基于MATLAB的电机仿真研究
石家庄铁道大学毕业设计
基于MATLAB的电机仿真研究
Simulation Research of Motor Based on
MATLAB
2013 届电气与电子工程学院
专业电气工程及其自动化
完成日期2013年6月10日
毕业设计任务书
毕业设计开题报告
摘要
本设计是基于MATLAB的电动机仿真实验，要完成本毕业设计有几项准备工作：首先需要学习解电动机的内部结构和工作原理，其次就是MATLAB软件的学习。对仿真模型的搭建需要用到Simulink模块，通过Simulink模块搭建出不同类型、不同容量电机的起动、调速和制动模型，然后仿真出各参数的曲线。
对电动机所做这些仿真对电机的研究发挥着重大意义。通过搭建模型来仿真电动机的起动、调速和制动过程曲线变化，第一、能够大大提高实验过程当中的安全性；第二、搭建仿真模型操作简单，修改各参数方便快捷，在今后电动机的改良及系统的设计中可以大大缩短设计开发周期，有利于选择最佳参数和设计最合理的系统方案；第三、仿真结果通过Simulink模块当中示波器显示其曲线变化，这样可以更为直观的观察到各参数对电动机性能的影响，对电动机的研究带来了极大的方便。
关键词：电动机MATLAB Simulink 仿真
Abstract
The design is electric machinery simulation experiment based on MATLAB. Firstly, we should learn to study the internal structure and principle of operation of the electric machinery. Secondly, it is the learning of the MATLAB software. To build up a simulation model we need to use the Simulink module to build up different type and capacity motors’starting, speed regulation and braking module by Simulink module, then simulate the curves of the parameters.
The simulation of the motor plays an important role in studying the electric machinery. By building up the models to simulate the variety of the motors’starting,speed regulation and braking curves. Firstly, we can greatly improve the safety during the process of the experiment. Secondly, it is easy to build up a simulation model and convenient to modify the parameters, so we can greatly shorten the design cycle in the future motor improvement and system design and it is propitious to select optimum parameters and design the most reasonable system scheme. Thirdly, the simulation results is used by oscilloscope in Simulink modules to display theirs’ curve s variety, in this way we can intuitionisticly observe the effects of parameters on the performance of the motors, it brings great convenience in motor research.
Key words: electric motor MATLAB Simulink simulation
目录
第1章绪论 (1)
1.1电机仿真的背景及意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (1)
1.3 论文研究的主要内容 (2)
第2章MATLAB概述 (3)
2.1MATLAB语言及特点 (3)
2.2Simulink的应用 (4)
2.2.1简介 (4)
2.2.2功能 (4)
2.2.3特点 (5)
2.2.4启用 (5)
第3章变压器 (7)
3.1变压器的基本工作原理 (7)
3.2 变压器仿真 (9)
3.2.1变压器空载运行状态仿真 (9)
3.2.2 变压器负载运行状态仿真 (12)
第4章三相异步电动机 (14)
4.1 三相异步电动机工作原理 (14)
4.2 三相异步电动机的起动 (17)
4.2.1三相异步电动机直接启动 (17)
4.2.2三相异步电动机降压启动 (19)
4.3 三相异步电动机制动 (23)
4.3.1三相异步电动机自由制动仿真 (23)
4.3.2三相异步电动机能耗制动仿真 (25)
4.3.3三相异步电动机反接制动仿真 (26)
4.4三相异步电动机调速仿真 (27)
4.4.1三相异步电动机转子串电阻仿真 (28)
4.4.2三相异步电动机定子调压调速仿真 (29)
4.4.3三相异步电动机变频调速仿真 (30)
第5章三相同步电动机仿真 (32)
5.1 三相同步电动机的基本工作原理 (32)
5.2三相同步电动机起动仿真 (33)
5.3三相同步电动机能耗制动仿真 (34)
5.4三相同步电动机变频调速仿真 (36)
第6章直流电机 (37)
6.1 直流电机的工作原理 (37)
6.2直流电动机启动仿真 (39)
6.2.1 他励直流电动机直接启动仿真 (39)
6.2.2他励直流电动机分级启动仿真 (40)
6.3 直流电动机制动仿真 (42)
6.3.1 直流电动机能耗制动仿真 (42)
6.3.2 直流电动机反接制动仿真 (43)
6.4 直流电动机调速仿真 (45)
6.4.1 直流电动机改变电枢电压调速仿真 (45)
6.4.2 直流电动机减弱磁通调速仿真 (46)
第7章结论 (48)
7.1 结论 (48)
参考文献 (49)
致谢 (50)
附录A 外文资料翻译 (51)
A.1英文 (51)
A.2 译文 (59)
第1章绪论
1.1 电机仿真的背景及意义
随着科学技术的发展，电机已经渗透到各行各业中去，成为满足人们日常生活衣、食、住、行不可或缺的重要设备。同时，电机在世界各国综合国力的较量中起着决定性作用。如何生产出高性能的电机以及实现电机的合理控制正在逐渐成为重要的研究课题。经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。目前，电机研究的不断深入并且电机控制系统越来越复杂，仿真是对其进行研究的一个重要的、不可或缺的手段，而值得考虑的是采用何种软件才使得仿真方便、快速、准确和计算精确。
MATLAB软件已经成功在电机仿真研究中应用。电机仿真对电机研究有重大意义：
(1)能够大大提高实验过程当中的安全性；
(2)搭建仿真模型操作简单，修改各参数方便快捷，在今后电动机的改良及系统的设计中可以大大缩短设计开发周期，有利于选择最佳参数和设计最合理的系统方案；
(3)仿真结果通过Simulink模块当中示波器显示其曲线变化，这样可以更为直观的观察到各参数对电动机性能的影响，对电动机的研究带来了极大的方便。
1.2 国内外研究现状
我国电机工业体系是从新中国成立后建立的。建国后，电机制造工业得到迅猛发展，从初期的仿制到自行设计再到研发创新，经过60多年的发展，已建立了全国性的研究实验基地，培养了一大批从事研究、制造电机的专家和工程技术人员，有了统一的国家标准和系列产品。然而，与国外相比，中国的电机发展还相对落后。国外电机发展起步早、发展迅速，我国抓住第二次工业革命的机遇正在赶超国外。
总体来讲，电机的理论已经趋于成熟，现在国内外正在电机系统设计与新型材料研制方面进行着新一轮的竞争。而电机仿真就是在这种背景下产生的。电机仿真在电机的研究中有着诸多优点，仿真也在各行各业中发挥着越来越重要的作用。
1.3 论文研究的主要内容
本设计是基于MATLAB的电机仿真实验，它所包含的主要内容有：
(1)需要学习了解电机的内部结构和工作原理；
(2)对MATLAB软件进行学习；
(3)对电机不同仿真模型进行搭建；
(4)对搭建模型进行说明并且对比分析仿真曲线的特性。
对仿真模型的搭建需要用到Simulink模块，通过Simulink模块搭建出不同类型、不同容量电机的起动、调速和制动模型，然后仿真出各参数的曲线，并通过对各曲线的波形对比分析讨论不同类型、不同容量电机的起动、调速和制动的优缺点，从而找到适合于不同应用电机的起动、调速与制动方法，使电机工作在最佳的状态。这样在今后电动机的改良及系统的设计中可以大大缩短设计开发周期，有利于选择最佳参数和设计最合理的系统方案。