MATLAB/Simulink三相异步电机直接启动仿真
小树不修不直溜,人不学习哏揪揪!隔了好长一段时间,本小学生终于又回归正常的学习与记录生活。前些时,利用CADe_SIMu V1.0仿真了一些常见常用的电机控制电路,但是CADe_SIMu V1.0软件只能仿真出电路的控制效果,而不能体现出元器件的相关参数、电路中电压、电流量的变化过程等。因此,本小学生利用这一周时间,并没有瞎扯蛋,而是学习了如何使用MATLAB中非常好用的电气仿真工具Simulink仿真最基本的电机启动环节,特总结此文,以留纪念,望大神指点!
三相电机的直接启动
三相电机的直接启动,也称作全压启动,是三相电机启动最简单的方法。启动时通过接触器将电机直接接入电网,设备简单,启动速度快且启动转矩大。直接起动适用于小容量电机带轻载的情况,对于大容量电机而言,这种起动方式具有十分显著的缺点,及起动电流较大,可达额定电流的4-7倍,易对电机和电网造成不利影响。因此,当额定功率P小于7.5kW时,可以采用直接起动。之前CADe_SIMu V1.0软件仿真的电机控制电路基本上都是选用的直接启动方式。
Simulink三相异步电机直接启动仿真程序
本小学生的电脑是windows7 32位系统,安装的MATLAB版本是2014a版本,这一版本的simulink与很多旧版本的simulink 大有不同,许多好用的仿真模块找不到了,而且有些模块的使用方法也有所不同,本校学生将以Simulink三相异步电机直接启动仿真程序为例,将创建仿真模型与数据参数修改的操作方法总结如下,方便大家参考。
(1)创建Simulink仿真文件,点击“新建”下拉菜单中的“SIMULINK”再点击其下第1个选项“Simulink Model”,操作如图1所示,新建程序界面如图2所示。
图1 Simulink程序创建操作
图1 Simulink程序创建操作
图2 Simulink程序创建界面
图2 Simulink程序创建界面
(2)元件的选择与放置:三相电源元件选择上,可供选择的模型有很多种,网上许多旧版本的simulink 仿真中直接利用3个AC Voltage Source模块构建三相电源,本小学生也对此种方案进行了尝试,不过AC Voltage Source模块搜索出的结果有两种,要选择如图3所示的右侧红色方框标注的器件,才能正常连接电机,本小学生也是在书写此文的过程中尝试实验成功的,下一篇文章中会体现出具体的仿真设计。
图3 AC Voltage模块选择
图3 AC Voltage模块选择
本文中,小学生选用Three-Phase Programmable Voltage Source模块,作为仿真信号源,首先点击如图3所示的工具栏中图标,打开Simulink Library Browser,再在搜索栏中输入关键字Three-Phase,点击搜索栏右侧望远镜图标,搜索结果与Three-Phase Programmable Voltage Source模块位置如图4所示。
图4 三相电源模块
图4 三相电源模块
三相电源模块的参数配置如图5所示,其中Amplitude(Vrms Ph-Ph)表示幅值,而Vrms表示有效值的含义,Phase表示相位角,Freq表示频率
图5 三相电源参数配置
图5 三相电源参数配置
(3)三相电机选取:在搜索栏中输入关键字Machine,点击搜索栏右侧望远镜图标,搜索结果如图6所示,点击选择Asynchronous Machine如图中红色方框所示
图6 三相异步电机模块
图6 三相异步电机模块
双击拖拽到面板上的三相电机模块,打开设置电机参数,设置Mechanical input为Torque TM(转矩),Rotor Type为Squirrel-cage(鼠笼式)如图7所示。电机的具体电气参数设置如图8所示,第一行中Nominal power表示电机的额定功率,其他两个分别是供电幅值和频率,第二行Stator是电机定子,而resistance和inductance相信许多学过电子类知识的小伙伴,都能通过参数的单位猜出,是电阻与电感参数设置。第三行Rotor是电机转子的参数设置,我设置的电机参数如图8所示。
图7 电机参数设置1
图7 电机参数设置(1)
图8 电机参数设置2
图8 电机参数设置(2)
由于我在设置电机机械输入量时,设置了转矩量,因此需要如图9所示的Constant(连续量)模块,其参数设置如图10所示,注意图10中红色方框标注的选项对勾一定要去掉,不然输出的会是向量,而不是常量。
图9 连续量模块
图9 连续量模块
图10 连续量参数配置
图10 连续量参数配置
(4)连线操作与CADeV1.0等其他仿真软件基本相似,都是选好连线的起始位置后,左键按住拖拽到连线终端,松开按键即可。所需注意的是,当连线显示是红色时表示连线失败,而且必须从起点开始至终点结束,不能逐步连接如图11所示即为失败情况,图12 所示是连线成功的效果。
图11 接线失败情况
图11 接线失败情况
图12  接线成功情况
图12 接线成功情况
(5)检测模块:MATLAB2014软件版本的simulink 中没有了Machines Measurement Demux模块。所以为了检测电机的一些运行参数,本小学生选用总线Bus Selector模块,将电机的参数分离出来,如图13所示选取Bus Selector模块。双击模块,选择测量的电机参数如图14,我这里检测转子、定子电流、电机转速、转矩四组检测量如图15 所示。
图13 总线模块选择
图13 总线模块选择
图14 总线参数选择
图14 总线参数选择
图15 检测变量选择
图15 检测变量选择
配置好参数后的Bus Selector会如图16所示多出2个支路出来
图16 配置好的总线模块
图16 配置好的总线模块
(6)最后配置示波器模块,搜索关键字Scope,如图17所示为选择操作过程。双击Scope模块,调整示波器的一些参数。如图18所示,点击齿轮图标,进入参数配置界面General下,配置Number of axes(坐标数目)与被测参量数目相同,设为4。TIME range 为横坐标最大值,我这里设置成1,Tick labels表示坐标标签,实际上是选择各个波形图是否显示横坐标值,我这里选择all,如图19所示。第2个界面History是可以选择是否存储测量数据,第三个界面Style可以设置波形图颜色,这里将背景设置成白色线设置成黑色,如图20所示。
图17 示波器模块
图17 示波器模块
图18 示波器参数设置1
图18 示波器参数设置(1)
图19 示波器参数设置2
图19 示波器参数设置(2)
调试好参数的示波器效果如图20所示
图20 示波器调试效果
图20 示波器调试效果
(7)配置POWERGUI模块,POWERGUI是电力系统仿真模块,如果你是学习电气工程等电类专业则可以用到它,可进行电网稳定性分析、傅里叶分解、潮流计算、阻抗频率响应等计算。选取操作如图21所示。虽然并没有用上,但是缺少此模块仿真会失败,不明原因,有了解原因的小伙伴或大神可评论中赐教,谢谢!
图21 POWERGUI模块
图21 POWERGUI模块
(8)最后连接好各个模块如图22所示
图22 完整的仿真程序
图22 完整的仿真程序
仿真文件保存与仿真结果展示
(1)保存操作:一定要保存,不然就全白做了。首先点击File下拉菜单选择Save,或CTRL+S如图23所示,弹出save as界面如图24所示选择保存路径,保存文件名一定是英文名,不然保存不成功提示如图25所示。
图27 保存操作
图27 保存操作
图28 保存正确设置
图28 保存正确设置
图28 保存错误提醒
图28 保存错误提醒
(2)仿真操作如图29所示点击图中红色方框的开始按钮,即可开始仿真,本程序仿真速度特别快。仿真完成后,双击Scope模块,展示出我们期望的参量波形,起始时电流会有短暂的急剧变化,平稳后几乎不变,平稳后的稳定转速为1500r/min,如图30所示,即为仿真测量的四组数据对应波形。
图29 仿真操作
图29 仿真操作
图30 仿真数据波形
图30 仿真数据波形
最后分享此工程的仿真文件和图片给各位老铁:
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链接:https://pan.baidu.com/s/1EwaIiMlM3j1H-clK33Y-WQ
提取码:9rgc
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