电机定子和转子的建模与仿真
电机与拖动基础教学课件第五章异步电动机的原理和仿真
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
4. 其他部件
（1）端盖。端盖安装在机座的两端，它的材料加工方法与机座 相同，一般为铸铁件。端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子，以 使定子和转子得到较好的同心度，保证转子在定子内膛里正常运转。
（2）轴承。轴承用于连接转动部分与不动部分，目前都采用滚
（3）轴承端盖。轴承端盖用于保护轴承，使轴承内的润滑油不
5.2
交流绕组
6）槽距角 槽距角(α)是指相邻的两个槽之间的电角度，可
α
360 p Z1
7）极相组
极相组是指一个磁极下属于同一相的线圈按一定 方式串联成的线圈组。
5.2
交流绕组
2. 交流绕组的基本要求
（1）在一定的导体数下，绕组的合成电势和磁势在波形上 应尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
3. 气隙
异步电动机的气隙是很小的，中小型电动机的气隙一般为 0.2～2 mm。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就 需要较大的励磁电流。由于气隙的存在，异步电动机的磁路磁阻 远比变压器大，因而异步电动机的励磁电流也比变压器的大得多。 变压器的励磁电流约为额定电流的3%，异步电动机的励磁电流约 为额定电流的30%。励磁电流是无功电流，因而励磁电流越大， 功率因数越低。为提高异步电动机的功率因数，必须减小它的励 磁电流，最有效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是，气隙过小 会使装配困难，还有可能使定子、转子在运行时发生摩擦或碰撞， 因此，气隙的最小值由制造工艺及运行安全可靠等因素来决定。
图5-1 三相笼型异步电动机的组成部件
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
1. 定子
定子由定子三相绕组、定子铁心和
三相永磁同步电机(PMSM)矢量控制建模与仿真
目录1 引言 (1)1.1 课题的背景与意义 (1)1.1.1 课题背景 (1)1.1.2 课题意义 (1)1.2 永磁电机发展概况 (1)2 机电能量转换和拉格朗日方程 (2)2.1 机电能量转换 (2)2.2 三相同步电机电磁转矩 (7)2.3 拉格朗日方程 (9)3 三相永磁同步电机的数学模型 (11)3.1 三相PMSM的基本数学模型 (11)3.2 三相PMSM的坐标变换 (13)3.2.1 Clark变换 (13)3.2.2 Park变换 (14)3.3 同步旋转坐标系下PMSM的数学模型 (14)4 三相永磁同步电机的矢量控制 (16)4.1 转速环PI调节器的参数整定 (16)4.2 电流环PI调节器的参数整定 (17)4.3 三相PMSM矢量控制系统的仿真 (19)4.3.1 仿真建模 (19)4.3.2 仿真结果分析 (22)总结 (23)参考文献 (23)三相永磁同步电机矢量控制建模与仿真摘要：永磁同步电机具有体积小、效率和功率因数高等优点，因此越来越多的应用在各种功率等级的场合。
永磁同步电机的控制是永磁同步电机应用的关键技术，永磁同步电机的结构特点使得采用矢量控制系统有很大的优势。
本文首先分析了永磁同步电机矢量控制的发展概况，然后从机电能量转换的角度出发，解释三相永磁同步电机的机电能量转换原理，推导拉格朗日运动方程。
此外，列写出永磁同步电机在三相静止坐标系和dq坐标系下的数学模型。
基于Simulink建立了转速电流双闭环矢量控制系统的仿真模型，通过对仿真结果分析，验证了永磁同步电机矢量控制系统性能的优越性。
关键词：永磁同步电机，矢量控制，Simulink1 引言1.1 课题的背景与意义1.1.1 课题背景交流电机的控制性能在磁场定向矢量控制技术提出后才有了质的飞跃。
磁场定向矢量控制技术采用的是励磁电流和转矩电流的解稱控制，兼顾磁场和转矩的控制，克服了交流电机自身耦合的缺点。
maxwell电机仿真实例
maxwell电机仿真实例Maxwell电机仿真是一种对电机进行计算机模拟的技术，其目的是为了优化电机设计、提高电机性能和减少实际试验的成本和时间。
利用仿真软件对电机进行模拟可以更快速地得到设计方案，并且能够对不同参数进行优化，以达到更好的性能。
本文将介绍Maxwell电机仿真的基本原理和实例应用。
1. Maxwell电机仿真的基本原理Maxwell电机仿真是建立在Maxwell电磁场仿真软件基础上的，它是一种采用有限元方法对电机进行建模和分析的技术。
有限元方法是一种数值计算方法，它能够将连续的物理模型离散化为有限个小区域，通过对这些小区域进行求解，得到整个物理系统的行为。
在电机仿真中，有限元方法被用来求解电机内部的电磁场分布、温度分布和电机的性能等。
Maxwell电机仿真的基本原理包括以下几个方面：（1）建立电机模型：首先需要根据实际的电机结构、材料和工作条件等建立电机的几何模型。
这个过程通常使用CAD软件来完成，得到电机的三维结构模型。
（2）设置仿真参数：在建立了电机的几何模型后，需要对仿真参数进行设置，包括材料特性、工作条件、电机结构等各项参数。
这个过程需要根据实际的工程要求和设计需求来进行。
（3）网格划分：对电机的几何模型进行网格划分，将电机离散化为有限个小区域，以便后续的有限元计算。
（4）求解电磁场分布：利用有限元方法对电机进行电磁场分布的求解，得到电机内部的电磁场分布特性。
（5）分析电机性能：根据电磁场分布和电机参数对电机的性能进行分析，包括输出转矩、功率、效率等。
2. Maxwell电机仿真的实例应用Maxwell电机仿真可以应用于各种类型的电机，包括直流电机、交流电机、同步电机和异步电机等。
下面将以某家电机公司的三相异步电机为例，介绍Maxwell电机仿真的实例应用。
（1）建立电机模型：首先，需要在Maxwell软件中建立该三相异步电机的几何模型。
电机结构主要包括定子、转子、风扇、绕组等部件，根据电机实际的结构和尺寸进行建模。
BLDC调速系统的建模与仿真
电压控制
通过调节电机的输入电压来控制电机的旋转速度。
电流控制
通过调节电机的输入电流来控制电机的旋转速度。
3
磁场控制
通过调节磁场的大小来控制电机的旋转速度。
03
Bldc调速系统的建模
电机本体建模
01
02
03
电机转子建模
电机定子建模
磁路建模
包括转子电阻、转子电感等参数， 用于描述转子运动过程中的电磁 特性。
04
Bldc调速系统的仿真
仿真工具介绍
MATLAB/Simulink
一款由MathWorks公司开发的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析 以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。
Simulink
MATLAB的一个附加组件，提供了一个图形化的环境，用户可以使用该环境构建、模拟 和分析动态系统。
执行器建模
包括执行器输入输出关系、执行器驱动能力 等，用于描述执行器对电机控制信号的执行 效果。
整体系统建模
系统接口建模
描述各部分之间的连接关系和信号传递方式，是系统 整体性能分析的基础。
系统稳定性分析
通过系统模型分析系统的稳定性、动态响应等性能指 标。
系统优化设计
根据系统性能要求，对系统模型进行优化设计，提高 系统性能。
Simulink Coder
一个用于将Simulink模型自动转换为C代码的工具，可以用于嵌入式系统的开发。
仿真模型的建立
确定系统参数
根据Bldc调速系统的实际参数，确定仿真模型的参数，如电机转 速、负载转矩等。
建立数学模型
根据Bldc调速系统的物理特性，建立系统的数学模型，如电压平衡 方程、转矩方程等。
基于MATLAB的电机仿真分析
基于MATLAB的电机仿真分析一、电机仿真基础在进行电机仿真分析之前，我们首先需要了解电机的工作原理和基本参数。
电机是一种将电能转换为机械能的设备，根据其工作原理的不同，可以分为直流电机和交流电机。
在进行仿真分析时，需要考虑到电机的电气和机械特性，例如电压、电流、转速、转矩等参数。
电机仿真分析的基础是建立电机的数学模型，通常采用的是电路模型或者有限元模型。
电路模型适用于小功率电机，其基本原理是根据电机的电气特性建立等效电路，并通过电路方程进行仿真分析。
有限元模型适用于大功率电机，其基本原理是根据电机的物理结构建立有限元模型，并通过有限元分析进行仿真分析。
在MATLAB中，可以利用Simulink或者PDE Toolbox等工具进行电路模型和有限元模型的建模和仿真。
三、基于MATLAB的电机仿真应用1. 电机性能分析基于MATLAB的电机仿真分析可以帮助工程师了解电机的性能和特点，例如电流波形、转速响应、转矩曲线等参数。
通过仿真分析，可以优化电机设计和控制系统，提高电机的效率和可靠性。
2. 电机故障诊断基于MATLAB的电机仿真分析还可以用于电机的故障诊断，例如定子短路、转子断路、轴承故障等。
通过对电机的电气特性和机械特性进行仿真分析，可以检测和诊断电机的故障类型和位置，从而及时进行维修和保养。
3. 电机控制系统设计基于MATLAB的电机仿真分析还可以用于电机控制系统的设计和优化。
通过搭建电机模型和控制系统模型，进行仿真分析和参数调节，可以得到最优的控制系统参数，提高电机的动态性能和稳定性。
四、结论基于MATLAB的电机仿真分析是一种有效的工具，可以帮助工程师更好地了解电机的性能和特点，优化电机设计和控制系统。
在实际工程中，可以根据电机的具体要求和情况选择合适的仿真方法和工具，进行仿真分析和应用研究。
随着MATLAB工具的不断更新和完善，电机仿真分析将得到更广泛的应用和发展。
按照转子磁链定向的矢量控制系统仿真
按照转子磁链定向旳矢量控制系统仿真1.矢量控制技术概述异步电机旳动态数学模型是一种高阶、非线性、强耦合旳多变量系统，其控制十分复杂。
矢量控制实现旳基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对机旳励磁电流和转矩电流进行控制，从而到达控制异步电动机转矩旳目旳。
将异步电动机旳异步电动定子电流矢量分解为产生磁场旳电流分量(励磁电流) 和产生转矩旳电流分量(转矩电流) 分别加以控制，并同步控制两分量间旳幅值和相位，即控制定子电流矢量，因此称这种控制方式称为矢量控制方式。
ω图1 带转矩内环节磁链闭环旳矢量控制系统构造图2.几种关键问题：●转子磁链函数发生器根据电机旳调速范围和给定旳转速信号，在恒转矩范围内恒磁通调速、转子磁通保持额定磁通；在恒功率范围内弱磁调速，转子磁通随转速指令旳增大而减小。
转子磁链函数发生器用来产生磁链大小信号。
这里采用下面旳曲线。
转子磁链旳幅值一般为1。
●转子磁链旳观测与定向转子磁链旳观测模型重要有二种：（1） 在两相静止坐标系上旳转子磁链模型电机旳定子电压和电流由传感器测得后，通过3S/2S 变换，再根据异步电机在两项静止坐标系下旳数学模型，计算转子磁链旳大小。
()r αm s αr r βr 11L i T T p ψωψ=-+ ()r βm s βr r αr 11L i T T p ψωψ=++ （2） 按磁场定向两相旋转坐标系上旳转子磁链模型三相定子电流 iA 、 iB 、iC 经3/2变换变成两相静止坐标系电流 is α 、 is β ，再经同步旋转变换并按转子磁链定向，得到M ，T 坐标系上旳电流 ism 、ist ，运用矢量控制方程式m st1s r rL i T ωωωψ-==mr smr 1L i T p ψ=+可以获得 ψr 和 ωs 信号，由ωs 与实测转速 ω 相加得到定子频率信号ω1，再经积分即为转子磁链旳相位角ϕ ，它也就是同步旋转变换旳旋转相位角。
电机电磁仿真基本流程
电机电磁仿真基本流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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永磁同步风电机组发电机定子温度建模方法
永磁同步风电机组发电机定子温度建模方法摘要：定子温度在发电机运行过程中会不断变化，定子温度会随着机组运行时间的增加而升高。
当定子绕组温度达到一定值时，发电机就会启动。
当发电机启动时，转子上的转子和机座之间的摩擦导致定子温度升高而使发电机转子绕组升温。
关键词：风力发电；风电机组；定子；永磁同步发电机；温度数据分析引言本文以定子转子绕组及转子绕组为例对定子温度进行建模研究；并将该方法应用于某发电机中分析了定子温度对发电机性能带来影响；然后通过分析定子温度建模方法计算结果得知该发电机定子电压为3.7 kV/5 kW时，电流密度6.9 A/m2· h；转子间温度为470℃~610℃。
最后计算得出定子温度满足风场运行要求。
并通过仿真验证了该方法的可行性和有效性。
结论该方法能较为准确地描述发电机定子绕组对温度变化与转速变化关系之间的响应规律，为风机温度模拟提供了一定参考依据。
一、理论分析本文所提出的基于温度源的发电机定子温度模型算法基于 Friedman定子温度源方程，并且将温度源作为二值化温度系数，与二值化温度曲线进行耦合，通过求解的结果可得发电机工作时的温度。
如图1所示，永磁同步风机在直流系统中发挥作用，是一种高效型直流电机。
它可以将直流电转变成交流电，从而产生电能。
可以使电机转子获得正磁场，将转子上产生热量加热，从而产生热量使电机做功。
发电机作为电能来源，同时也为转子提供恒定磁场对电流进行反馈。
因此，发电机在电流作用下得到很大热量，引起线圈局部发热发烫，进而引起发电机故障而导致发电机运行不稳定影响发电功率输出。
所以本文在定子工作时引入能量来提高工作效率进行补偿。
如图2所示，将永磁体中存在电流时发电机将产生正磁场并且产生电压，通过对电压电流进行测量将数据传送到计算机完成整个过程并存储于数据库中。
根据公式可以得到：(1）式中 u为转子转矩； A为电流功率； B为磁极电流密度； S为转子绕组电阻， R为电机转速； D为转子轴转动惯量； f为永磁体本身体积重量； r为励磁电流与转矩速度之比。
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建模与仿真作业题目（一）姓名：张娇专业：电研-11学号：2011301350117建模与仿真演讲作业1如下图所示直流电机电路图，电机转动惯量为J,电机扭矩方程为ωωF i i K dtd Je a -=1转子电流方程为：ωe a a a a ai K U i R dtdi L 2-=+定子电流方程：e e e e eU i R dtdi L =+直流电机电路示意图回答：1. 将如上方程写为的状态空间模型形式。
2. 求解在U a = 2V ，U e = 2V 的输入条件下，系统稳定的转速和i a ,i e 大小？3. 在2稳定条件下，若U a 和U e 从第5秒均变为5V ，试求10s 内的转子转速的动态数值解，并给出转子电流和定子电流数值解。
解：1. 为计算和书写方便，现假定 F=1, J=1,K 1=K 2=1, L a =L e =1,R a =R e =1 • 选取状态变量为：转速w 、转子电流i a 、定子电流i e • 输入量：转子电压U a 、定子电压U e则系统的状态方程：2.设U a = U e =2,系统在similink 下的仿真如下：则仿真结果为： i a 如scope 所示：由此图可知转子电流i a 在5s 后达到稳定值0.4。
ee e a a ea i u ew i i u awii i i w -=--=-=...◆i e如scope1所示：由此图可知定子电流i e在5s后达到稳定值2。
◆w如scope2所示：由此图可知转速w在5s后达到稳定值0.8。
3.假设：U a、U e的值从第5秒突然从2跳变到5，系统在similink下仿真，仿真图如题2所示，修改参数U a、U e值如下：则状态量相应的仿真曲线如下：◆i a如scope所示：由图可知转子电流i a出现震荡跳变，最后趋向于0.2。
◆i e如scope1所示：由图可知定子电流i e随着跳变而变化最后趋向于5。
w如scope2所示：由图可知转速w出现震荡跳变，并最终趋向于1。
求解系统变量的数值解的M文件如下所示：function xdot=lisan_shuzhi_jie(t,x)if t<=5xdot=[-x(1)+x(2)*x(3);-x(1)*x(3)-x(2)+2;-x(3)+2;]endif t>5xdot=[-x(1)+x(2)*x(3);-x(1)*x(3)-x(2)+5;-x(3)+5;]end注：x(1)代表转子转速w；x(2)代表转子电流ia；x(3)代表定子电流ie；系统参数初值Ua=2V,Ue=2V,在第5秒时Ua变为5V,Ue变为5V在MATLAB的运行窗口中输入>> ode23(@lisan_shuzhi_jie,[0,10],[0;0;0.4]),grid on回车后得到10s内系统状态的离散曲线如下图所示：对应的数值解如下所示：xdot=2.00001.6000 xdot =0.00002.00001.6000 xdot =0.00001.99991.6000xdot =0.00001.99991.5999xdot =0.00011.99971.5998xdot =0.00021.99961.5997xdot =0.00021.99951.5996xdot =0.00061.99851.5988xdot=0.00081.99801.5984xdot =0.00101.99751.5980xdot =0.00301.99251.5940xdot =0.00401.99001.5920xdot =0.00511.98761.5900xdot =0.01251.97031.5763xdot =0.01621.96191.56960.02011.95331.5627 xdot =0.02841.93601.5489 xdot =0.03241.92751.5422 xdot =0.03681.91891.5354 xdot =0.04591.90131.5215 xdot =0.05041.89271.5147 xdot =0.05521.88401.5078 xdot =0.06691.86311.4914 xdot =0.07261.85291.4834 xdot =0.07871.84261.4753 xdot =0.09501.81601.45460.10281.80311.4446xdot =0.11131.78991.4344xdot =0.13401.75591.4083xdot =0.14461.73951.3959xdot =0.15661.72261.3831xdot =0.18871.67851.3499xdot =0.20311.65711.3345xdot =0.22001.63521.3183xdot =0.26691.57551.2750xdot =0.28661.54671.2555xdot =0.31111.51691.23460.38501.42751.1740xdot =0.41171.38441.1481xdot =0.44991.33941.1191xdot =0.66471.08580.9686xdot =0.66780.96160.9237xdot =0.77550.83710.8550xdot =0.59171.16711.0157xdot =0.61691.08340.9783xdot =0.68760.99650.9302xdot =0.80020.81560.8443xdot =0.80580.73080.81320.85670.64080.7732xdot =0.91390.48090.7112xdot =0.90500.41110.6877xdot =0.92750.33300.6587xdot =0.94630.16970.6031xdot =0.91750.10620.5824xdot =0.92030.02890.5564xdot =0.8938-0.13650.5039xdot =0.8409-0.18790.4851xdot =0.8218-0.26220.4607xdot =0.7369-0.42030.40900.6561-0.44530.3919xdot =0.6121-0.51010.3680xdot =0.4897-0.60510.3275xdot =0.4147-0.59790.3140xdot =0.3575-0.63280.2953xdot =0.2262-0.66540.2633xdot =0.1672-0.63420.2525xdot =0.1095-0.64160.2377xdot =-0.0132-0.62110.2110xdot =-0.0517-0.57240.2022xdot =-0.1022-0.55770.1899-0.2058-0.48980.1658xdot =-0.2173-0.42720.1583xdot =-0.2553-0.39530.1473xdot =-0.3084-0.30490.1287xdot =-0.2947-0.25400.1229xdot =-0.3116-0.21570.1144xdot =-0.3191-0.12500.0995xdot =-0.2888-0.09140.0949xdot =-0.2878-0.05590.0881xdot =-0.3175-0.14380.1026xdot =-0.2990-0.11520.0985-0.2982-0.08460.0930 xdot =-0.2810-0.02550.0834 xdot =-0.2579-0.00870.0800 xdot =-0.24810.01530.0756 xdot =-0.21750.05570.0679 xdot =-0.19540.06180.0653 xdot =-0.18080.07750.0617 xdot =-0.14410.10080.0553 xdot =-0.12470.09850.0531 xdot =-0.10850.10660.0501 xdot =-0.06990.11420.0443-0.05500.10450.0424xdot =-0.03930.10600.0398xdot =-0.00270.09770.0342xdot =0.00410.08120.0326xdot =0.01710.07710.0301xdot =0.04170.05470.0250xdot =0.03620.03780.0238xdot =0.04370.03060.0215xdot =0.04860.00540.0175xdot =0.0352-0.00190.0166xdot =0.0368-0.00850.01480.0288-0.02130.0123xdot =0.0203-0.02000.0117xdot =0.0177-0.02370.0106xdot =0.01772.97633.0106xdot =0.0328-0.01490.0135xdot 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