电机模型与参数设置

这里详细介绍直流电机（DC Machine）与异步电机（Asynchronous Machine）的连接与参数设置的方法。这两模块元件提取的路径是Simulink\SimPoweSystem\Machines。

1.直流电机（DC Machine）

1）直流电机模型图标。直流电机模型图标如图3-12所示。

2）直流电机模型接线端子。直流电机模型接线端子功能如下：直流电机电枢回路接线端（A+）（A-）；电机励磁电路接线端（F+）（F-）；电机的负载转矩信号输入端（TL）；电机运转状态的信号检测端（m）：检测转速ω（rad/s）、电枢电流I_a（A）、励磁电流I_f（A）、电磁转矩T_e（N·m）等。

3）直流电机参数设置。在模型结构图中，双击图3-12所示图标时，则弹出直流电机参数设置对话框，如图3-13所示。多项参数说明如下。

“Preset model”：设置美国制式5～250HP直流电机型号规格，即选择其功率、电枢电压、速度、励磁电压等或不设置。

“Mechanical input”：设置电机输入转矩TL或速度ω。

图3-12 直流电机模型图标

图3-13 直流电机参数设置对话框

“Show detailed parameters”：当勾选此项时即显示以下参数，否则不显示。参数如下：

“Armature resistance and inductance[Ra（ohms）La（H）]”：电枢电阻R_a（Ω）与电感L_a（H）。

“Field resistance and inductance[Rf（ohms）Lf（H）]”：励磁回路电阻R_f（Ω）与感L_f（H）。

“Field-armature mutual inductance Laf（H）”：电枢与励磁回路互感L_af（H）。

“Total inertia J（kg.m^2）”：电机转动惯量（kg·m²）。

“Viscous friction coefficient Bm（N.m.s）”：黏滞摩擦系数（N·m·s）。

“Coulomb friction torque Tf（N.m）”：静摩擦转矩（N·m）。

还有参数初始角速度“Initial speed（rad/s）”。

2.异步电机（Asynchronous Machine）

1）异步电机模型图标。异步电机模型图标如图3-14所示。图3-14a为标幺制单位（pu）的异步电机，图3-14b为标准单位（SI）的异步电机，后者是普遍使用的。

2）异步电机模型接线端子。异步电机模型接线端子功能如下。A、B、C：交流电机的定子电压接线端；a、b、c：绕线转子交流电机的转子输出端，一般短接。若设置为笼型电机，则无此输出端子。Tm：电机转子的机械负载输入端。m：电动机运转状态的信号检测端，参见后续介绍的异步电机测试信号分配器（Machine Measure-ment Demux）。

3）异步电机参数设置。异步电机参数设置对话框如图3-15所示。多项参数说明如下。

图3-14 异步电机模型图标

图3-15 异步电机参数设置对话框

“Preset model”：设置美国制式5～215HP异步电机型号规格，即选择其功率、定子电压、速度、频率等或不设置。

“Mechanical input”：选择电机输入转矩Tm或速度ω。

“Show detailed parameters”：当勾选此项时即显示以下详细参数，否则不显示。参数为：(www.xing528.com)

“Rotor type”：选择电机转子类型：Wound（绕线转子）或Squirrel-cage（笼型）。

“Reference frame”：选择参考坐标系，有Rotor（转子坐标系）、Stationary（静止坐标系）或Synchronous（同步旋转坐标系）。

“Nominal power，voltage（line-line），and frequency[Pn（VA），Vn（Vrms），fn（Hz）]”：额定功率（VA），线电压有效值（V），频率（Hz）。

“Stator resistance and inductance[Rs（ohm）L1s（H）]”：定子电阻R_s（Ω）和漏感L_1s（H）。

“Rotor resistance and inductance[Rr（ohm）L1r（H）]”：转子电阻R_r′（Ω）和漏感L_1r′（H）。

“Mutual inductance Lm（H）”：互感L_m（H）。

“Inertia，friction factor and pairs of poles[J（kg.m^2），F（N.m.s），p]”：转动惯量J（kg·m²），摩擦系数F（N·m·s）与极对数p。

“Initial conditions”：初始条件有初始转差s，初始点角度phas，phbs，phcs（deg）与定子电流i_sa、i_sb、i_sc（A）。

还可勾选仿真饱和值“Simulate saturation”。

4）电机测试信号分配器（Machine Measurement Demux）。电机实体模型的运转信息一般不能直接得到，在仿真过程中需与模块Machine Measurement Demux（电机测试信号分配器）配合使用而得到。电机测试信号分配器的提取路径为Simulink\SimPoweSystem\Ma-chines。

图3-16 电机测试信号分配器图标

电机测试信号分配器的图标如图3-16所示。它有一个输入端（m），与电机的信号检测端（m）相连接，最多可有21路的输出信号与相应的仪表模块相连接。

在模型结构图中，当双击图3-14所示图标时，则弹出电机测试信号分配器输出设置对话框，如图3-17所示。多项参数说明如下。

“Machine type”：选择电机类型，即Synchro-nous（同步电机）、Simplified Synchronous（简化同步电机）、Asynchronous（异步电机）、Pemanent Magnet Synchronous（永磁同步电机）。显然，当选择不同的电机时会有不同的输出信号设置。以下是电机测试信号分配器的输出信号构成。

“Rotor currents”：转子电流[ira、irb、irc]。

“Rotor currents”：同步坐标系d-q下的q轴下的转子电流与d轴下的转子电流[ir_q、ir_d]。

“Rotor fluxes”：同步坐标系d-q下的q轴下的转子磁通与d轴下的转子磁通[phir_q、phir_d]。

“Rotor voltages”：同步坐标系d-q下的q轴下的转子电压与d轴下的转子电压[vr_q、vr_d]。

“Stator currents”：定子电流[isa、isb、isc]。

“Stator currents”：同步坐标系d-q下的q轴下的定子电流与d轴下的定子电流[is_q、is_d]。

“Stator fluxes”：同步坐标系d-q下的q轴下的定子磁通与d轴下的定子磁通[phis_q、phis_d]。

“Stator voltages”：同步坐标系d-q下的q轴下的定子电压与d轴下的定子电压[vs_q、vs_d]。

“Rotor speed”：电机的转速ω_m。

“Electromagnetic torque”：电机的电磁转矩T_e。

“Rotor angle”：电机的转子角位移θ_m（rad）。

图3-17 电机测试信号分配器的输出信号构成