATLAB在电机与拖动中的应用4.1变压器4.2直流电机的运行4.3异步电机的运行4.1变压器

4.1.1变压器负载运行

【例4_1】计算一台单相变压器，其额定参数为fN=50Hz，SN=10kVA，U1N/U2N=380/220V。一、二次绕组的漏阻抗分别为Z1=(0.14+j0.22)Ω，Z2=(0.035+j0.055)Ω，励磁阻抗Zm=(30+j310)Ω，负载阻抗ZL=(4+j5)Ω。用T型简化等效电路计算一、二次侧的实际电流和励磁电流以及二次侧的电压。>>k=380/220;>>R1=0.14;X1=0.22;R2=0.035;X2=0.055;>>Rm=30;Xm=310;RL=4;XL=5;>>R21=k^2*R2;X21=k^2*X2;>>RL1=k^2*RL;XL1=k^2*XL;>>Z21=R21+i*X21 %折算后的Z2>>Zm=Rm+i*Xm %计算Zm>>ZL1=RL1+i*XL1 %折算后的ZLZL1=11.9339+14.9174i>>I0=U2/Zm %计算I0I0=0.1146-1.1976i>>I2=I0-I1 %计算I2I2=-12.0972+15.1879i>>I22=abs(I2)*k %二次侧的实际电流I2的幅值I22=33.5382>>U22=I22*abs(RL+i*XL) %二次侧的实际电压U2的幅值U22=214.7495>>Z1=R1+i*X1 %计算Z1Z1=0.1400+0.2200i>>Z=(Z21+ZL1)*Zm/(Z21+ZL1+Zm)+Z1 %计算总阻抗Z=11.1120+14.9097i>>I1abs=380/abs(Z) %一次侧的实际电流I1的幅值I1abs=20.4356>>I1=380/Z %一次侧的实际电流I1I1=12.2119-16.3855i>>U2=380-I1*Z1 %计算U2U2=3.7469e+002-3.9265e-001i4.1.2变压器模型仿真4.2直流电机的运行

4.2.1直流电机的机械特性【例4_2】计算一台Z2型他励直流电动机，PN=22kW，Ue=220V，Ie=115A，ne=1500r/min，电枢电阻R=0.18Ω，励磁电阻Rf=628Ω，计算其空载转速n0，额定转矩Me，并绘制其机械特性曲线。>>Un=220;Pn=22*10^3;>>Ie=115;ne=1500;>>Ra=0.18;Rf=628;>>CePhi=(Un-Ra*Ie)/ne%计算电动势常数CePhi=0.1329>>CmPhi=9.55*CePhi %计算电磁转矩常数CmPhi=1.2689>>n0=Un/CePhi %理想空载转速n0=1.6558e+003>>I=0:Ie; %电流从0到Ie>>n=(Un-Ra*I)/CePhi; %当电流从0到Ie时对应的转速>>Te=CmPhi*I; %计算电磁转矩>>plot(I,n,I,Te,'b:') >>legend('转速n','电磁转矩Te','Location','northwest>>axis([0Ie0n0]); %设置坐标范围>>xlabel('电枢电流Ie');>>ylabel('转速n,电磁转矩Te');4.2.2直流电机的串电阻起动直流电机的启动方式有：直接启动、串电阻启动和降压起动。【例4_3】使用Simulink建立他励直流电动机电枢串联三级电阻起动的仿真模型，观察并分析在串联电阻起动过程中电枢电流、转速和电磁转矩的变化曲线。使用阶跃信号Step模块分别在2.8秒、4.8秒和6.8秒闭合KM1、KM2和KM3从图中可以看出随着转速n的上升，Ea上升，Ia总的成下降趋势，又由于R逐级减小，所以在2.8s、4.8s和6.8s时刻处，电枢电流Ia会瞬间上升然后再下降。而电磁转矩的变化规律与电枢电流Ia相同。由于励磁电压240V，励磁电阻240，所以励磁电流始终保持1不变4.2.3直流电机的反接制动直流电机的制动方式包括能耗制动、反接制动、回馈制动和机械制动等方式。【例4_4】建立直流电动机的反接制动Simulink仿真模型，仿真用示波器分析获得转速、电枢电流和电磁转矩的暂态过程曲线。使用Simulink建立仿真模型，在正向启动2秒后反接制动，使用Timer模块设置时间，使用IdealSwitch模块来实现2秒后的反接切换，反接制动回路中串联了限流电阻Rb。当反接制动后转速下降，转速到0时应该停止，因此增加了比较环节RelationalOperator，将转速与0比较，转速小于0时停止仿真。在图中可以看出，转速在2秒时反接制动迅速下降，电枢电流反向为负，电磁转矩也反向为负，当转速到0时，完全停止。4.2.5直流电机改变电枢电压调速【例4_5】对直流电机改变电枢电压进行调速，开始0.2秒时为100V电压2秒后为240V电枢电压，使用Simulink建立他励直流电机的调速模型，并仿真分析转速、电流和电磁转矩的暂态过程曲线。在图中可以看到在0.2秒和2秒时，电压分别为100V和240V，转速随着电压升高而升高，电流升高后缓慢下降。4.3异步电机的运行

4.3.1异步电机的机械特性

【例4_6】已知一台三相4极异步电动机，额定电压U1=380V（∆形联接），额定频率f1=50HZ，额定转速nN=1487r/min，电机的R1=0.055Ω,x1=0.265Ω,x2=0.565Ω。根据电阻R2的变化，绘制出转差率-电磁转矩和电磁转矩-转速的机械特性曲线。U1=380;f1=50; %定子电源电压R1=0.055; %定子绕组电x1=0.265;x2=0.565; %定子和转子绕组漏抗 p=2; %极对数w=2*pi*f1/p; %同步角频率s=0.005:0.005:1; %转差率范围sL=length(s); %转差率个数forR2=[0.010.030.051] %R2电阻变化M=3*U1^2*R2./s./(w.*(R1+R2./s).^2+(x1+x2)^2); %计算电磁转矩Mfigure(1)n1=1487;n=n1-s*n1; %计算转速holdonplot(M,n)ylabel('转速n');xlabel('电磁转矩M');text(M(sL)+100,2000*R2,['R2=',num2str(R2)])%在图中显示文字figure(2)plot(s,M)text(0.8,M(sL)+100,['R2=',num2str(R2)]) %在图中显示文字xlabel('电磁转矩M');ylabel('转差率s');holdon4.3.2异步电机转子串电阻起动三相异步电机起动可以有直接起动，也可以降压起动，包括定子串电阻起动、星-三角形启动、自耦变压器启动等，绕线式异步电机还有转子串电阻、转子串频敏变阻器等方法。【例4_7】已知一台三相绕线式异步电机，额定功率为160KW，额定电压400V，频率为50HZ，电动机带负载启动，负载为72N·m，使用Simulink建立异步电动机转子串电阻模型，在起动后0.05秒时串接电阻，观察起动过程定子电流、转子电流、转速和电磁转矩的变化过程。可以看出异步电动机在0.05秒时Step上升沿使Three-PhaseBreaker接通，转子串电阻，则起动转矩Te增加，起动电流减小，转速n快速增大，实现快速起动。4.3.3异步电动机能耗制动异步电动机采用的制动方法与直流电动机一样，有反接制动、能耗制动和反馈制动等。【例4_8】异步电机的能耗制动是在定子电路中施加直流电源来实现，异步电机选择鼠笼型电机，在1秒时断开三相交流电源同时接上直流电源，使用Simulink来创建模型，并在示波器中查看定子电流、转子电流、转速和电磁转矩在制动过程中的曲线波形。在图中可以看到在1秒时，转速逐渐下降进行制动，制动开始时电流和电磁转矩都有反向的冲击，实现快速制动。4.3.4异步电机变频调速

【例4_9】使用改变三相电源频率的方法实现调速，异步电机采用频率为60Hz的鼠笼型电机，使用Simulink创建调速系统，并观察调速过程中定子电流、转子电流、转速和电磁转矩的波形曲线。创建Simulink异步电动机能