课程设计基于MATLABsimulink的三相交流异步电机正转和反转建模

课程设计--基于MATLABsimulink的三相交流异步电机正转和反转建模第一篇：课程设计--基于MATLABsimulink的三相交流异步电机正转和反转建模基于MATLAB/simulink的三相交流异步电机正转和反转建模与仿真姓名：李鹏程学号：031040525 专业：电气工程及其自动化完成日期：2012年12月18日[摘要] 在MATLAB/simulink环境下，设计和组合了三相交流异步电动机正转和反转的仿真模型。

仿真结果证明了控制方法的有效性，并且为其他交流异步电动机的设计提供了基本的设计理论的简单构型。

随着近年来电力电子工业和计算机科技的迅速发展，交流异步电动机赖于其结构简单，运行可靠，过载能力强，维护方便等优点逐渐应用于工业生产中的各个领域，并获得了广泛的接纳认可以及好评。

笔者仅仅基于简单的模块进行建模与仿真，从仿真模型中得出与实际理论相符合的情况，最终达到理论与实践相结合的目的。

一：三相交流电源模块设置以上为A项，相应的B、C两相相位分别改为120度、240度。

二：异步电动机参数设计设置转子以鼠笼式模块（squirrel-cage）进行连接，输出三相电流内部短路。

参考坐标系选用静止坐标系（stationary）。

异步电机的一切参数设置基于国家工频。

三：分路器设置其中包含：（1）定子三相电流：is-a、is-b。

is-c；（2）转子三相电流：ir-a、ir-b、ir-c；（3）转速n=wm/2pi;（4）转矩Te;这些量也是仿真中最后需要观察和分析的数据量。

四：完整的三相交流异步电机simulink模型异步电机simulink仿真模型1：仿真中必须有powergui模块。

其作用是：（1）：可以显示系统稳定状态的电流和电压以及电路以及所有的状态变量值；（2）：为了执行仿真，其可以允许修改初始状态值；（3）：可以执行负载的潮流计算，可以初始化包括三相电机在内的三相网络，三相电机的简化模型为同步电机或异步电机。

; D =ω 1 Ls r 2
电机的电磁转矩为 :
Te = np Lm ir1Ψ2 Lr
( 7)
电机的运动方程为 : ω J d Te - TL = ・
np dt
( 8)
式中 , Te 为电机的电磁转矩 ; TL 为电 机负载转矩 ; np 为电机的极对数 ; J 为电机
图 1 三相异步电机仿真系统
1 异步电机的仿真数学模型
利用 MATLAB 进行电机运行状态仿 真 ,最为关键的是建立起一个便于仿真的 电机模型 。在本文的实例中 , 将在同步旋 转两相坐标系下对一个直接接入三相电网 的异 步 鼠 笼 电 机 建 立 一 个 可 方 便 用 于 MATLAB 仿真的电机模型 。 为了区分于一般的同步旋转 d、 q 坐标 系统 ,这里采用 M、 T坐标轴代替 d、 q轴 , 且令 M 轴与电机中转子总磁链 Ψ 2 方向一 致 (转子总磁链 Ψ 2 等于气隙磁链 Ψ g 与转 子漏磁链 Ψ 21 之和 ) 。也就是说 , 把 M 轴 定向到 Ψ 2 的方向 。由于 Ψ 2 固定在 M 轴 方向上 ,所以转子磁链在 T轴方向上就没 有分量 ,即 ΨM2 =Ψ 2 。而转换到两相同步 旋转坐标系统的一个突出优点是 : 当 A、 B、 C 三相系统中的变量是正弦波时 , M、 T坐 标变量是直流量 。根据相关文献 , 我们可 知异步电机在两相同步旋转坐标系上按转
该电机数学模型是由电源 ( Electrical Sources ) 、 测 量 ( M easurements ) 、 电机 ( machines ) 、 电 力 电 子 ( Power Electron2 ics) 、 线路 ( Elements) 、 连接器 ( connectors) 等元 件 构 成 。调 用 MATLAB / SI MUL I NK 中的 Simpower System s环节中各相关环节 模块 ,并将其连接起来 ,就可得到该电机数 学模型的仿真模型 。图 1 所示的是一个三 相异步电动机仿真系统图 , 在使用该仿真 模型时 , 只需要输入电机定子 、 转子的电 阻、 感抗和负载转矩等参数 ,就可以进行仿 真。

4.3.4保护电路的设计
三相异步电动机运转中电源的一相断线，使电动机在严重不对称电压下运行，称为断相运行。断相后其气隙磁场由原来的圆形旋转磁场变为幅值变动的非恒速旋转椭圆形磁场，在噪声很大的车间或井下难以辨别电动机是否正常运转，由于没有足够的重视，常常使电动机烧毁。因此，有必要设置断相保护装置。
由于是交流供电系统，不能通过检测电流是否为零来检测是否断相。对于三相对称电源，相位互差120度，输出定子三相电流之间也存在相位差。所以可以检测是否有两相电流同时为零来检测是否断相。
7.2仿真结果16
7.3结果分析20
八、结语20
九、参考文献22
一、项目背景
感应电动机以其结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高、价格低廉等优势得以在工业生产中广泛应用。但是感应电动机的启动性能较差，启动瞬时电流冲击很大，可高达额定电流的10倍以上，且启动冲击转矩也很大，加速了电机的老化及机械损坏，对电机本身及其拖动设备的使用寿命有很严重的影响。同时也会对电网造成冲击，使供电电网产生较大的波动，从而影响同一电网中其他设备的正常工作。除此之外，如果发生缺相或欠压，则极易造成电动机烧毁。
图4-3同步信号提取电路
4.3、电流采样电路的设计
由于主要采用限流与斜坡升压软启动相结合的控制方案，软启动器工作时的主要任务是控制主回路的电流，因此要对电路进行监控控制。电路中须有电流检测电路实现电流反馈控制。这部分电路主要由电流传感器电路、绝对值电路、电压比较电路组成。
4.3.1电流传感器电路
输入主电路
电机启动的主电路采用有三组反并联晶闸管构成的三相交—交变频电路，采用同步电压检测环节来检测相电压的过零点，检测结果作用于单片机，以实现对加在感应电机上的电压进行控制。利用电流反馈检测环节，将启动电流反馈给单片机，单片机通过一定的算法改变输出电压的数字量，从而改变作用于驱动电路的模拟信号电压值，达到改变晶闸管触发角，实现调节作用于电机定子的电压，当反馈电流大于电流限定值时，触发角维持原值，不再改变直至电流减小到限定值后，继续升压直至全压。

10.3969/j.issn.1000-0755.2014.10.002三相异步电动机在MATLAB下的建模与仿真何凯荣军吴管何飞谢涛（湖南理工学院信息与通信工程学院，湖南岳阳 414006）摘要：介绍了三相异步电动机的工作原理，重点研究了其在MA TLAB/Simulink中的建模思路，最后给出了仿真结果并对仿真结果进行了分析，为其在今后的实际应用打下了坚实的基础。

Modeling and Simulation of Three-phase Asynchronous Motor Based on MA TLABHe Kai Rong Jun Wu Guan He Fei Xie Tao(Department of Information and Communication Engineering,Hunan Institute of Science and Technology. Yueyang, Hunan)Abstract: This paper introduces the working principle of three-phase asynchronous motor, and mainly studies the modeling ideas in the MA TLAB/Simulink. Finally, the paper gives out the simulation results of three-phase asynchronous motor and analyzes the simulation results, so that laying a solid foundation for its practical application in the future.Key words: asynchronous motor; load operation; mechanical property; modeling0 引言异步电机相对于直流电机具有维护简单、体积小和重量轻等优点，广泛应用于工农业生产和生活中。

基于MATLAB/simulink的三相交流异步电机正转和反转建模与仿真姓名：李鹏程学号：031040525专业：电气工程及其自动化完成日期：2012年12月18日[摘要] 在MATLAB/simulink环境下，设计和组合了三相交流异步电动机正转和反转的仿真模型。

仿真结果证明了控制方法的有效性，并且为其他交流异步电动机的设计提供了基本的设计理论的简单构型。

随着近年来电力电子工业和计算机科技的迅速发展，交流异步电动机赖于其结构简单，运行可靠，过载能力强，维护方便等优点逐渐应用于工业生产中的各个领域，并获得了广泛的接纳认可以及好评。

笔者仅仅基于简单的模块进行建模与仿真，从仿真模型中得出与实际理论相符合的情况，最终达到理论与实践相结合的目的。

一：三相交流电源模块设置以上为A项，相应的B、C两相相位分别改为120度、240度。

二：异步电动机参数设计设置转子以鼠笼式模块（squirrel-cage）进行连接，输出三相电流内部短路。

参考坐标系选用静止坐标系（stationary）。

异步电机的一切参数设置基于国家工频。

三：分路器设置其中包含：（1）定子三相电流：is-a、is-b。

is-c；（2）转子三相电流：ir-a、ir-b、ir-c；（3）转速n=wm/2pi;（4）转矩Te;这些量也是仿真中最后需要观察和分析的数据量。

四：完整的三相交流异步电机simulink模型异步电机simulink仿真模型1：仿真中必须有powergui模块。

其作用是：（1）：可以显示系统稳定状态的电流和电压以及电路以及所有的状态变量值；（2）：为了执行仿真，其可以允许修改初始状态值；（3）：可以执行负载的潮流计算，可以初始化包括三相电机在内的三相网络，三相电机的简化模型为同步电机或异步电机。

即，其在本仿真中起到的作用。

2：异步电动机模块，使用的是鼠笼式转子，输出三项电流再其内部短路，采用静止坐标系，有利于波形的观察和分析。

3：总线选择器（bus slecter）：一路总线输入后多路输出，方便波形的检测。

基于MATLAB的三相鼠笼式交流异步电动机制动仿真
三相鼠笼式交流异步电动机是一种常见的工业电动机，具有结构简单、运行可靠、接线便捷等特点。

为了更好地了解鼠笼式交流异步电动机的制
动过程，可以使用MATLAB软件进行仿真研究。

首先，我们需要建立鼠笼式交流异步电动机的数学模型。

这个模型是
基于电动机的物理特性和电路等参数建立的，可以描述电动机的运行情况。

通常，鼠笼式交流异步电动机的数学模型可以分为电磁部分和机械部分两
部分。

在电磁部分，我们可以利用磁动势方程描述电动机的电磁特性。

首先，我们可以根据电动机的电路参数计算出定子电压、电流和电动势等相关参数。

然后，根据电动势方程，我们可以计算出电动机的磁链和电磁转矩。

在机械部分，我们可以利用转矩方程描述电动机的机械特性。

根据载
荷特性和电动机的转速、转矩、惯性等参数，我们可以计算出电动机的机
械转矩和转速。

在建立了鼠笼式交流异步电动机的数学模型之后，我们可以使用MATLAB软件进行仿真研究。

根据实际需求，我们可以设置不同的仿真条
件和参数，如电机参数、工作状态、负载特性等。

然后，我们可以运行仿
真程序，得到电动机在不同工况下的运行情况和性能指标。

通过仿真研究，我们可以得到电动机的速度-转矩特性曲线、电流-转
矩特性曲线、功率-转矩特性曲线等数据，从而更好地理解电动机的工作
原理和性能。

总之，基于MATLAB的三相鼠笼式交流异步电动机制动仿真可以帮助研究人员深入了解电动机的运行特性和性能，提供了一种快捷有效的研究方法。

同时，这种仿真方法也可以用于电动机的设计优化和性能改进。

………………………. …………. …………………山东农业大学 毕 业 论 文 基于Matlab/Simulink 的异步电动机交流调速系统模型设计及仿真 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化3班 届 次 20**届 学生姓名 学 号 指导教师 二0**年六月一日装订线……………….……. …………. …………. ………目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.1.1 研究目的 (1)1.1.2 研究意义 (1)1.2 研究的背景 (1)1.3 国内外研究现状 (1)1.4 研究方法 (2)2 异步电动机的调速系统 (2)2.1 异步电动机调速系统的分类 (2)2.2 异步电机调速原理简介 (3)2.2.1 变极电动机 (3)2.2.2 变频调速 (3)2.2.3 转子串电阻调速 (3)2.2.4 调压调速 (3)2.3 各种异步电机调速的特点 (3)2.3.1 变极调速方法 (3)2.3.2 变频调速方法 (3)2.3.3 转子串电阻调速方法 (4)2.3.4 调压调速的方法 (4)3 异步电机调压调速模型设计 (4)3.1 异步电机调压调速的原理 (4)3.2 速度负反馈的交流调压调速系统 (5)3.3 调压调速系统的组成部分 (6)3.3.1 三相交流调压器 (6)3.3.2 同步脉冲触发器 (7)3.3.3 反馈环节 (7)4 三相交流调压调速系统的matlab仿真 (9)4.1 matlab简介 (9)4.2 Simulink库介绍 (9)4.3系统建模与仿真 (11)4.3.1 三相电源的建模及参数设置 (11)4.3.2 同步流脉冲触发器的建模与参数的设置 (12)4.3.3 三相交流调压电路的建模与参数设置及仿真 (13)4.3.4 电机模块的建模与参数设置 (14)4.3.5 转速反馈环节及给定环节的建模及参数设置 (15)4.4 带转速负反馈的三相交流调压调速系统的连接图 (15)4.5 仿真结果与分析 (15)5 结论 (19)参考文献 (21)致谢 (22)附录 (23)ContentsAbstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。

信息工程系电力拖动自动控制论文题目: 基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真专业：电气工程及其自动化班级：K0309414学号：K030941410学生姓名：蔡泉权指导教师：耿东山2012 年 6 月 1 日基于SIMULINK 的异步电机的建模与仿真摘 要 利用MATLAB 软件中的动态仿真工具SIMULINK ，构建异步电机的仿真模型，并通过实验验证了所建电机模型的可行性、实用性。

关键词 异步电机 建模 仿真 MATLAB ／SIMULINK1 引言随着电力电子技术的飞速进步和交流电机调速理论的不断深入。

异步电机的应用日益广泛。

然而异步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

通过坐标变换，可以消除瞬变过程中的周期性时变系统和降低方程的阶数，从而简化数学模型，基于这种观念，利用计算机仿真技术去建模既省时又直观。

本文采用异步电机基于两相静止坐标系下的数学模型，结合坐标变换，利用MATLAB 软件中的动态仿真SIMULINK ，建立异步电机的仿真模型。

并通过实例进行实时仿真。

2 基于静止坐标系下异步电机数学模型异步电机的数学建模方法是将三相电机转换成两相电机，按两相电机建模。

2．1 电压矩阵方程异步电机在两相静止坐标系中的电压矩阵方程为式中，u α1，u β1分别是异步电机在α、β轴上定子电压分量；u α2，u β2分别是异步电机在α、β轴上转子电压分量；i α1，i β1分别是异步电机在α、β轴上定子电流分量；i α2，i β2分别是异步电机在α、β轴上转子电流分量；R 1、R 2分别为定、转子电阻；L 1、L 2分别为定、转子电感；L m 为互感；s 为微分算子；ω为转子角速度特别地，对于笼型电机转子侧电压为零。

2．2 三相－二相变换三相对称静止绕组，通以三相平衡的正弦电流，产生合成磁动势，以同步转速旋转，则此三相称为三相静止坐标系。

两相静止绕组，它们在空间互差90度电角度，且通入时间上互差90度的两相电流，也产生与上相同的磁动势，则把此两相称为两相静止坐标系。

基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真摘要利用MATLAB软件中的动态仿真工具SIMULINK，构建了异步电机的仿真模型，并通过实验验证了所建电机模型的可行性、与实用性。

关键词异步电机建模仿真MATLAB／SIMULINK1 引言随着电力电子技术的飞速进步和交流电机调速理论的不断深入。

异步电机的应用日益广泛。

然而异步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。

通过坐标变换，可以消除瞬变过程中的周期性时变系统和降低方程的阶数，从而简化数学模型，基于这种观念，利用计算机仿真技术去建模既省时又直观。

本文采用异步电机基于两相静止坐标系下的数学模型，结合坐标变换，利用MATLAB软件中的动态仿真SIMULINK，建立异步电机的仿真模型。

并通过实例进行实时仿真。

2 基于静止坐标系下异步电机数学模型异步电机的数学建模方法是将三相电机转换成两相电机，按两相电机建模。

2．1电压矩阵方程异步电机在两相静止坐标系中的电压矩阵方程为式中，uα1，uβ1分别是异步电机在α、β轴上定子电压分量；uα2，uβ2分别是异步电机在α、β轴上转子电压分量；iα1，iβ1分别是异步电机在α、β轴上定子电流分量；iα2，iβ2分别是异步电机在α、β轴上转子电流分量；R1、R2分别为定、转子电阻；L1、L2分别为定、转子电感；L m为互感；s为微分算子；ω为转子角速度特别地，对于笼型电机转子侧电压为零。

2．2三相－二相变换三相对称静止绕组，通以三相平衡的正弦电流，产生合成磁动势，以同步转速旋转，则此三相称为三相静止坐标系。

两相静止绕组，它们在空间互差90度电角度，且通入时间上互差90度的两相电流，也产生与上相同的磁动势，则把此两相称为两相静止坐标系。

若它们的磁动势空间位置一致、幅值和转速相等，故可认为这两种坐标系等效。

三相－两相的转换矩阵如下：2．3转矩和运动方程转矩方程式为：式中p n为电机的极对数；J为电机的转动惯量；T l为负载转矩。

摘要现代交流调速技术被誉为20世纪后期人类社会重大技术进步之一,在电机电气传动领域产生了巨大的社会效益.进入21世纪,交流调速技术继续作为电气传动系统的主要研究课题之一。

MATLAB是新一代的科学与工程计算软件，已经成为全球应用最广泛最流行的软件之一。

现在的MATLAB已经不仅仅是一个矩阵实验室，它已经成为了一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言，它在高校和研究部门扮演着重要的角色。

MATLAB不仅具有传统的交互编程功能，而且提供了丰富可靠的矩阵运算、图形绘制、数据处理、信号与图象处理等工具，其功能也越来越强大。

本文运用MATLAB模拟三相异步电机调速特性，使繁琐的数学处理工作的效率大大加快。

计算确定电机的磁路、参数、运行性能和起动性能的计算。

并做出相对应的实验，验证所得参数的正确性。

通过电磁计算所得的电机性能指标必须符合国家标准或设计任务书的要求，否则应进行调整。

在电磁计算过程中一般选择若干个不同的方案同时进行，然后通过分析比较选择最佳方案。

说明MATLAB非常适合电气设计的仿真实验。

关键词：MATLAB；仿真Simulink；交流调速AbstractThe modern AC variable speed technology known as the late 20th century, human society is one of major technological advances in the field of electric drive motors produce enormous social benefits. Into the 21st century, AC variable speed electric drive system to continue as a major research topic one. MATLAB is a new generation of scientific and engineering computing software, has become the world's most widely used as one of the most popular software. MATLAB now has more than just a matrix laboratory, it has become a broad prospect of new high-level computer programming language, its universities and research play an important role. MATLAB not only traditional interactive programming capabilities, and provides a rich and reliable matrix operations, graphics rendering, data processing, signal and image processing tools, and its function more and more powerful. In this paper, MATLAB simulation of three-phase induction motor drive characteristics, so that the complicated mathematical treatment efficiency greatly accelerated. Determine the motor's magnetic circuit calculation, parameters, performance and starting performance calculation. And make corresponding experiments to verify the correctness of derived parameters. Calculated by electromagnetic motor performance indicators must comply with national standards or requirements of the design plan, or should be adjusted. Electromagnetic calculation generally select a number of different programs simultaneously, and then choose the best option analysis and comparison. Description MATLAB is designed for electrical simulation.Keywords: MATLAB; simulation Simulink; AC variable speed目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 第1章引言. (1)1.1引言 (1)1.2异步电机概述 (2)1.3系统仿真技术概述 (2)1.4仿真软件的发展状况与应用 (3)1.5MATLAB概述 (3)1.6Simulink概述 (5)1.7小结 (6)第2章三相异步电机原理 (7)2.1旋转磁场 (7)2.2同步转速 (8)2.3三相异步电动机的工作原理 (9)2.4三相异步电动机调速特性 (10)2.4.1变极调速 (10)2.4.2变频调速 (12)2.4.3调节转差能耗调速 (13)第3章仿真系统设计 (16)3.1系统对象 (16)3.2系统分块 (16)3.3系统仿真图 (18)3.3.1变频调速仿真图 (18)3.3.2转子绕组串电阻调速仿真图 (21)3.3.3调压调速仿真图 (24)第4章异步电动机转子绕组串电阻调速实验 (28)第5章结论 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录 (34)第1章引言1.1引言世界工业进步的一个重要因素是过去几十年中工厂自动化的不断完善。

基于MATLAB_SIMULINK实现三相交流异步电机SPWM调速控制的仿真与研究课程名称：电气工程课程设计基于MATLAB_SIMULINK三相交流异步电机SPWM控制调速的仿真与研究一．PWM控制的基本原理在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲在具有惯性的环节上，其效果基本相同。

冲量即指窄脉冲的面积。

这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。

如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常相近，仅在高频段略有差异。

当窄脉冲的形状不同，而它们的面积相等，那么，当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。

当窄脉冲变为单位冲击函数时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。

脉冲越窄，各脉冲响应波形的差异也越小。

如果周期性的施加脉冲，则响应也是周期的，用傅里叶级数分解后将可看出各波形在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。

上述原理即称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。

下面分析如何使用一系列等副不等宽的脉冲来代替一个正弦波。

将正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。

这些脉冲宽度相等，都等于π/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。

如果把上述脉冲序列利用相同数量的等副而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦半波部分面积相等，而得到一系列的脉冲序列，即PWM波形。

根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。

对于正弦半波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。

像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称之为SPWM（Sinusoidal PWM)波形。

二．电压型PWM逆变电路及其控制方法本实验采用调制法，即把希望输出的波形（正弦波）作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到所期望的PWM波形。

南湖学院电力电子技术题目：基于Matlab/Simulink的三相桥式全控整流电路的建模与仿真系部：南湖学院机电系专业：机械设计制造及其自动化班级：N机自四班07-4F姓名：学号：序号：29日25 月6年2010．基于Matlab/Simulink的三相桥式全控整流电路的建模与仿真摘要本文在对三相桥式全控整流电路理论分析的基础上，建立了基于Simulink的三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其带电阻负载时的工作情况进行了仿真分析与研究。

通过仿真分析也验证了本文所建模型的正确性。

关键词Simulink建模仿真三相桥式全控整流对于三相对称电源系统而言，单相可控整流电路为不对称负载，可影响电源三相负载的平衡性和系统的对称性。

故在负载容量较大的场合，通常采用三相或多相整流电路。

三相或多相电源可控整流电路是三相电源系统的对称负载，输出整流电压的脉动小、控制响应快，因此被广泛应用于众多工业场合。

本文在Simulink仿真环境下，运用PowerSystemBlockset的各种元件模型建立三相桥式全控整流电路的仿真模型，并对其进行仿真研究。

三相桥式全控整流电路的工作原理 1.三相桥式全控整流原理电路结构如图1所示。

三相桥式全控整流电路是应用最广泛的整流电路，完整的三相桥式整流电路由整流变压器、6个桥式连接的晶闸管、负载、触发器和同步环节组成（见图1-1）。

6个晶闸管以次相隔60度触发，将电源交流电整流为直流电。

三相桥式整流电路必须采用双脉冲触发或宽脉冲触发方式，以保证在每一瞬时都有两个晶闸管同时导通（上桥臂和下桥臂各一个）。

整流变压器采用三角形/星形联结是为了减少3的整倍次谐波电流对电源的影响。

元件的有序控制，即共阴极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为VT1、VT3、VT5，共阳极组中与a、b、c三相电源相接的三个晶闸管分别为VT、VT。

它们可构成电源系统对负载供电的6条整流回路，各整流回路的交流电源电压为两元件所在的相间的线电压。

《基于MATLAB的三相异步电动机的建模与仿真研究》工作特性，然后对基于基于MATLAB的三相异步电动机的建模与仿真进行了重点分析，以供广大读者参考。

【关键词】MATLAB 三相异步电动机建模仿真1 MATLAB简介MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，可以为三相异步电动机提供数值计算能力、专业水平的符号计算功能、可视化建模和仿真等功能。

矩阵是MATLAB的基本数据单位，其指令表达形式类似于数学和工程中用到的，所以相比较C语言而言，MATLAB的结算问题能力更便捷。

目前的MATLAB包含了数百种以上的内部函数主包和三十多种工具包，后者又可以分为学科工具包和功能性工具包，从而实现处理可视化建模仿真、实时控制、文字处理等各项功能。

MATLAB还有着很强的开放性，其内部的主包和工具包都属于可读可修改文件，从而方便用户将源程序的修改加入到自己编写的程序中。

2 异步电动机基本原理和工作特性三相异步电动机主要由定子和转子构成，二者之间有一个比较小的空气隙。

当对称三相绕组接到对称三相电源以后，空气隙就可以建立同步转速和旋转磁场。

旋转磁场会切割转子导体，而后者就会产生感应电势，再加上转子绕组属于闭合状态，所以电流会从转子导体中通过。

电流和旋转磁场之间会产生电磁力，并作用于转子导体，其方向与旋转磁场方向保持一致。

异步电动机工作特性是指在额定电压和额定频率的情况下，电动机转速、定子电流、功率因数、电磁转矩等方面的关系。

首先从转速特性方面来看，在空载状态下，转子电流接近零，所以处于同步转速状态下，而随着负载的增加，转速会逐渐下降，因此转速特征是一条稍向下倾斜的曲线。

其次从定子电流特性方面来分析，如果处于空载状态下，定子电流就全部是励磁电流；并且随着负载的增加，定子电流也会增加。

最后从功率因数特性的方面来看，异步电动机的功率因数处于滞后状态，如果处于空载情况下，电动机的功能因素就比较低；随着负载的增加，电动机的功率因数也会提高，直到额定负载状态下会达到最大值。

基于MATLA交流异步电机矢量控制系统建模与仿真李书圣，电气1302班，130301208 摘要：在分析异步电机的数学模型及矢量控制原理的基础上控制系统仿真模型。

仿真结果表明该系统转速动态响应快、验证了交流电机矢量控制的可行性、有效性。

关键词：交流异步电机，矢量控制，MATLAB 1、引言本文研究交流异步电机矢量控制调速系统的建模与仿真。

利用MATLAB^的电气系统模块构建异步电机矢量控制仿真模型，并对其动、静态性能进行仿真试验。

仿真试验结果验证了矢量控制方法的有效性、可行性。

2、参数由于交流异步电机在A-B-C坐标系下的数学模型比较复杂，需要通过两次坐标变换来简化交流异步电机的数学模型。

一次是三相静止坐标系和两相静止坐标系之间的变换（简称3s/2s变换）,另一次是两相静止和两相同步旋转坐标系之间变换（简称2s/2r 变换）。

通过这两次变换,就可以得到在任意旋转坐标系d-q坐标系下交流异步电机的数学模型。

在d-q坐标系下的数学模型如下：⑴电压方程：⑵磁链方程：sd L s 0 L m 0 I sdsq 0 L s 0 L m i 'sqrd L m 0 L r 0 'rdrq 0 L m 0 L r 'rq(2.2 )⑶转矩方程:T e2 n3 p L m (i sq i rd'sd'rq)(2.3 )⑷运动方程:T e T m J r p/n p F r / n p（2.4）三相静止坐标系和两相静止坐标系,利用MATLAB t立异步电机矢量稳态静差小、抗负载扰动能力强U sd R s JP 丄s L m PU sq丄s R s L s P 1 —U rd L m P s L m R r L r PU rq s L m L m P s L r R rA-B-C与两相同步旋转坐标系d-q之间正变换3s/2r变换，反变换2r/3s 分别为 :'sd 2 cos cos( 2 /3) cos( 2 /3)'a' 'sq 3 s'n sin( 2 /3) s' n( 2 /3) lb'c(2.5 )i acos s'n 'sd'b 'cos( 2 /3) sin( 2 /3) 'sq L m P 'sqs L r 'rd(2.6 )J P当把转子旋转坐标系d-q坐标系磁链定向在同步旋转坐标系M-T坐标系的M轴时（此时d-q与M-T两坐标系重合，即d=mq=t），应有:rd rm rt（2.7 ）由此可得交流异步电机矢量解耦控制的控制方程：r L m i sd / (1「P)(2.8)L r L1 r L m , L s T e3 ..~ n p L m i sq2r/L r(2.9)i sd (1 T r p) r / L m(2.10)L m i sq /(T r r)(2.11)(n p r s)dt(2.12)L1s L m ,T r L r /R r（2.13）式（2.1）~式（2.13 ）中：R s、R r ――定子电阻、转子电阻;L1s、L1 r、L m、L s、L r 定子侧电感、转子侧电感、定转子互感、定子绕组电感、转子绕组电感；1、s、r ――定子频率的同步转速、转差转速、转子转速；――转子磁链角；u、i、—电压、电流、磁链；下标s、r ――表示定子、转子；下标d、q ――表示d轴、q轴；n p——极对数；T r ――转子时间常数；J ――机组转动惯量；T e、T m ------ 电磁转矩、负载转矩；F ---- 阻转矩摩擦系数；p——微分算子，p d/dt ；由式（2.8 ）和式（2.9 ）可以看出，转子磁链r只由定子电流励磁分量i sd决定，当转子磁链r达到稳态并保持不变时，电磁转矩T e 只有定子电流转矩分量i sq决定，此时磁链r与电磁转矩T e分别由i sd、i sq独立控制，实现了磁链和转矩的解耦。

控制系统仿真姓名：__________________________班级：_______________________学号：____________________成绩：_________________________________ 2012年11月02日第三章直接转矩控制系统设计3.1直接转矩控制系统的组成：直接转矩控制充分利用电压型逆变器的开关特点，通过不断变化电压状态使定子磁链轨迹为六边形或近似圆形，并通过零电压矢量的穿插调节来改变转差频率，以控制电机的转矩与磁链的变化，从而控制异步电动机的磁链和转矩按要求快速变化。

直接转矩控制系统调速的主题就是在于调节电动机的磁链和转矩的变化，电动机的输出转矩完全是按照输入转矩的设定。

(1)磁链、转矩观测器：由电流、电压的采样值经过3/2变化按照电机数学模型计算出异步电机的定子磁链和转矩；(2)磁链调节器:为了控制定子磁链在给定值的附近变化，直接转矩控制系统采用两点式控制，输出磁链控制信号；(3)转矩调节器:利用转速调节器输出的给定转矩，也是采用两点式滞环控制，输出转矩控制信号，直接控制电机的转矩；(4)开关状态选择单元：根据定子磁链和转矩的控制信号以及定子磁链位置，输出合适的开关状态S abc来控制逆变器驱动电机稳定运行。

直接转矩控制系统是建立在静止定子坐标系下的，首先异步电机定子相电压、相电流的采样值经3/2坐标变换，得到：• 一一：坐标下的分量，再按照异步电机的定子磁链和转矩模型计算出实际转矩T e和定子磁链’ s的两个分量's，这样就可以计算出定子磁链幅值s i和磁链位置户n|。

将测量得到实际转速和给定转速输入到转速调节器，转速调节器根据给定转速和实际转速的差值输出给定转矩T；。

将给定转矩T；和*1*T送入转矩调节器，得到转矩控制信号F t,磁链调节器根据给定子磁链幅值p s|和转子磁链幅值卜s |的差值输出磁链控制信号F o最后开关状态选择单元根据磁链控制信号F、转矩控制信号F t和磁链位置户n I,查逆变器开关状态表，输出正确合理的开关状态来控制逆变器驱动电机正确运行。

1 绪论1.1课题研究背景及目的1.1.1 研究背景直流调速系统的主要优点在于调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能。

在相当长时期内，高性能的调速系统几乎都是直流调速系统。

尽管如此，直流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向和在恶劣环境下的不适应问题，同时制造大容量、高转速及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流拖动系统的进一步发展。

交流电动机自1985年出现后，由于没有理想的调速方案，因而长期用于恒速拖动领域。

20世纪70年代后，国际上解决了交流电动机调速方案中的关键问题，使得交流调速系统得到了迅速的发展，现在交流调速系统已逐步取代大部分直流调速系统。

目前，交流调速已具备了宽调速范围、高稳态精度、快动态响应、高工作效率以及可以四象限运行等优异特性，其稳、动态特性均可以与直流调速系统相媲美。

与直流调速系统相比，交流调速系统具有以下特点：（1）容量大；（2）转速高且耐高压；（3）交流电动机的体积、重量、价格比同等容量的直流电动机小，且结构简单、经济可靠、惯性小；（4）交流电动机环境使用性强，坚固耐用，可以在十分恶劣的环境下使用；（5）高性能、高精度的新型交流拖动系统已达同直流拖动系统一样的性能指标；（6）交流调速系统能显著的节能；从各方面看，交流调速系统最终将取代直流调速系统。

1.1.1研究目的本课题主要运用MATLAB-SIMULINK软件中的交流电机库对交流电动机调速系统进行仿真，由仿真结果图直接认识交流系统的机械特性。

本文重点对三相交流调压调速系统进行仿真研究，认识PID调节器参数的改变对系统性能的影响，认识该系统动态及静态性能的优劣及适用环境。

1.2 文献综述在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。

电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。

专业班级实验日期 2019.01.07 姓名学号实验组号指导教师实验名称基于MATLAB的交流调速系统仿真建模与调试（报告内容包括：实验目的、实验设备及器材、实验步骤、实验数据、图标及曲线处理、实验小结等）一、实验目的：1.通过实验教学加深学生的基本概念，掌握异步电机的交流调速特点，使学生通过系统进行物理模拟，对基于转速负反馈控制异步电机调压调速系统仿真实验，以提高学生的感性认识及对交流调速仿真过程的分析能力。

Simulink 软件包的认识和学习，掌握由电路原理图转换成仿真电路的基本知识。

2.本实验要求学生掌握Simulink中电力系统常用元件的模型及使用方法，并了解建模的基本过程，以及完成模型的仿真，结合短路相关的理论知识对仿真结果加以分析。

二、实验设备及器材电脑一台，分组进行仿真。

三、实验步骤1.仿真模型的建立①打开模型编辑窗口；②复制相关模块；③修改模块参数；④模块连接；2.仿真模型的运行①仿真过程的启动；②仿真参数的设置；③仿真模型的调试3.观察、记录仿真波形曲线，并对的结果进行分析四、实验数据、图标及曲线处理1. 基于转速负反馈控制异步电机调压调速系统仿真实验（1) 利用Matlab Simulink建立如下图所示“三相调压器”仿真模型电路图设计及仿真参数设置。

“三相调压器”仿真模型电路图设计仿真参数设置触发脉冲的顺序为V1－V2－V3－V4－V5－V6，其中V1－V3－V5之间和V4－V6－V2之间互差120度，V1－V4之间、V3－V6之间、V5－V2之间互差180度。

（2) 利用Matlab Simulink建立如下图所示“脉冲触发器”仿真模型电路图设计及仿真参数设置。

“脉冲触发器”仿真模型电路图设计仿真参数设置(3) 异步电机调压调速系统仿真模型设计。

异步电机调压调速系统仿真模型设计(4) 通过改变转速调节器（PID Controlller）参数（Kp, Ki, Kt）,观察并记录其对转速变化的影响，试总结说明。