劉偉峰

（杭州電子科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 浙江·杭州 310018）

0 引言

異步電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目的是為了讓學(xué)生了解和熟悉交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的工作模式、異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理與組成。Matlab 的Simulink 設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供了一種更為強(qiáng)大的工具，但是由于異步電機(jī)方程屬于多變量微分方程組，各個(gè)變量之間互相耦合，讓許多同學(xué)望而卻步，如何讓枯燥的公式組成直觀地異步電機(jī)模塊，成為問題的關(guān)鍵。為此，本文提出在專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，引入模塊化的設(shè)計(jì)方法，可以有效降低實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難度；同時(shí)，可以增加學(xué)生的興趣。通過近年來在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的推廣，基本上本科生都可以獨(dú)立完成。對(duì)于其他學(xué)科例如力學(xué)模型，電力系統(tǒng)分析模型[3]等方面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究也具有積極地借鑒意義。

1 異步電機(jī)的設(shè)計(jì)原理

異步電機(jī)的模型具有多變量、高階性、非線性的特點(diǎn)，需要用一組高度耦合的微分方程來描述，這里采用常用的 - 坐標(biāo)系（即2項(xiàng)靜止交流坐標(biāo)系）描述模型，選擇 的5 個(gè)狀態(tài)變量描述異步電機(jī)方程。其中狀態(tài)變量為輸出變量為為電機(jī)轉(zhuǎn)速， 為磁鏈向是電流向量。

2 異步電機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)方法

考慮動(dòng)態(tài)模型作為研究對(duì)象，分析其模塊化的設(shè)計(jì)方法，模塊化的主要設(shè)計(jì)思路如下：

（1）模塊劃分：模塊的定義既可以功能作為對(duì)象進(jìn)行劃分，例如輸入模塊，輸出模塊；也可以變量屬性為對(duì)象進(jìn)行劃分：例如電流模塊，電壓模塊。具體采用何種模塊，與所研究的具體對(duì)象具有密切的關(guān)系。（2）模塊關(guān)系建立。著眼于大的模塊之間的關(guān)系，而不是關(guān)注于各個(gè)模塊的細(xì)節(jié)，這樣容易從整個(gè)系統(tǒng)大的方面理解系統(tǒng)各模塊之間的關(guān)系。（3）模塊細(xì)化：針對(duì)各個(gè)模塊自身，進(jìn)一步細(xì)化為更小的模塊。（4）模塊校核：對(duì)于復(fù)雜的模型，可以采用抽查的方式檢查模型設(shè)計(jì)是否正確，例如抽查某一個(gè)模塊的輸出關(guān)系是否正確，同時(shí)建立數(shù)據(jù)文件。

3 異步電機(jī)模塊化設(shè)計(jì)方法

按照從易到難的思路，分別以異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型(公式(1))和動(dòng)態(tài)模型作為對(duì)象，分析其模塊化設(shè)計(jì)過程。異步電機(jī)動(dòng)態(tài)模型的模塊化設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)模型建模過程遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于穩(wěn)態(tài)模型，從大的方面，按照模塊功能的不同，異步電機(jī)包括：C3s/2s 轉(zhuǎn)換模塊、C2s/3s 轉(zhuǎn)換模塊、異步電機(jī)三個(gè)模塊，見圖1 中虛線框出的部分。仿真電動(dòng)機(jī)參數(shù)見表1。此外：輸入信號(hào)是由三相交流信號(hào)分別為：

表1 參數(shù)變量取值

圖1 具有3 相輸入的異步電機(jī)動(dòng)態(tài)模型圖

圖2 轉(zhuǎn)矩變化圖

圖3 轉(zhuǎn)速變化圖

4 結(jié)語(yǔ)

Simulink提供了許多各類函數(shù)與功能的工具箱，為各類系統(tǒng)的仿真提供了非常便利而生動(dòng)的仿真平臺(tái)，但是，如何針對(duì)一個(gè)待研究的系統(tǒng)建立Simulink 仿真模型是令許多學(xué)生棘手的事情。本文從如何針對(duì)異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，分析提出采用模塊化的思想建立異步電機(jī)的Simulink 模型。