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信息工程学院基于Matlab的三相异步电动机起动、调速和制动特性仿真摘要：异步电动机目前在日常生活中已得到广泛应用，其主要特点为结构简单、运行可靠、效率较高和成本较低。
为使其应用更加广泛且性能更加完善，有必要对其最基本的起动、制动和调速性能进行深入研究。
而随着电机研究的不断深入，仿真就成为对其进行研究的一个重要手段，其中Matlab软件以其方便、高效、直观的特点，广泛应用于异步电动机的仿真研究，方便快捷且节约资源，为解决一些复杂问题带来了极大的方便。
本文通过Matlab软件进行仿真，研究异步电动机起动、调速和制动的各种方法，以找到提高其性能的途径，并通过与理论相对比，验证了本文模型的有效性和正确性。
关键词：Matlab；仿真；异步电动机Simulation for Start-up ,Speed Control and Braking Character of Three-phase Asynchronous Motor Based onMatlabAbstract:Asynchronous motor has been widely used in our daily life at present, the main characteristics of simple structure, reliable operation, high efficiency and low cost. In order to make its application more widely and performance will be improved, it is necessary for the most basic starting, braking and speed regulating performance for further research. And with the research of motor, the simulation has become an important means to study, the Matlab software, with its convenient, efficient and intuitive features, are widely used in the simulation research of asynchronous motor is convenient and save resources, to solve some complex problems has brought great convenience.Based on the Matlab software simulation, the asynchronous motor starting, speed and braking methods, in order to find ways to improve its performance, and compared with the theory, proves the correctness and the effectiveness of the model. Key words:Matlab; simulation; asynchronous motor1 设计目的和意义1.1 概述在科学技术发展迅速的当今社会，电机已经成为生活中必不可少的一部分，为人们的生产生活提供了极大的方便。
城轨车辆用异步牵引电机的电气分析与仿真引言：城轨交通系统在现代城市中发挥着至关重要的作用，而城轨车辆的动力系统中的牵引电机则是其中的核心组成部分。
异步牵引电机作为一种常见的技术选型，具有结构简单、可靠性高、维护成本低等优点。
本文将对城轨车辆用异步牵引电机的电气特性进行分析与仿真，旨在深入探讨其工作原理、性能指标以及电气仿真模型的构建方法。
1. 异步牵引电机的工作原理异步牵引电机是一种交流电动机，其工作原理基于电磁感应。
当电动机的定子绕组通过三相交流电源进行供电时，会在定子绕组中产生一个旋转磁场。
而感应电动机的转子则是通过磁场的作用而旋转。
由于转子上没有任何电源供电，因此称之为异步电动机。
2. 异步牵引电机的性能指标2.1 额定功率和额定转速城轨车辆用异步牵引电机的额定功率决定了其最大输出功率的能力，而额定转速则决定了电动机的运行速度。
这两个性能指标对于设计和选择电动机具有重要的意义，由于城轨车辆行驶速度较高，因此对于牵引电机的额定转速有一定的要求。
2.2 效率城轨车辆用异步牵引电机的效率是指电动机的输出功率与输入功率之间的比值。
高效率的牵引电机能够提供更大的牵引力，降低能源消耗和碳排放。
2.3 起动和制动特性城轨车辆在起动和制动过程中对牵引电机的要求较高。
起动特性包括起动时间和起动电流，而制动特性则包括制动力和制动距离。
优秀的起动和制动特性能够提高城轨车辆的行车安全性和运行效率。
3. 异步牵引电机的电气仿真模型为了更好地理解和优化城轨车辆用异步牵引电机的性能，电气仿真模型被广泛应用于电机系统的研究中。
建立电气仿真模型可以帮助工程师模拟不同工况下电动机的工作情况，并对性能指标进行评估。
3.1 定子电压和转矩方程异步牵引电机的电气仿真模型可以通过定子电压和转矩方程来描述其工作状态。
定子电压方程是基于电压平衡原理，而转矩方程则是根据磁动势平衡原理建立的。
3.2 转子电流方程转子电流方程是描述异步牵引电机转子状态的重要方程之一。
电机热仿真案例今天来给你唠唠电机热仿真这个事儿。
就好比我们要给电机做个体检，看看它在工作的时候会不会发烧啥的。
先来说说我们这个电机的情况吧。
这是一个工业生产线上常用的电机，功率还不小呢，就像一个大力士，天天都在那儿拼命干活。
那为啥要做热仿真呢？你想啊，电机工作的时候就像人在跑步，跑久了身体就会发热。
电机要是太热了，就会出问题，可能就会像人中暑一样，突然罢工，那生产线可就麻烦大了。
我们开始做热仿真的时候，首先得建立电机的模型。
这就像是给电机画个像，把电机的每一个部件，什么定子、转子、线圈啊，都画得清清楚楚的。
这就像搭积木一样，一块一块地把电机在电脑里搭起来。
不过这可不像搭真正的积木那么简单，每个部件的尺寸、材料特性都得考虑进去。
比如说，定子的材质是铁，它导热的速度就和线圈那种铜材质不一样，就像铁和铜在传递热量的时候有自己的个性一样。
然后呢，我们要设定电机的工作条件。
这电机在生产线里可不是悠闲地晃悠，它有一定的转速，还有负载呢。
这就好比你让一个人跑步，你得告诉他跑多快，还要给他背上多重的包一样。
我们得把电机的转速、负载这些条件都告诉电脑，这样电脑才能模拟出电机真实的工作状态。
好了，模型建好了，工作条件也设定了。
现在就开始让电脑模拟电机工作发热的过程啦。
电脑就像一个超级大脑，它根据我们给的信息开始计算电机每个部位的温度变化。
就像有无数个小温度计在电机的各个角落测量温度一样。
过了一会儿，结果出来了。
哇塞，我们发现电机的线圈部分温度升得特别快。
这就好比电机的心脏（线圈就像电机的心脏一样重要）在快速发热呢。
为什么会这样呢？原来啊，我们发现是因为电机在这种高负载的情况下，线圈里的电流很大，电流就像调皮的小精灵，在里面跑来跑去的时候就会产生很多热量。
而且呢，线圈周围的散热条件不是很好，就像把一个小火炉放在一个小角落里，热量散不出去。
那怎么办呢？这就像医生给病人开药方一样，我们得想办法给电机降温。
我们提出了几个方案。
三相异步电机设计温度
三相异步电机的设计温度主要受到绝缘材料的热稳定性影响。
不同级别的绝缘材料能够承受不同的最高工作温度。
国际电工委员会（IEC）将电机绝缘系统分为了不同的温度等级，并规定了每个温度等级的最高允许工作温度。
一、绝缘温度等级及其最高允许工作温度：
Y等级：最高允许温度90°C
A等级：最高允许温度105°C
E等级：最高允许温度120°C
B等级：最高允许温度130°C
F等级：最高允许温度155°C
H等级：最高允许温度180°C
C等级：最高允许温度以上限不设定，但一般认为在200°C以上
二、设计考虑：
在设计三相异步电机时，应根据应用环境和要求选择合适的绝缘等级，并确保电机在最不利工况下的温升不超过该绝缘等级的最高允许温度。
电机的温升是指电机在运行状态下的温度与环境温度之差。
1.冷却系统：设计合适的冷却系统，如风扇冷却、水
冷或油冷，以确保电机的有效散热。
2.材料选择：选择适合的绝缘材料和导线材料，以满
足温升要求。
3.尺寸设计：合理设计电机的尺寸和结构，以确保足
够的散热面积。
4.负载匹配：确保电机在实际工作条件下不会过载，
避免过高的温升。
通过以上设计考虑，可以确保三相异步电机在长期运行中保持稳定的性能，延长其使用寿命。
Fluent电机最高温度仿真简介在工程设计中，对电机的温度进行仿真分析是非常重要的。
电机在工作过程中会产生大量的热量，如果温度过高，可能会导致电机性能下降、寿命缩短甚至故障发生。
因此，通过Fluent软件进行电机最高温度仿真分析，可以帮助工程师优化电机设计，提高电机的工作效率和可靠性。
本文将介绍Fluent电机最高温度仿真的基本原理、步骤和注意事项，并提供一些实际案例，帮助读者理解和应用Fluent软件进行电机最高温度仿真。
原理Fluent是一款流体力学仿真软件，可以模拟流体流动和传热过程。
在电机最高温度仿真中，Fluent可以通过求解流体流动和传热方程，计算电机内部的温度分布。
电机最高温度仿真的基本原理如下：1.建立电机的几何模型：首先需要将电机的几何形状转换为计算机可识别的几何模型，通常使用CAD软件完成。
几何模型应包括电机的转子、定子、风扇等部件。
2.网格划分：将电机的几何模型划分成小的单元，形成网格。
网格的划分对仿真结果有很大影响，需要根据电机的几何复杂度和计算资源进行合理的网格划分。
3.设置边界条件：定义电机的边界条件，包括入口条件、出口条件、壁面条件等。
入口条件可以设定电机的供电电压和转速，出口条件可以设定电机的排热方式。
4.定义材料属性：根据电机的材料性质，设置热传导系数、密度、比热等参数。
5.求解流动和传热方程：根据电机内部的流动和传热特性，建立流动和传热方程。
通过迭代求解这些方程，得到电机内部的温度分布。
6.分析结果：根据仿真结果，分析电机的最高温度分布和热点位置。
如果温度超过了电机的承受范围，需要重新优化电机的设计。
步骤进行Fluent电机最高温度仿真的步骤如下：1.准备电机的几何模型：使用CAD软件绘制电机的几何模型，并将其导入Fluent软件。
2.划分网格：在Fluent软件中，使用网格划分工具对电机的几何模型进行网格划分。
划分网格时需要注意，网格的划分应该足够精细以捕捉电机内部的细节，但也不能过于细致以至于导致计算资源不足。
三相异步电机建模1. 电机基本参数
2. 定子基本参数
第三个为堆叠因素
3. 定子槽型
取消自动设置与平行边之后就可以设置形状
4. 定子绕组
并联支路数最多取2p个，但不是任意取 2p需要为并联支路数的整数倍，相互并联的级相组的个数要匹配，在并联时，最小的单位是级相组数级相组数的大小为每级每相槽数（对于双层绕组来说）对于单层绕组来说级相组的大小为每级每相槽数的一半
5. 匝间连接方式与导线规格问题
6. 端部与绝缘槽设置问题
7. 转子设置
8. 转子槽型
9. 转子绕组
10. 转轴设置
11. 电机仿真设置
maxwell仿真部分
一、建立maxwell模型
在analyze后使用create maxwell design创建二维/三维模型
二、maxwell仿真分析基本思路：
稳态，用电流源仿真；在给定转速之后看产生的转矩是不是与标准转矩相等从零开始转动，用电压源仿真；在给定负载之后看转速是不是与转差相等。
1. 绕组激励设置
2. 转矩负载设置
1. 绕组激励设置
2. 转矩负载设置。
目录摘要 (2)1 设计意义及要求 (3)1.1设计意义 (3)1.2设计要求 (3)2异步电动机动态数学模型 (4)2.1异步电动机的三相数学模型 (4)2.2坐标变换 (8)2.2.1坐标变换的基本思路 (8)2.2.2三相-两相变换（3/2变换） (9)2.2.3静止两相-旋转正交变换（2s/2r变换） (10)2.3以ω-i s-ψr为状态变量的状态方程 (11)2.3.1 dq坐标系下状态方程 (11)2.3.2 mt标系下状态方程 (13)2.4 mt标系上异步电动机的动态结构图 (15)3异步电动机模型仿真 (15)3.1 仿真模型的参数计算 (15)3.2 建模与仿真 (16)3.2.1AC Motor模块 (16)3.2.2坐标变换模块................................................................ 错误！未定义书签。
3.2.3仿真模型 ........................................................................ 错误！未定义书签。
3.3 仿真结果分析 (21)3.3.1仿真波形 (21)3.3.2起动和加载的过渡过程分析 (23)结束语 (24)参考文献 (25)摘要异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发。
异步电动机的动态数学模型由磁链方程、电压方程、转矩方程和运动方程组成，非线性耦合在电压方程、磁链方程、与转矩方程中均有体现，相当复杂。
在实际应用中必须予以简化，简化的基本方法是坐标变换。
异步电动机的三相原始动态模型依次通过3/2变换、2s/2r变换，转换为旋转正交坐标系（dq坐标系）下的动态模型，若令d轴与转子磁链矢量重合，称为按转子磁链定向的同步旋转坐标系，简称mt坐标系。
通过按转子磁链定向，得到了以定子电流的励磁分量和转矩分量为输入的等效直流电动机模型。
异步电动机温度场仿真分析摘要随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机将占有越来越重要的地位。
而随着电力电子技术的不断发展，由异步电动机构成的电力拖动系统也将得到越来越广泛的应用。
异步电动机与其它类型电机相比，之所以能得到广泛的应用是因为它具有结构简单、制造容易、运行可靠、效率较高、成本较低和坚固耐用等优点。
电机是各个行业生产过程及日常生活中普遍使用的基础设备，它是进行电能量和机械能量转换的主要器件。
它在现代工业、现代农业、现代国防、交通运输、科学技术、信息传输和日常生活中都得到最广泛的应用。
本文以异步电动机为研究对象，对电机内温度场进行耦合分析。
根据传热学理论，首先建立了电机二维温度场的模型，其次建立了电机转子部分三维温度场的模型，给出了电机损耗及散热系数的计算方法。
应用有限元软件ANSYS进行计算分析。
最后分析了转差率变化对电机温度场分布的影响，以及有效的散热方法，得出了一些有益的结论。
关键词：温度场；异步电动机；有限元法；ANSYSABSTRACTWith the electrification and automation of continuous improvement, asynchronous motor will occupy an increasingly important position.With the continuous development of power electronics technology, the electric drive system constituted by the induction motor will also be more widely used. Compared with other types of asynchronous motor motor, is able to be widely used because it has a simple structure, easy to manufacture, reliable operation, high efficiency, low cost and durability advantages.Motor is the basis of the production process and equipment industries commonly used in daily life, it is carried out major components of electric energy and mechanical energy conversion.It is in the modern industry,modern agriculture,modern defense,transportation,science and technology,information transmission and daily life have been the most widely used.In this paper, asynchronous motor for the study of the temperature field in the motor coupling analysis.Based on heat transfer theory,first established the two-dimensional temperature field model of the motor,followed by the establishment of a three-dimensional model of the rotor section temperature field, the calculation method of the motor and the heat loss coefficient.Finite element analysis software ANSYS calculation.Finally,analysis of the impact of changes in the slip of the motor temperature distribution,as well as effective cooling method, draw some useful conclusions.Keywords:temperature field;asynchronous motor;finite element method; ANSYS第一章绪论1.1 选题的背景异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电动机。
异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。
在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60%多[1]。
异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。
它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。
其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。
此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。
因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理[2]。
异步电动机的种类很多，从不同的角度有不同的分类法。
按定子相数分有单相异步电动机、三相异步电动机；按转子绕组形式，一般可分为绕线式和鼠笼式两种类型。
鼠笼式异步电动机中，又有单鼠笼、双鼠笼和深槽式之分；按电机尺寸或功率，分为大型、中型、小型和小功率电机；按电机的防护形式分为开启式、防护式、封闭式[3]。
异步电机主要用作电动机，其功率范围从几瓦到上万千瓦，是国民经济各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机，为多种机械设备和家用电器提供动力。
例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等，大都采用三相异步电动机拖动；电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器中则广泛使用单相异步电动机。
异步电机也可作为发电机，用于风力发电厂和小型水电站等。
1.2 国内外研究现状目前国内外很多学者对电机内电磁场、温度场、耦合场以及影响电磁场和温度场的某些因素进行了大量的研究工作。
国际上Alonso等学者分析了谐波对电机温升的影响[4]。
Austin H．Bonnett．等学者发表文章对运行温度和性能作了深入的研究[5]。
M．Shanel等学者对电机的冷却系统内的流体的特性加以分析[6]。
E．Gurevich对发电机的转子温度场[7]，R，Krok对发电机在负载不对称情况下的转子温度场进行了计算[8]。
A．Di Gerlando对大型异步电动机的定子绕组的温度场进行了计算[9]。
R．Krok对发电机运行时的故障诊断进行了研究[10]。
国内学者汤蕴璆、孟大伟用有限元法对水轮发电机定子最热段三维温度场进行了计算[11]。
魏永田对转子部分的温度场进行了研究[12]。
李德基对大型发电机定子绕组槽部温度场和汽轮发电机直接氢冷转子三维温度场进行了计算[13]。
胡敏强等学者采用圆柱坐标系下六面体有限元方法计算了异步电机定子铁芯的温度场[14]。
颜威利，方日杰等学者分别用有限元法和热网络法对电磁铁三维稳态温度场和异步电动机定子温度场进行了计算[15][16]。
许承千等运用稳定导热问题的有限差分法分析电机的三维温度场计算[17]，李伟力等基于流体相似理论和三维有限元法计算大中型异步电动机的定子三维温度场及采用六面体、八节点有限元方法对大型同步发电机定、转子和端部的温度场的计算也有一些研究工作[18][19][20]。
目前，国内外的学者对于大型异步电动机的温度场的研究作了很多工作，但对于高转差率异步电动机的温度场的研究工作还不多，这方面的文献也不常见。
但是工业的迅速发展，对异步电动机的运行安全性提出了更高的要求。
1.3 选题的意义随着电机制造业的发展，电机的单机容量以及各项技术指标不断增加，电机的电磁负荷及热负荷也随之提高，进而引起电机各部分温度升高，这直接影响电机的使用寿命和运行的安全可靠性，所以对现代电机的发热与冷却问题进行研究显得日益重要。
在异步电动机的设计阶段，只有初步计算和确定样机的温度分布和电机相关要求部件得平均温升，才能较好地对电机各项性能指标、技术要求和材料消耗等方面进行合理的分配及调整，进而使设计方案更合理，避免在试制过程中因温升的原因而造成研发的失败和费用的提高。
所以，准确的计算电机内温度的分布，对异步电动机的设计有十分重要的指导作用。
异步电动机转差率的升高会引起铸铝转子的铝耗增加，再加上转子旋转的作用，使得冷却气体在定转子之间、或在转子和定子通风槽内的流动形态变得更加复杂，因此电机的发热和冷却温度的研究涉及到流体力学、传热学、电磁场理论和计算方法等多种学科及领域。
解决电机发热与冷却问题，需要进行大量的工作和深入的研究。
本文根据传热学、有限元理论，从损耗的角度对异步电动机的温度场进行耦合分析，分别建立了电机二维温度场、转子三维温度场的数学模型和物理模型，应用有限元分析软件ANSYS进行了仿真计算，并分析了特殊位置的温度值，找出了电机内的最高发热点。
最后还分析了转子不同转速下电机温度场分布的影响。
不仅对异步电动机的设计和安全运行具有重大的意义，而且具有可观的工程意义。
第二章传热学原理2.1 传热学的基本定律和导热微分方程温度场是各时刻物体中各点温度分布的总称。
温度场是空间坐标和时间的函数，在直角坐标系下可表示为[21]:(2-1) τ式中，T——温度k；x,y,z——空间的坐标；——时间s。
式(2-1)表示物体的温度在三个方向上均发生变化的三维非稳念温度场，如果温度不随时间变化，则为三维稳态温度场，这时(2-2) 按傅立叶导热定律，物体内单位时间内通过单位面积所传递的热量与物体内的温度梯度成正比：(2-3)式中，——热流密度向量（简称热流相量），在直角坐标系下热流相量可以表示为：(2-4) λ——物体的导热系数。
直角坐标系下傅里叶导热定律为：(2-5) 式中，λx，λy，λz——分别为x，y，z方向上的导热系数。
对于各向同性材料，λx=λy=λz=λ，故(2-4)式可以改写为(2-6) 从式(2-6)可以看出，傅立叶定律描述了热流密度、温度梯度和导热系数之间的关系，它是导热现象的基本定律。
考虑如图2-1所示直角坐标系中导热物体内部的任意一个微元体，dV=dx□dy□dz,微元体的三个边长dx、dy、dz分别平行于x轴、y轴、z轴。
