三相異步電機畢業(yè)設(shè)計

緒論1.1研究背景及意義由于直流調(diào)速的局限性和交流調(diào)速的優(yōu)越性,交流異步電動機在實際的需求下得到了很大的發(fā)展。我們知道研究應(yīng)用的交流異步電動機調(diào)速技術(shù)主要有轉(zhuǎn)差頻率控制和恒壓頻比控制。相比較實際的電機控制實驗采用計算機進(jìn)行仿真試驗，則可節(jié)約成本，提高效率，縮短設(shè)計周期。采用Matlab/Simulink進(jìn)行可視化圖形化仿真來進(jìn)行建模仿真。利用Simulink中的模塊庫建立三相/兩相的電動機數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行仿真后，對仿真波形與電動機模型進(jìn)行比較分析證實了該方法的簡便直觀、高效快捷和真實準(zhǔn)確性。證明矢量控制的優(yōu)越性從而加深對三相異步電動機原理的理解。通過對本課題的研究最終能夠熟悉并掌握Matlab/Simulink使用環(huán)境，熟悉模塊庫中模塊、并培養(yǎng)自己建立電機的系統(tǒng)仿真模型設(shè)計基本思路，為進(jìn)行其他的系統(tǒng)建模和仿真打下良好的基礎(chǔ)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前異步電機普通利用恒壓頻比控制或轉(zhuǎn)差率控制的異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，其控制關(guān)系和轉(zhuǎn)矩控制原則基本上是建立異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型上的，控制變量都是在幅值意義上的標(biāo)量控制。Matlab/Simulink建立三相異步牽引電機仿真模型，用SPWM變頻調(diào)速系統(tǒng)結(jié)合之前的優(yōu)點，在此基礎(chǔ)上加上了幅角控制，通過矢量控制成功的解決交流電機定子電流轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量的耦合問題。通過對仿真軟件的應(yīng)用證明在進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計時運用仿真工具對設(shè)計進(jìn)行仿真分析是行之有效的方法，提高系統(tǒng)設(shè)計效率，縮短系統(tǒng)設(shè)計時間，并能夠較好的進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。經(jīng)試驗表明，空間電壓矢量調(diào)制的方法正確可行。1.3本論文研究的主要內(nèi)容本論文先從異步牽引電動的結(jié)構(gòu)和工作原理出發(fā)，通過對交流異步電動機的坐標(biāo)變換基本思路的介紹，建立異步電動機的數(shù)學(xué)模型和在不同坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型方程式。采用Matlab

/Simulink軟件實現(xiàn)異步電動機數(shù)學(xué)模型的初步搭建和仿真。仿真結(jié)果顯示,該方法簡潔、方便、實時交互性強,能充分融合到其它控制系統(tǒng)中,并具有良好的互動能力。異步電動機電壓空間矢量PWM控制技術(shù)的原理和矢量變換方法實現(xiàn)極大的簡化了異步電機在任意同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行建模和仿真,利用其數(shù)學(xué)模型可構(gòu)成電機的仿真模型，然后運用Matlab軟件搭建模型進(jìn)行仿真結(jié)果和理論比對分析。

2三相異步電機的構(gòu)造和工作原理2.1三相異步電機的結(jié)構(gòu)和原理2.1.1三相異步電機的結(jié)構(gòu)三相感應(yīng)電機主要有定子、轉(zhuǎn)子和氣隙三部分組成。(1)定子定子鐵心是主磁路的一部分。鐵心是由厚度為0.5mm的硅鋼片疊成，硅鋼片的兩面涂絕緣漆，定子鐵心有外壓裝和內(nèi)壓裝兩種。在定子鐵心的內(nèi)圓，均勻沖有許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。定子繞組的一般接線方式有：星型接線、三角形接線。(2)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心是主磁路的一部分，一般由硅鋼片疊成，轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子支架上，鐵心的外表呈圓柱形。轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的機械功率通過轉(zhuǎn)軸輸出。轉(zhuǎn)子繞組是轉(zhuǎn)子電路的一部分，它分為籠型和繞線型。。(3)氣隙氣隙是由電機定子和轉(zhuǎn)子間隔產(chǎn)生的。氣隙大小對電機性能及制造工藝有很大的影響。氣隙大，磁阻就大，從而勵磁電流增大，電機功率因數(shù)降低。由于氣隙大使諧波磁場減弱，電機的附加損耗降低。一般氣隙大，對電機零部件的同軸度及裝配精度的要求降低；氣隙過小，則容易引起定轉(zhuǎn)子掃膛，以及由于附加損耗增加而使電機效率降低。氣隙不均勻，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力，發(fā)生不平衡振動。(4)其他附件端蓋、軸承、軸承端蓋、風(fēng)扇等。2.1.2三相異步牽引電機工作原理通過電機定子繞組的三相對稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)法拉利電磁感應(yīng)定律，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)將感生電流，氣隙磁場和轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，這個電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。牽引電機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差大于0。2.2三相異步電機的數(shù)學(xué)模型2.2.1三相異步電機在兩相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型(1)電壓方程：(2.0)(2)轉(zhuǎn)矩方程：(2.1)(3)磁鏈方程：(2.2)(4)轉(zhuǎn)速方程：(2.3)上述式中：是定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的等效互感，是靜止坐標(biāo)系上兩相定子繞組的等效自感，靜止坐標(biāo)系上兩相轉(zhuǎn)子繞組的等效自感，是定子電阻、是轉(zhuǎn)子電阻，為負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩，為機組的轉(zhuǎn)動慣量，極對數(shù)，為電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度，為電動機的電磁轉(zhuǎn)矩。2.2.2三相異步電機在三相靜止坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型(1)電壓方程式：(2.4)(2.5)(2.6)式中，為定子的相電壓瞬時值；為定子相電流瞬時值；為微分算子。(2)磁鏈方程：(2.7)(3)電磁轉(zhuǎn)矩方程：(2.8)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；為電機角速度；為機電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量；為極對數(shù)；為與轉(zhuǎn)速成正比的阻轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)；為扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩系數(shù)。轉(zhuǎn)矩方程：(2.9)根據(jù)上面對三相異步牽引電機的數(shù)學(xué)模型的搭建我們發(fā)現(xiàn)電機模型是復(fù)雜的，從中我們得到下面關(guān)于電機模型的性質(zhì)總結(jié)。(1)異步電動機數(shù)學(xué)模型是一個多變量系統(tǒng)。(2)異步電機數(shù)學(xué)模型是一個高階系統(tǒng)。(3)異步電動機數(shù)學(xué)模型是一個非線性系統(tǒng)。(4)異步電動機數(shù)學(xué)模型是一個強耦合系統(tǒng)。結(jié)合這些特點我們發(fā)現(xiàn)分析和解耦這些方程是非?？针y的，建模結(jié)構(gòu)的描繪是不清晰的。從而為我們在搭建電機仿真模型方面提出了新的要就。

3三相牽引電機的建模和仿真3.1三相異步牽引電動機模型3.1.1模型坐標(biāo)變換根據(jù)上面三相異步電動機在三相軸系上的數(shù)學(xué)模型的性質(zhì)是一個多變的、高階的、非線性、強耦合的復(fù)雜性為我們在建立模型帶來了困難，為了使得異步電動機數(shù)學(xué)模型具有可控性，必須簡化異步電機在三相軸上的數(shù)學(xué)模型，從而進(jìn)行坐標(biāo)變換是實現(xiàn)這一要求的必經(jīng)的途徑了。所謂坐標(biāo)變換就是三相軸系到二相軸系或者二相軸系到三相軸系的變換。從而實現(xiàn)簡化模型，進(jìn)一步建立優(yōu)化的模型。3.1.2建立模型異步電動機可以通過直流開環(huán)、閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型完成交流傳動控制系統(tǒng)仿真，一般可以經(jīng)過變轉(zhuǎn)差率調(diào)速、籠型轉(zhuǎn)子變極對數(shù)調(diào)速、變壓變頻調(diào)速。為了達(dá)到最優(yōu)建立異步電動機的模型，簡化、解耦使其成為一個線性、解耦的系統(tǒng)，實現(xiàn)使仿真結(jié)果接近異步電動機的實際運行狀況，仿真模型應(yīng)該與異步電動機的原始模型盡量保持一致。在這里，對比直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩和異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩的異同以及其內(nèi)在聯(lián)系，以其作為接入點，以兩相靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型作為建立仿真模型的依據(jù)，在變換前后功率保持不變，利用矢量坐標(biāo)變換，實現(xiàn)三相動態(tài)數(shù)學(xué)模型到兩相靜止坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型，并且不需要其他假設(shè)條件。(1)根據(jù)坐標(biāo)變換可以得到三相異步電動機電流三相/兩相的變換矩陣。(3.1)由上面的矩陣結(jié)合MATLAB/SIMULINK工具、式3.1得到三相/兩相的坐標(biāo)變換模型、封裝后的模塊。如圖3.2、圖3.3所示。圖3.2三相靜止電壓/三相靜止坐標(biāo)變換截圖圖3.3兩相電壓/三相電壓封裝模型截圖(2)根據(jù)坐標(biāo)變換可以得到三相異步電動機電流兩相/三相的變換矩陣。(3.2)根據(jù)上面的數(shù)學(xué)矩陣變換模型結(jié)合MATLAB/SIMULINK工具包中的模塊可以得到三相異步電動機電流兩相/三相的模型以及模塊。如圖3.3、圖3.4所示。圖3.4兩相靜止電流/三相靜止坐標(biāo)變換截圖3.5電流兩相/三相組裝模塊截圖3.1.3建立s函數(shù)以及電機模型(1)S函數(shù)格式介紹，其中參數(shù)名是的名稱、t是當(dāng)前仿真時間、x是函數(shù)的狀態(tài)向量、u函數(shù)模塊的輸入、flag是標(biāo)示當(dāng)前仿真階段以便執(zhí)行子函數(shù)、pl1，pl2...是函數(shù)模塊參數(shù)。(2)部分程序模塊根據(jù)上面數(shù)學(xué)模型、MATLAB/SIMULINK工具包中的模塊以及S函數(shù)書寫格式要求編寫程序入下，建立的電機仿真模型。(3.3)式中：微分算子M文件的建立根據(jù)S函數(shù)建立規(guī)則以及牽引電機的數(shù)學(xué)模型建立符合電機模型得到M函數(shù)。部分程序如圖3.6、圖3.7所示。圖3.6M1.m程序截圖圖3.7M2.m程序截圖程序編寫完成后保存，然后打開S函數(shù)模塊對話窗口，在函數(shù)名稱后面填寫函數(shù)文件名motor_1和motor_2，在函數(shù)參數(shù)項中輸入?yún)?shù)項目：的符號,并輸入各個參數(shù)的值。使得電機模塊將motor1.m和motor2.m文件套裝在S-Function中。根據(jù)第二章異步電動機數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB/SIMULINK程序包下的Mux、Demux模塊實現(xiàn)異步電動機矩陣參數(shù)的矢量合成以及將矢量參數(shù)變換成標(biāo)量參數(shù)。其模型如圖3.8所示。圖3.8異步電機模型截圖圖3.7牽引電機封裝模型截圖（3)仿真模型根據(jù)前面的牽引電機數(shù)學(xué)模型以及式2.0、式2.1、式2.2、式2.3對電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩綜合分析考慮可以得異步電機的仿真模型。如圖3.6所示。圖3.6三相異步電動機的SPWM模型截圖

4仿真結(jié)果及其分析4.1三相輸入電流在不同坐標(biāo)上的波形圖三相A、B、C輸入電流在不同坐標(biāo)上的波形圖，如圖4.1，圖4.2，圖4.3所示。圖4.1A相輸入電壓圖4.2B相輸入電壓圖4.3C相輸入電壓4.2三相輸入電壓子在同一坐標(biāo)下的波形圖三相輸入電壓在坐標(biāo)系上的波形圖如圖4.4所示。圖4.4A、B、C三相電壓4.3電動機理論輸出波形電動機在時，定子電流、轉(zhuǎn)子電流、電磁轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)速的實驗波形。圖4.3定子坐標(biāo)軸電流圖4.4定子坐標(biāo)軸電流圖4.5轉(zhuǎn)子坐標(biāo)軸電流圖4.6轉(zhuǎn)子坐標(biāo)軸電流圖4.7電磁轉(zhuǎn)矩圖4.8轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速4.5結(jié)果分析從實驗波形分析可以得到，三相異步牽引電機仿真模型的動態(tài)、靜態(tài)特性與理論分析結(jié)果一直。在恒壓頻比控制下，電動機的轉(zhuǎn)速與頻率成正比，帶負(fù)載運行時有轉(zhuǎn)速降落。由于開環(huán)控制，電機啟動和突然附加負(fù)載時轉(zhuǎn)速有小的震蕩，并且有超調(diào)現(xiàn)象。4.6總結(jié)通過Mutlab/Simulink實現(xiàn)對三相異步牽引電動機的建模，引用S函數(shù)將數(shù)學(xué)模型和Mutlab結(jié)合起來，最簡潔的實現(xiàn)了對電機的復(fù)雜模型簡化仿真，達(dá)到了應(yīng)要要求。

致謝本文是在我的導(dǎo)師李老師細(xì)心的幫助下完成的。李老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和細(xì)致的工作方法給了影響。論文的選題，參考資料的搜集，論文提綱的編寫，理論分析、仿真分析和論文撰寫過程研究生葉愛賢學(xué)長都給了我細(xì)心的指導(dǎo)，在此表示深深的謝意。另外，非常感李老師在整個設(shè)計過程中給予的指導(dǎo)，他嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作態(tài)度給了我極大的幫助！感謝與我同組的各位同學(xué)，他們精心的幫助我，尤其在編寫論文時能及時指出我論文中存在的問題，讓我深深地感覺到了團隊合作的力量。

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本科生學(xué)位論文論多媒體技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用姓名：指導(dǎo)教師：專業(yè)：教育管理專業(yè)年級：完成時間：

論多媒體技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用[摘要]多媒體不再是傳統(tǒng)的輔助教學(xué)工具，而是為構(gòu)造一種新的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境創(chuàng)造了條件，特別是對于教育社會化來說，多媒體網(wǎng)絡(luò)是一種更理想的傳播工具。多媒體本身具有：融合性、非線性化，無結(jié)構(gòu)性、相互交涉性、可編輯性、實時性等特點；同時運用在教育教學(xué)上又有其特長：利于信息的存儲利用、是培養(yǎng)發(fā)散性思維的工具、促使學(xué)習(xí)個別化的實現(xiàn)。多媒體在教學(xué)中的應(yīng)用有著多種的形式，它在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣上有著積極的作用，同時它還能促進(jìn)學(xué)生知識的獲取與保持、對教學(xué)信息進(jìn)行有效的組織與管理、建構(gòu)理想的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)等多方面的效果。立足未來發(fā)展，利用多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開展教學(xué)試驗。[關(guān)鍵詞]多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)資源共享多媒體技術(shù)主要指多媒體計算機技術(shù)，加工、控制、編輯、變換，還可以查詢、檢索。人們借助于多媒體技術(shù)可以自然貼切地表達(dá)、傳播、處理各種視聽信息，并具有更多的參與性和創(chuàng)造性。當(dāng)今多媒體已成為廣泛流傳的名詞，但人們對于它的認(rèn)識，特別是對于它在教育教學(xué)方面如何更好應(yīng)用，未知的因素還很多。

一、多媒體的教育特長任何一種媒體不管其怎樣先進(jìn)，它只能是作為一種工具被應(yīng)用到教育領(lǐng)域，能不能促進(jìn)教育的改革，。。。。。。應(yīng)當(dāng)吸取教訓(xùn)，加強理論研究，充分認(rèn)識多媒體的特性及其教育特長，以便更好地在教育領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用多媒體。

1、多媒體的特性

（1）融合性多種符號系統(tǒng)的融合是多媒體的特性之一，多媒體的這一特性區(qū)別于過去媒體符號系統(tǒng)的單一性或復(fù)合性。也就是說多媒體技術(shù)不是將符號系統(tǒng)疊加，而是具有整體性的融合。

（2）非線性化，無結(jié)構(gòu)性因為多媒體是在超文本、，其組合結(jié)構(gòu)是固定的、不變的。

（5）實時性多媒體信息中的聲音、活動視瀕、動畫于時間有密切聯(lián)系，對它們進(jìn)行呈現(xiàn)、交互等集成處理是實時的。在顯示某一主體內(nèi)容時，其視聽信息具有同步性。

2、多媒體的教育特長

（1）信息的存儲利用便利多媒體特別是多媒體WWW網(wǎng)絡(luò)信息的存儲、提取、雙向傳輸非常便利，它應(yīng)用于教育，更利于教學(xué)信息傳播機制的建立。

（2）發(fā)散性思維的工具在培養(yǎng)學(xué)習(xí)者發(fā)散性思維方面…………或創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)。

（3）促使學(xué)習(xí)個別化的實現(xiàn)多媒體WWW網(wǎng)絡(luò)有利于個別化的實現(xiàn)。因為學(xué)習(xí)者各人需求、學(xué)習(xí)經(jīng)驗、認(rèn)知程度等不同，學(xué)習(xí)方法也有差異，由于多媒體教學(xué)信息的多角度多層次性，不具有固定的學(xué)習(xí)目標(biāo)和既定學(xué)習(xí)路徑，學(xué)習(xí)者可以自定學(xué)習(xí)路徑選擇自己需要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

四、迎接信息時代，運用多媒體技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)傳播

21世紀(jì)是一個信息高速發(fā)展的時代，…………，首先必須認(rèn)清以下問題：

（一）多媒體不等于光盤化

。。。。。。由于人們認(rèn)為這就是多媒體，因而也就將多媒體作為一種更完美的形象化教具。

（二）多媒體不是CAI的延伸

日本視聽教育協(xié)會編著的《日本教育中的多媒體小史》超媒體的開發(fā)一節(jié)中指出：在超媒體的開發(fā)方面，有兩種考慮方法：一種是把重點放在超媒體發(fā)展的原始起點和特長上，編制"無