MAT軟件基礎(chǔ)及應(yīng)用 4

第四章MATLAB在電機(jī)與拖動(dòng)中的應(yīng)用4.1變壓器4.2直流電機(jī)的運(yùn)行4.3異步電機(jī)的運(yùn)行4.1變壓器

4.1.1變壓器負(fù)載運(yùn)行

【例4_1】計(jì)算一臺(tái)單相變壓器，其額定參數(shù)為fN=50Hz，SN=10kVA，U1N/U2N=380/220V。一、二次繞組的漏阻抗分別為Z1=(0.14+j0.22)Ω，Z2=(0.035+j0.055)Ω，勵(lì)磁阻抗Zm=(30+j310)Ω，負(fù)載阻抗ZL=(4+j5)Ω。用T型簡(jiǎn)化等效電路計(jì)算一、二次側(cè)的實(shí)際電流和勵(lì)磁電流以及二次側(cè)的電壓。>>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 %計(jì)算Zm>>ZL1=RL1+i*XL1 %折算后的ZLZL1=11.9339+14.9174i>>I0=U2/Zm %計(jì)算I0I0=0.1146-1.1976i>>I2=I0-I1 %計(jì)算I2I2=-12.0972+15.1879i>>I22=abs(I2)*k %二次側(cè)的實(shí)際電流I2的幅值I22=33.5382>>U22=I22*abs(RL+i*XL) %二次側(cè)的實(shí)際電壓U2的幅值U22=214.7495>>Z1=R1+i*X1 %計(jì)算Z1Z1=0.1400+0.2200i>>Z=(Z21+ZL1)*Zm/(Z21+ZL1+Zm)+Z1 %計(jì)算總阻抗Z=11.1120+14.9097i>>I1abs=380/abs(Z) %一次側(cè)的實(shí)際電流I1的幅值I1abs=20.4356>>I1=380/Z %一次側(cè)的實(shí)際電流I1I1=12.2119-16.3855i>>U2=380-I1*Z1 %計(jì)算U2U2=3.7469e+002-3.9265e-001i4.1.2變壓器模型仿真4.2直流電機(jī)的運(yùn)行

4.2.1直流電機(jī)的機(jī)械特性【例4_2】計(jì)算一臺(tái)Z2型他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，PN=22kW，Ue=220V，Ie=115A，ne=1500r/min，電樞電阻R=0.18Ω，勵(lì)磁電阻Rf=628Ω，計(jì)算其空載轉(zhuǎn)速n0，額定轉(zhuǎn)矩Me，并繪制其機(jī)械特性曲線。>>Un=220;Pn=22*10^3;>>Ie=115;ne=1500;>>Ra=0.18;Rf=628;>>CePhi=(Un-Ra*Ie)/ne%計(jì)算電動(dòng)勢(shì)常數(shù)CePhi=0.1329>>CmPhi=9.55*CePhi %計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)CmPhi=1.2689>>n0=Un/CePhi %理想空載轉(zhuǎn)速n0=1.6558e+003>>I=0:Ie; %電流從0到Ie>>n=(Un-Ra*I)/CePhi; %當(dāng)電流從0到Ie時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速>>Te=CmPhi*I; %計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩>>plot(I,n,I,Te,'b:') >>legend('轉(zhuǎn)速n','電磁轉(zhuǎn)矩Te','Location','northwest>>axis([0Ie0n0]); %設(shè)置坐標(biāo)范圍>>xlabel('電樞電流Ie');>>ylabel('轉(zhuǎn)速n,電磁轉(zhuǎn)矩Te');4.2.2直流電機(jī)的串電阻起動(dòng)直流電機(jī)的啟動(dòng)方式有：直接啟動(dòng)、串電阻啟動(dòng)和降壓起動(dòng)?！纠?_3】使用Simulink建立他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞串聯(lián)三級(jí)電阻起動(dòng)的仿真模型，觀察并分析在串聯(lián)電阻起動(dòng)過(guò)程中電樞電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的變化曲線。使用階躍信號(hào)Step模塊分別在2.8秒、4.8秒和6.8秒閉合KM1、KM2和KM3從圖中可以看出隨著轉(zhuǎn)速n的上升，Ea上升，Ia總的成下降趨勢(shì)，又由于R逐級(jí)減小，所以在2.8s、4.8s和6.8s時(shí)刻處，電樞電流Ia會(huì)瞬間上升然后再下降。而電磁轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律與電樞電流Ia相同。由于勵(lì)磁電壓240V，勵(lì)磁電阻240，所以勵(lì)磁電流始終保持1不變4.2.3直流電機(jī)的反接制動(dòng)直流電機(jī)的制動(dòng)方式包括能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、回饋制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)等方式?！纠?_4】建立直流電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)Simulink仿真模型，仿真用示波器分析獲得轉(zhuǎn)速、電樞電流和電磁轉(zhuǎn)矩的暫態(tài)過(guò)程曲線。使用Simulink建立仿真模型，在正向啟動(dòng)2秒后反接制動(dòng)，使用Timer模塊設(shè)置時(shí)間，使用IdealSwitch模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)2秒后的反接切換，反接制動(dòng)回路中串聯(lián)了限流電阻Rb。當(dāng)反接制動(dòng)后轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速到0時(shí)應(yīng)該停止，因此增加了比較環(huán)節(jié)RelationalOperator，將轉(zhuǎn)速與0比較，轉(zhuǎn)速小于0時(shí)停止仿真。在圖中可以看出，轉(zhuǎn)速在2秒時(shí)反接制動(dòng)迅速下降，電樞電流反向?yàn)樨?fù)，電磁轉(zhuǎn)矩也反向?yàn)樨?fù)，當(dāng)轉(zhuǎn)速到0時(shí)，完全停止。4.2.5直流電機(jī)改變電樞電壓調(diào)速【例4_5】對(duì)直流電機(jī)改變電樞電壓進(jìn)行調(diào)速，開(kāi)始0.2秒時(shí)為100V電壓2秒后為240V電樞電壓，使用Simulink建立他勵(lì)直流電機(jī)的調(diào)速模型，并仿真分析轉(zhuǎn)速、電流和電磁轉(zhuǎn)矩的暫態(tài)過(guò)程曲線。在圖中可以看到在0.2秒和2秒時(shí)，電壓分別為100V和240V，轉(zhuǎn)速隨著電壓升高而升高，電流升高后緩慢下降。4.3異步電機(jī)的運(yùn)行

4.3.1異步電機(jī)的機(jī)械特性

【例4_6】已知一臺(tái)三相4極異步電動(dòng)機(jī)，額定電壓U1=380V（?形聯(lián)接），額定頻率f1=50HZ，額定轉(zhuǎn)速nN=1487r/min，電機(jī)的R1=0.055Ω,x1=0.265Ω,x2=0.565Ω。根據(jù)電阻R2的變化，繪制出轉(zhuǎn)差率-電磁轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速的機(jī)械特性曲線。U1=380;f1=50; %定子電源電壓R1=0.055; %定子繞組電x1=0.265;x2=0.565; %定子和轉(zhuǎn)子繞組漏抗 p=2; %極對(duì)數(shù)w=2*pi*f1/p; %同步角頻率s=0.005:0.005:1; %轉(zhuǎn)差率范圍sL=length(s); %轉(zhuǎn)差率個(gè)數(shù)forR2=[0.010.030.051] %R2電阻變化M=3*U1^2*R2./s./(w.*(R1+R2./s).^2+(x1+x2)^2); %計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩Mfigure(1)n1=1487;n=n1-s*n1; %計(jì)算轉(zhuǎn)速holdonplot(M,n)ylabel('轉(zhuǎn)速n');xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩M');text(M(sL)+100,2000*R2,['R2=',num2str(R2)])%在圖中顯示文字figure(2)plot(s,M)text(0.8,M(sL)+100,['R2=',num2str(R2)]) %在圖中顯示文字xlabel('電磁轉(zhuǎn)矩M');ylabel('轉(zhuǎn)差率s');holdon4.3.2異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)三相異步電機(jī)起動(dòng)可以有直接起動(dòng)，也可以降壓起動(dòng)，包括定子串電阻起動(dòng)、星-三角形啟動(dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)等，繞線式異步電機(jī)還有轉(zhuǎn)子串電阻、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器等方法。【例4_7】已知一臺(tái)三相繞線式異步電機(jī)，額定功率為160KW，額定電壓400V，頻率為50HZ，電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載啟動(dòng)，負(fù)載為72N·m，使用Simulink建立異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻模型，在起動(dòng)后0.05秒時(shí)串接電阻，觀察起動(dòng)過(guò)程定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的變化過(guò)程。可以看出異步電動(dòng)機(jī)在0.05秒時(shí)Step上升沿使Three-PhaseBreaker接通，轉(zhuǎn)子串電阻，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Te增加，起動(dòng)電流減小，轉(zhuǎn)速n快速增大，實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)。4.3.3異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)采用的制動(dòng)方法與直流電動(dòng)機(jī)一樣，有反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)和反饋制動(dòng)等。【例4_8】異步電機(jī)的能耗制動(dòng)是在定子電路中施加直流電源來(lái)實(shí)現(xiàn)，異步電機(jī)選擇鼠籠型電機(jī)，在1秒時(shí)斷開(kāi)三相交流電源同時(shí)接上直流電源，使用Simulink來(lái)創(chuàng)建模型，并在示波器中查看定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩在制動(dòng)過(guò)程中的曲線波形。在圖中可以看到在1秒時(shí)，轉(zhuǎn)速逐漸下降進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)開(kāi)始時(shí)電流和電磁轉(zhuǎn)矩都有反向的沖擊，實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)。4.3.4異步電機(jī)變頻調(diào)速

【例4_9】使用改變?nèi)嚯娫搭l率的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速，異步電機(jī)采用頻率為60Hz的鼠籠型電機(jī)，使用Simulink創(chuàng)建調(diào)速系統(tǒng)，并觀察調(diào)速過(guò)程中定子電流、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的波形曲線。創(chuàng)建Simulink異步電動(dòng)機(jī)能