matalab模擬電機(jī)斷條故障論文課件

1、分 數(shù): _ 任課教師簽字：_ 華北電力大學(xué)研究生結(jié)課作業(yè)學(xué) 年 學(xué) 期：2012-2013課 程 名 稱：交流電機(jī)與系統(tǒng)分析 學(xué) 生 姓 名：王續(xù)學(xué) 號：2122213209 提 交 時 間：2013-1-10基于SIMULINK的異步電機(jī)斷條故障仿真實(shí)驗摘 要：本文基于MATLAB軟件的simulink模塊對電機(jī)的斷條故障進(jìn)行了模擬仿真。利用改變繞線式異步電機(jī)仿真模塊外接電阻的方式，來模擬電機(jī)的斷條故障。該模型簡單易行，雖然不能具體模擬一根或幾根斷條故障，但是卻可以通過組合變化不同的外接電阻參數(shù)，來模擬各種工況下不同程度的斷條故障。關(guān)鍵詞：異步電機(jī)；轉(zhuǎn)子斷條；仿真；1. 引言當(dāng)不考慮轉(zhuǎn)子實(shí)

2、際結(jié)構(gòu)時，繞線式異步電機(jī)和鼠籠式異步電機(jī)的模型完全相同。眾所周知籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)在頻繁起動及制動使用條件下，容易發(fā)生斷條故障，本文基于綜合矢量方法的公式推導(dǎo)與數(shù)值分析得出的結(jié)論，使用SIMULIK模塊模擬了電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條的情況，通過對定子電流頻譜的分析，驗證了這種方法的可行性。在研究方程時,對斷條的處理有兩種方法:一種方法是將斷條視為開路,列方程時不考慮該斷條的方程;另一種方法則是將斷條用特定電阻符號替代,列方程時考慮斷條回路方程,當(dāng)對系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型求解時再將該電阻設(shè)為一高阻值。綜合矢量方法采用前一種研究方法，而SIMULINK對轉(zhuǎn)子斷條的仿真則采用改變轉(zhuǎn)子某相電阻值來進(jìn)行。理論和數(shù)據(jù)表明兩種方

3、式的結(jié)論是一致的。2. 轉(zhuǎn)子斷條感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型2.1. 綜合矢量的定義：對任意多相且非對稱的帶電繞組系統(tǒng),定義其綜合矢量為。1) 式中:M為繞組相數(shù); 為第r相繞組的相電流; 為第r相繞組歸算到第一相繞組的歸算系數(shù),;為第r相繞組軸線相對于第一相繞組軸線的滯后電角度;為復(fù)量算子。由于所研究電機(jī)的定子三相繞組仍是對稱的,根據(jù)上式定義,其定子電流綜合矢量應(yīng)為。2) 引入系數(shù)是為了使方程變換前后輸入功率不變。2.2 定轉(zhuǎn)子磁鏈綜合方程圖1所示為轉(zhuǎn)子某一個導(dǎo)條斷裂后的定轉(zhuǎn)子繞組相對空間位置圖，規(guī)定各相電流正方向和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向如圖1所示。研究中假定電機(jī)為理想電機(jī)。由于鐵芯電阻率遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電阻率,故忽

4、略轉(zhuǎn)子導(dǎo)條間的橫向電流,認(rèn)為各導(dǎo)條電流只通過端環(huán)形成回路。圖1.感應(yīng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組 2.2.1 定子磁鏈綜合方程首先我們定義綜合矢量為：假定序號為H的某根導(dǎo)條斷裂,則有=0,因此該斷條對其他各相繞組不產(chǎn)生互感磁鏈,即:式中為包含漏感的定子繞組的每相自感,為定子相繞組軸線重合時的互感。為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條軸線與定子等效集中相繞組線圈邊的位置沿徑向一致時的互感。為序號J的導(dǎo)條電流。將A、B、C各式代入,化簡后得：于是有對方程兩邊乘以,其意義是將復(fù)平面從定子移到轉(zhuǎn)子,并令于是上式化為（2）其中：2.2.2 轉(zhuǎn)子磁鏈綜合矢量轉(zhuǎn)子磁鏈綜合矢量定義為代入化簡后有其中經(jīng)過化簡最后有2.2.3 定子電壓方程1）定子電壓

5、方程如果定子繞組為Y接則有下列電壓回路方程2）定子電壓綜合矢量帶入后化簡得：3）轉(zhuǎn)子電壓方程4）轉(zhuǎn)子電壓綜合矢量2.2.4 數(shù)學(xué)模型將式（2）代入式（4），將式（3）和（5）代入式（6），將方程分解成實(shí)部和虛部兩部分得到四個方程的矩陣形式：其中電磁轉(zhuǎn)矩方程為：動力方程為：角位移方程為：轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流方程為：定子三相電流為： 2.2.5 結(jié)論：通過對上式代入數(shù)值和理論分析，我們可以得出結(jié)論:在50Hz的電源頻率下，由于頻率f0的成分非常大，因此正常時定子電流分布圖譜在50Hz時分布百分比較大。斷條使定子電流產(chǎn)生頻率為的邊頻分量。因此反應(yīng)在定子電流分布圖譜上，在的頻率位置會有一定的數(shù)量的定子電流分布

6、，下面我們用simulink來驗證如上的分析。3. 仿真模型及仿真參數(shù) 電機(jī)定子電阻和自感：，；轉(zhuǎn)子電阻和自感，；互感：；轉(zhuǎn)動慣量：；繞線外接電阻（R1，R2，R3）；正常時為（0.1，0.1，0.1）；故障為（0.1， 2.0）；額定負(fù)載：11.9Nm。 圖2.異步電機(jī)斷條故障仿真模型沒有發(fā)生斷條故障時，定子電流和轉(zhuǎn)速波形如圖： 圖3.正常時定子電流 （R1,R2,R3）=(0.1，0.1，0.1) 圖4.正常時轉(zhuǎn)速 圖5.正常時定子電流譜分析可見50Hz的定子電流譜分布最大。但是當(dāng)我們將R2阻值改為2即發(fā)生了轉(zhuǎn)子斷條的情況，我們得到定子電流，轉(zhuǎn)速和定子電流頻譜圖如下所示 圖6.斷條時定子電流分布 （R1，R2，R3）=（0.1，2，0.1） 圖8.斷條時電機(jī)的轉(zhuǎn)速從圖中得到轉(zhuǎn)速為1440，這樣根據(jù)上述推導(dǎo)結(jié)論得出的可以得到產(chǎn)生邊頻分量的頻率為46Hz和54Hz。顯然，圖9的定子電流譜分析表明，定子電流在46Hz，50Hz和54Hz所占的比重是最大的。 圖9.故障時定子電流譜分析4結(jié)論 本文鑒于斷條破壞了電機(jī)內(nèi)部原有的對稱關(guān)系,難以采用派克變