精选基于MATLAB的异步电动机故障仿真分析 doc资料.docx

精选基于MATLAB的异步电动机故障仿真分析 doc资料.docx

《精选基于MATLAB的异步电动机故障仿真分析 doc资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精选基于MATLAB的异步电动机故障仿真分析 doc资料.docx（103页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

精选基于MATLAB的异步电动机故障仿真分析doc资料

第27卷第1期吉林化工学院学报

JOURNALOFJILININSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGY

收稿日期:

2021－10－28

作者简介:

吕辉（1962－,男,吉林省吉林市人,北华大学工程师,主要从事电气建筑工程方面的研究.

文章编号:

1007-

2853（202101-0073-04基于MATLAB的异步电动机故障仿真分析

吕

辉1

刘

诤

2

（1.北华大学基建处,吉林吉林132021;2.中油吉林化建电气工程,吉林吉林132021

键

词:

异步电动机;故障特征;仿真分析;定子电流

中图分类号:

TM303

文献标识码:

A

调查研究表明:

损坏的电动机中有90%以

上,是由于电动机在异常情况下运转造成的,其中过载、

堵转、断相、三相电压不平衡、接地、短路是最主要的原因.这些异常的运行状态,

态运行,轻者造成电动机绝缘老化、寿命降低,重

者造成电动机严重烧毁[1]

.因此,分析电动机的运行状态,找出各种异常情况下的电流特征,是进

行电动机故障判断和有效保护的基础.众所周知,

电动机是一种非线性、强耦合、多变量的机电能量转换系统,传统的分析方法是:

首先建立微分方

程,然后采用数值分析方法对其求解[2]

.为了简

化分析计算,本文采用了Matlab软件中的Power

SystemBlockset工具箱,实现对电动机运行状态的分析,

使分析过程大为简化[3]

.

1异步电动机典型故障运行状态分析

应用Matlab软件对异步电动机的过载、堵转、断相等典型故障进行仿真分析,仿真模型框图见图1.其中,电动机模型参数为:

功率30kW,线电

压380V,

频率50Hz,定子电阻0.143Ω,定子漏感0.83mH,转子电阻0.134Ω,转子漏感1.04mH,互

感25.03mH,转动惯量1.39kg·m2

;极对数

4.

图1电动机运行状态仿真模型

过载是指电动机定子绕组中的电流,高于额

.

（a

三相电流波形

（b转速和转矩波形

图2

电动机过载运行时的仿真结果

堵转状态分析

3.

（a

三相电流波形

（b转速和转矩波形

图3

电动机堵转运行时的仿真结果

图3结果表明:

电动机负载由额定值405nm

增至1215nm时,电流由109.5A增加到250.5A,

断相运行分析断相运行时,一般不出现显著的电流幅值变

化.因此,过流保护常常不能及时鉴别.而由于断相产生的不对称电流对电动机的损害,不仅仅是电流增加引起定子发热,更重要的是,不对称电流会在各相电流中,出现很大的负序分量,这些分量

会导致电动机端部发热、转子振动,以及起动力矩

降低等一系列问题,

情况可能出现在电动机运行期间,也可能发生在电动机启动时.图4给出了电动机A相断相运行时的仿真结果

.

（a三相电流波形

47吉林化工学院学报2021年

（b转速和转矩波形图4

断相运行时的仿真结果

从图4可以看出,断相为不对称故障.（a图显

电动机异常运行时,

常会遇到三相电压不平衡的异常情况,而引起三相电压不平衡的原因有

多种,

如:

单相接地、断线、谐振等.图5为电动机在A相电压减小时的仿真结果.由（a图可以看

出,

相电流IA、IB、IC三者关系为IB>IA≈IC.（b图为电动机转速和转矩的变化情况.结果表明:

三

相电压不平衡运行,

能引起电动机转子震动

.（a

三相电流波形

（b转速和转矩波形

图5

三相电压不平衡运行时的仿真结果

接地故障分析

由于电动机绕组的绝缘下降,

故障,然而,这类局部故障若不及时处理,将会使

故障扩大,

等到出现大的相电流时,电动机实际已损坏,

保护失去意义[3]

.异步电动机一般不接中线,即采用三相三线

制供电方式.根据对称分量法,

在正常运行时,IA+IB+IC=0,无零序分量.一旦出现接地故障,不论该故障是金属性的,还是非金属性的,均在相

电流中出现零序电流,

即IA+IB+IC≠0.对于采用三相四线制供电方式的系统,根据

对称分量法,在正常运行时,

IA+IB+IC－IN=0.一旦出现接地故障,不论该故障是金属性的,还是

非金属性的,均有IA+IB+IC－IN≠0.因此,

IA+IB+IC－IN是否等于零,可作为接地故障的判据.图6为出现单相接地（A相故障时的仿真结果

.

（a

三相电流波形

（b转速和转矩波形图6

单相接地故障时的仿真结果

图6给出了三相三线制供电系统的仿真结

果.结果表明:

定子电流基本对称,

路,

通常发生在接线端子或绕组内部.接线端子短路,

包括一个线圈之间短路,

一个极相组中的线圈之5

7第1期吕辉,等:

基于MATLAB的异步电动机故障仿真分析

间短路及各极相组线圈间的短路,造成绕组短路

的内部原因,

是电动机绝缘有缺陷及导线本身绝缘不良或嵌线时绝缘受损.电动机出现短路后,

使绕组迅速产生高热,

以致绝缘变色、焦脆、直至烧毁.短路后果是严重的,因此短路故障出现时必

须迅速切除[4]

.图7和图8分别为出现A相对地

短路和A、

B两相之间短路时的仿真结果

.（a

三相电流波形

（b转速和转矩波形图7

相对地短路时的仿真结果

（a

三相电流波形

（b转速和转矩波形图8

两相之间短路时的仿真结果

图7为相对地短路时的仿真结果.结果表明:

对称故障,

通过上述仿真分析,电动机在几种典型故障

状态下运行时,电流的变化情况,即定子电流的故障特征,掌握这些变化情况是进行电动机故障分

析与故障类型判断的基础,

为以电流为原则的电动机综合保护器设计提供理论依据.

参考文献:

[1]张生果.电动机保护的现状和展望[J].机床电器,

2001（1:

7-8.

的研制[

J].继电器,1996（4:

42-46.[3]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的Matlab仿

真[

[J].煤炭技术,2020（4:

23-26.

Simulatingontypicalfaultofasynchronousmotorbasedonmatlab

LVHui1,LIUZheng2

（1.BeiHuaUniversity,JilinCity132021,China;2.JilinChemicalConstructionElectricalEngineeringLTD,JilinCity132021,

China

Abstract:

Thispapertakes30kwasynchronousmachineasamodel,simulatesthevoltage,current,rotatingspeedandtorquechangesunderthetypicalfailureconditionsbasedonMatlab.Thefeaturesofmotorstatorunderfailureconditionsaresummarized.Itcanprovidethetheoreticalbasisforthedesignofintegrativemotorprotectorbasedoncurrentprinciple.

Keywords:

asynchronousmotor;faultfeatures;simulationanalysis;statorcurrent

67吉林化工学院学报2021年

文章编号:

100022472（2000022*******

基于MATLABSIMULINK的异步电机

矢量控制调速系统仿真Ξ

杨　洋,张桂香

（湖南大学机械与汽车工程学院,湖南长沙　410082

　　摘　要:

从异步电机矢量控制数学模型入手,介绍一种基于

MATLABSIMULINK的异步电机按转子磁场定向的矢量控制系统仿真

模型Λ该模型可通用于异步笼型电机,使用时只需输入不同电机参数即可Λ

通过仿真实验验证了模型的正确性Λ

关键词:

异步电机;矢量控制;MATLABSIMULINK;仿真

中图分类号:

TM921.51　　　　　　　文献标识码:

　A

SimulationofVectorControlInductionMotorAdjustingSystemBasedonMATLABSIMULINK

YANGYang,ZHANGGui2xiang

（CollegeofMechanicalandAutomotiveEngineering,HunanUniv,Changsha　410082,China

　　Abstract:

Asimulationmodelofvectorcontrolinductionmotoradjustingsystemwiththereferenceframefixedtotherotorisestablished.Themodelcanbeconvenientlyusedbyinputtingpropermotorparameters.Simulationsshowthevalidityofthemodel.

Keywords:

inductionmotor;vectorcontrol;MATLABSIMULINK;simulation

0　引　言

矢量控制理论的提出使异步电机调速性能达到甚至超过直流电机调速性能成为可能,而且运用矢量控制已成为当今交流变频调速系统的主流Λ在进行复杂的系统设计时,采取计算机仿真方法来分析和研究交流调速系统性能是非常有效和必要的Λ传统的计算机仿真软件包用微分方程和差分方程建模,直观性、灵活性差,编程量大,操作不便ΛMATLAB是一个高度集成的软件系统,集科学计算、图象处理、声音处理于一体,具有极高的编程效率ΛMATLAB提供的SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包,它具有模块化、可重栽、可封装、面向结构图编程及可视化等特点,可大大提高系统仿真的效率和可靠性ΛSIMULINK提供有Sinks（输出方式、Source（输入源、

Ξ收稿日期:

2000202229

作者简介:

杨　洋（1970-,女,湖南长沙人,湖南大学硕士生.

Discrete（离散时间环节、Linear（线性环节、Nonlinear（非线性环节、Connections（连接与接口、Extra（其他环节子模型库Λ用户可以方便定制和创建自己的模型、模块Λ在多种矢量控制方法中,按转子磁场定向的矢量控制运用较为普遍,本文将结合这种矢量控制和SIMULINK的特点,介绍一种异步电机按转子磁场定向的矢量控制系统的建模仿真方法Λ模型将为同类调速系统提供有效、可靠的研究分析依据Λ

1　异步电机矢量控制系统的仿真模型

异步电机的矢量控制相当于把直流电机换向器的功能通过控制的方法来实现,从而达到磁通和转矩单独控制