xPC技术在异步电机瞬时起动电流特性曲线测试中的应用

第1章绪论利用Simulink进行复杂系统的仿真方法属于纯数字的仿真方法，并未考虑和外部真实世界之间的关系。

在很多实际过程中，由于种种因素不可能准确地获得系统的数学模型，所以也就无从建立起Simulink所描述的框图，有时还因为实际模型的复杂性，建立起来的模型也不准确，所以需要将实际的系统模型放置在仿真系统中进行仿真研究。

这样的仿真称为“硬件在回路”(hardware-in-the-loop，简称HIL)的仿真，又是实时进行的，所以还称为实时(Real-Time,简称RT)仿真[2]。

本设计中测量异步电机的瞬时起动电流，就应用MATLAB的RTW开发环境下的xPC目标搭建了异步电机起动电流的测试平台，对起动电流进行实时在线测量，并将测量曲线进行实时显示。

以下是对与本测试平台有关知识的概述。

1.1课题背景1.1.1异步电动机概述异步电机是属于交流旋转电机的一种，所谓的异步是指它的转子旋转转速与定子电流所产生的旋转磁场转速不同，故称异步电机。

异步电机的定转子之间没有电的联系，能量转换是靠电磁感应的作用，故也称为感应电机。

异步电机的优点是结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高。

缺点是异步电机运行时，从电网吸收滞后性的无功功率，功率因数较低。

另外，目前还难以经济地在较宽广的范围内平滑调速，但是，通过将异步电机与电力电子装置相结合，可以构成性能优良的调速系统，其成本在逐渐降低，应用也日益广泛。

异步电机也可作为异步发电机使用。

单机使用时，常用于电网尚未达到的地区，又找不到同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合。

在异步电动机的电力拖动中，有时利用异步电机回馈制动，即运行在异步发电机状态。

1) 异步电机的结构三相异步电机主要由固定不动的定子和旋转的转子两部分组成，其结构图如图1-1所示。

转子装在定子腔内，定、转子之间有一缝隙，称为气隙。

三相异步电动机转子结构有笼型和绕线形两种。

图1-1 三相异步电机结构图本设计主要应用小型鼠笼型异步电机，因此主要介绍有关笼型电机的内容。

基于xPC的整车控制器硬件在环测试系统研究陈燕虹;刘永恒;刘宏伟;沈帅【摘要】介绍了纯电动客车整车控制器硬件在环测试系统的设计；整车控制策略运行在自行设计的整车控制器中,采用Mathworks公司的MATLAB/Simulink提供的xPC作为实时环境运行整车模型,通过数据采集卡、CAN卡和信号调理板为整车控制器提供模拟运行环境;利用LabVIEW编写上位机测试软件,完成对整车控制器的硬件在环测试;试验结果表明实际车速能够很好地跟随工况车速,从丽验证了模型和测试系统的性能.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2013(021)009【总页数】3页(P2391-2393)【关键词】整车控制器;硬件在环;xPC;MATLAB/Simulink;LabVIEW【作者】陈燕虹;刘永恒;刘宏伟;沈帅【作者单位】吉林大学汽车工程学院,长春130022;吉林大学仪器科学与电气工程学院,长春130022;吉林大学汽车工程学院,长春130022;吉林大学仪器科学与电气工程学院,长春130022【正文语种】中文【中图分类】TH873.70 引言目前，实时测试概念已经完全融入到整车控制器（VCU，Vehicle Control Unity）测试平台的开发中，实时测试技术不仅实现了对控制器运行状态的实时监控，还提供了集成工况与整车模型联合仿真的技术平台。

本文结合实时测试的国内外发展现状，详细介绍了基于xPC的纯电动客车整车控制器硬件在环实时测控系统的软硬件设计，由实时环境下运行的整车模型和自行设计的整车控制器构成一个模拟实车实时运行环境。

利用MATLAB／Simulink的xPC环境作为整车模型运行的实时环境。

LabVIEW设计的测试界面实现对HIL仿真测试的实时控制和显示。

最后以特定工况下的速度时间曲线对测控系统的功能进行验证。

1 测控系统的总体设计本文设计的基于xPC的纯电动客车整车控制器硬件在环仿真测控系统的总体方案［1］如图1所示。

专利名称：一种机电瞬时频率动态的测量计算方法及装置专利类型：发明专利
发明人：何维,袁小明,杨海瞳,孙荣鑫
申请号：CN202111270639.8
申请日：20211029
公开号：CN114002512A
公开日：
20220201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种机电瞬时频率动态的测量计算方法及装置，基于对瞬时频率机理性的认识，通过分部积分算法推导出有功和无功功率表达式，得到只需代数计算即可获取机电时间尺度上的瞬时频率的方法，通过测量线路端口的功率和电压信息，即可得出该端口瞬时频率。

不仅可以解决现有电力系统瞬时频率测量方法存在微分环节无法计算的缺陷，且可在实际电力系统三相输电线路运行中方便、快速地获取机电瞬时频率，用以辅助设计各种满足系统运行需求的控制器。

申请人：华中科技大学
地址：430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
国籍：CN
代理机构：华中科技大学专利中心
代理人：夏倩
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三相异步电动机不同启动方式
情况下的波形图
1、直接启动
（1）转子电流、定子电流、转速、转矩波形
（2）异步电机直接启动时转速—转矩特性曲线
2、降压启动
1）转子电流、定子电流、转速、转矩波形（1）升压时间为1s时的波形：
（2）升压时间为2s时的波形：
（3）升压时间为3s时的波形：
（4）升压时间为4s时的波形：
（5）升压时间为5s时的波形：
（6）升压时间为6s时的波形：
2）异步电机降压启动时转速—转矩特性曲线（1）升压时间为1s时的转速—转矩特性：
（2）升压时间为2s时的转速—转矩特性：
（3）升压时间为3s时的转速—转矩特性：
（4）升压时间为4s时的转速—转矩特性：
（5）升压时间为5s时的转速—转矩特性：
（6）升压时间为6s时的转速—转矩特性：
说明：
异步电动机通过自耦变压器降压起动，可以减小变压器二次侧加在定子两端的机端电压，从而达到减小起动电流的目的。

从定子电流波形可知，当转速接近正常运行转速时，接入全电压，比直接起动的定子电流小。

但是在起动的过程中，由于自耦变压器的退出，电流波形出现了高电流峰值，存在2次大的冲击电流。

3、V/f比控制
1）加速（减速）斜率设置为200（-200）时
（1）转子电流、定子电流、转速、转矩波形
（2）异步电机V/f比控制起动时转速—转矩特性曲线
2）加速（减速）斜率设置为100（-100）时（1）转子电流、定子电流、转速、转矩波形
（2）异步电机V/f比控制起动时转速—转矩特性曲线
3）加速（减速）斜率设置为2（-2）时
（1）转子电流、定子电流、转速、转矩波形
（2）异步电机V/f比控制起动时转速—转矩特性曲线。

XPC电机启动电流测定摘要matlab是美国mathworks公司开发的软件产品，是一种简便的工程计算语言,完成系统从概念叙述到技术实现全过程设计的cad工具集，是目前世界各国科学研究与工程设计领域普遍采用的标准设计软件。

matlab软件在系统设计技术实现阶段的功能与作用有：实现系统的原型化、硬件在回路中的仿真、系统半实物仿真及系统或部件的性能测试；在系统概念设计或方案设计阶段的功能与应用有：软件的工程计算、系统设计与分析、系统建模与数学仿真等功能。

国内有关matlab的应用主要集中在系统概念设计或方案设计阶段的功能与应用，很少反映matlab软件在系统设计技术实现阶段的功能与作用[14]。

在仿真领域matlab/smulink软件已经成为其中功能最强大的仿真软件之一，smulink建模与一般程序建模相比更为直观，操作也更为简单不用记忆各种参数----命令的用法，只要用鼠标就能够完成非常复杂的工作。

很多情况下，我们采用matlab的smulink工具对设计对象的控制系统和测试系统进行数学仿真验证。

但是，当我们想对硬件进行操作，进行实时仿真验证时，多数人会选择采用其他一些低级语言。

现在，matlab提供了实现从数学模型仿真过渡到实时仿真的一个工具------rtw(real-timeworkshop)。

rtw(real-timeworkshop),就是matlab提供更多的用作实时系统仿真和产品快速原型化后的实时研发环境，就是matlab图形建模和仿真环境smulink的一个关键的补足模块，简而言之，它就是一个基于smulink的代码自动分解成环境。

它能够轻易从smulink的模型中产生优化的、可移植的和个性化的代码，并根据目标布局自动分解成多种环境下的程序。

利用它可以快速仿真过程，提供更多知识产权维护，或分解成可以在相同的快速原型化实时环境或产品目标下运转的程序。

rtw积极支持多种目标环境，xpc就是其中较为健全的一种目标环境。

异步电机动态特性的计算机仿真
郭小蓉
【期刊名称】《中小型电机》
【年(卷),期】1997(024)003
【摘要】论述用计算机仿真的方法，建立适合计算机求解的三相异步电机动态性能方程。

经对起动过程的研究，模拟计算与实验结果相吻合。

【总页数】6页(P1-6)
【作者】郭小蓉
【作者单位】长沙交通学院机电工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TM343.013
【相关文献】
1.一种模型参考自适应速度辨识的异步电机直接转矩控制及其计算机仿真 [J], 孙文;殷洪军
2.异步电机在一相对电机中点短路运行下的计算机仿真 [J], 董改花;冯浩
3.鼠笼异步电机在一相反接运行下的计算机仿真 [J], 林俊
4.磁通检测式异步电机矢量控制计算机仿真研究 [J], 阚先宏;张文祥
5.异步电机传动机车动轮轮径偏差的计算机仿真研究 [J], 廖凡;傅青音
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基于离线单相周期方波脉冲的三相异步电机启动转矩测试陈军炜;韩强;郑激;陈家新【期刊名称】《东华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2024(50)2【摘要】为了克服三相异步电机启动转矩无载测试现有方法存在的测试精度较低、电网冲击等问题,提出一种基于离线单相方波脉冲的电机启动转矩测试方法。

以Y160M-4型三相异步电机为研究对象,给出用于测试启动转矩的单相方波逆变电源结构、工作原理及关键参数计算方法,并利用二维瞬态电磁场数值计算方法,以研究不同激励模式下的启动转矩为目的,获取电机启动过程的电枢电流。

结合电机数学模型和坐标变换理论,研究并给出单相正弦波激励下的电机等效电路模型和启动转矩理论计算模型。

在此基础上,进一步给出单相方波激励下的启动转矩数据处理方法。

经验证,依据所提出的单相方波激励下的电机启动转矩计算方法并结合二维瞬态电磁场数值仿真,启动转矩测试相对误差约为0.25%。

研究结果表明,利用该方法计算三相异步电机的启动转矩,测试精度获得明显提高,从而证明了所提方法的正确性和可行性。

【总页数】8页(P129-136)【作者】陈军炜;韩强;郑激;陈家新【作者单位】东华大学机械工程学院;上海航天机电工程研究所【正文语种】中文【中图分类】TM343.2【相关文献】1.基于斜槽对三相异步电机脉振转矩的研究2.基于预测控制的双三相异步电机直接转矩控制策略3.基于SVPWM的单相异步电机最大转矩控制技术研究4.基于输入输出反馈线性化的单相异步电机直接转矩控制5.基于Maxwell定子槽参数对三相异步电机转矩脉动的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

机电设备电气断路故障检测分析张程伟发布时间：2021-07-27T15:52:11.383Z 来源：《基层建设》2021年第12期作者：张程伟[导读] 随着现代化社会的快速发展，人们对机电设备的使用质量提出了更高要求，现阶段，机电设备已经渗透到了多项作业环节中，因此，为了保障机电设备的平稳运行安徽钱营孜发电有限公司安徽宿州 234000摘要：随着现代化社会的快速发展，人们对机电设备的使用质量提出了更高要求，现阶段，机电设备已经渗透到了多项作业环节中，因此，为了保障机电设备的平稳运行，需要切实做好故障检测与维修保护工作，确保其能够充分发挥实际应用价值，推进机电设备的可持续健康发展。

关键词：机电设备；电气断路；故障检测1机电设备的常见故障问题分析普遍意义上来看，机电设备的故障问题通常出现在机电设备磨合期、机电设备运用中期以及机电设备运用后期三个环节中。

在不同环节出现的机电故障问题是不同的，因此，分析方式与解决策略同样具有较大的区别。

在机电磨合期出现的故障问题多数与产品本身的性能、质量有关，在机电设备运用中期出现的故障问题主要是偶发性的故障，在机电设备运用后期出现的故障多以维磨损性和老化性的故障问题为主。

因此，掌握故障发生时间是设定解决故障问题策略的基础所在。

1.1机电设备磨合期的产品性能问题机电设备的运用初期，通常是设备的磨合期，此阶段出现的故障问题多以产品本身性能、质量有关系。

这段时期故障发生的概率较高，由于机电设备处于磨合期，很多问题会在此阶段显现。

但是磨合期发生的故障问题并非全是产品性能和质量问题，同时会因为磨合期运用方式不良或操作水平等问题出现故障，当然这种情况比较少见，多以产品本身性能或者制造缺陷问题为主。

1.2机电设备运用中期的偶发性故障在机电设备的运行中期发生的故障问题多为偶发性的故障，比较少见。

此阶段的机电设备已经过渡到良好的磨合状态，也就是技术人员所说的稳定时期。

这个阶段的机电设备在运用的过程中相对比较稳定，从而形成了机电设备工作的最佳时期。