机电动力系统分析与仿真(报告模版).pdf

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1、华中科技大学研究生课程考试答题本考生姓名XXXX考生学号M201XXXX系、年级电气工程1X级类别硕士考试科目机电动力系统分析与仿真考试日期2014年x月x日机电动力系统分析与仿真华中科技大学电气学院研究生课程《机电动力系统分析与仿真》试题2012~2013学年度，第一学期1.一台三相异步电动机，??=3??,??=380?,??=5.4?,?1?=50??,??=960?/???，定子Y接，??=0.306?,??=0.310?,??=0.296?,??=2.08Ω,?=1.525Ω,?=0.25??∙

2、?2（含轴系）。试针对不同负载工况?Ⅰ：理想空载（??=0）Ⅱ：恒定负载（??=0.5??）和不同电流控制模式Ⅰ：定子电流自由变化（不限幅）Ⅱ：定子电流限幅控制，?∗≤31???分别考察以下三种起动方案Ⅰ：直接起动，普通交流电源供电（正弦波，恒幅恒频）Ⅱ：变频起动，理想VVVF电源供电（正弦波，调幅调频）*设频率变化规律为?∗=?∗+?∆（??∗≤1，?为斜率，自定）1?1?−111????1且电压与频率关系为?∗=?+(1−?)?∗（?为补偿电压，亦自定）1221?2Ⅲ：变频起动，SPWM逆变器供电（D

3、C-AC，脉宽调制波，调幅调频）*建议载波频率≥1000Hz,调制频率及基波电压变化规律方案Ⅱ*建议进而尝试转子恒磁链矢量控制方案（鼓励）的机电动态过程（组合=工况2⨁模式2⨁方案3+≥12）。要求给出仿真分析模型，图示并讨论仿真结果，综述结论与体会。一、Matlab-Simulink仿真模型的建立1.1三相异步电动机机电动力系统数学模型都可以转化为标准的状态方程形式，可以利用Matlab/Simulink软件构造模型进行仿真。在Simulink仿真平台上，状态方程的实现方法可分为模块法和S函数法。模块法

4、一般用于描述简单状态方程组，对于方程数目多或约束条件比较复杂的状态方程组来说，实现比较困难，且容易出错。相比之下，S函数法更加灵活，可操作性强。因此，-1-机电动力系统分析与仿真电机的模型采用s函数法构造。由于异步电机在自然坐标系下的数学模型具有高阶、非线性、强耦合的特点，给仿真和分析问题带来了很多的不便。而坐标变换可消除分析过程中出现的电感矩阵的时变因素，能简化电机的分析。常用的坐标变换主要有恒幅值变换和恒功率变换两种，我们采用前者，构建了电机在任意速旋转坐标系下的仿真模型。图1-1为三相静止参照系a-

5、b-c与任意速度旋转参照系d-q-n之间的关系。qbdnac图1-1三相静止参照系a-b-c与任意速旋转参照系d-q-n之间的关系设参照系d、q轴在abc平面以任意速ω旋转，d轴与a轴之间的夹角为θ（见图1-1），则a-b-c到d-q-n参照系等幅变换如式1-1所示，初始角为θ(0)，ζ为积分变量，??称为中轴分量。22coscos()cos()ff33da222(1-1)ffsinsin()sin()qb333f

6、fn111c222t(t)(0)()d(1-2)0d-q-n到a-b-c参照系的反变换为-2-机电动力系统分析与仿真cossin1ffadffcos(22)sin()1(1-3）bq33fcfn22cos()sin()133异步电机在d-q-n参照系中状态方程的一般形式为：???????−?1(?)−????−?2??????1?1(?)?????2−????

7、???p[]=−[]???Λ−?????3?????4(?)??????[−?3−????−?4(?)????]?????0−??0???10??0−?????+[][](1-4)Λ−??0??0???0−??0?????Λ=??−?2????1(?)=???2?+?Λ式中，?2=???????3=??????{?4(?)=??????−?Λ电磁转矩转子运动方程为：3??=???(??????−??????)(1-5)2????=??−??(1-6)???式中，?表示参照系旋转速度，本题采用同步坐标系，即

8、?=?1=2πf。异步电机任意速参考系下数学模型为一阶状态方程组，要对该模型仿真，还需确定端口约束条件和状态变量的初始值。电端口约束条件为定、转子三相电压，经abc/dq变换后为uds、uqs、udr、uqr。静止时，初始条件为i(0)i(0)i(0)i(0)(0)0(1-7)dsqsdrqrr根据上面的方程，利用s函数构造名为motor.m的模型，源程序附于附录1中。这个s函数有4个输入和8个输出，输入量分别为?