礦井提升機中交流電機的matlab建模仿真研究

摘 要：電機控制系統是礦井提升機的最關鍵系統之一，為了研究其矢量控制系統的性能，獲得礦井提升機設計參數，在同步旋轉坐標系MT坐標系中推出交流異步電機的動態數學模型，并基于MATLAB/Simulink，采用矢量控制方式對礦井提升機電機控制系統進行建模仿真，并給出仿真實驗結果。該模型真實的體現了礦井提升機電機驅動系統的性能，很好的預知電機控制系統性能，給礦井提升機電機驅動控制系統的設計提供了很好的參考依據，提高系統設計的效率，并可用來研究多種控制策略。

關鍵詞：礦井提升機 ；矢量控制；matlab；仿真

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.077

0 引言

礦井提升機通常是礦山最重要的關鍵設備，肩負著礦石、人員等的重要運輸責任。對于提升機來說，對加減速及轉速精度要求比較高，同時注重運行的安全性與可靠性。近幾年來，隨著科學技術的迅速發展交流調速技術逐漸成為了主流。由于交流電機成本和維護費用比直流電動機系統更低，可靠性更高。并且隨著新的調速方法，如矢量控制、直接轉矩控制、自適應控制、無速度傳感器控制等的出現，使得交流調速系統的性能越來越優越，交流電機正逐步取代直流電機而成為傳動系統驅動電機的主流。計算機仿真技術的出現使得對交流調速的性能分析和研究變的更為方便。如：MATLAB軟件已經能夠在計算機中全過程地仿真交流調速系統的整個過程。Simlink搭建的模型非常適合交流調速領域內的仿真及研究，可以利用直觀的圖形解決某些問題并能顯著提高工作效率。

1 交流電機矢量控制的數學模型

將電機結構簡化后，滿足假設條件的理想交流異步電機。其以下的分析、計算所得，誤差在允許范圍內。以轉子磁場定向的異步電機在M-T坐標系中，M 軸與轉子磁鏈 同向。根據電壓方程和磁鏈方程，可得到矢量控制基本方程：

（1） （2） （3）

式中：、分別為定子電流在M、T軸上的分量； 、分別為電機的轉子自感和互感；

為轉子時間常數；為電機的轉差角頻率；電磁轉矩；為微分算子；為電機極對數。

2 礦井提升機交流驅動矢量控制系統的Simulink建模

2.1 系統的建模

礦井提升機驅動系統由控制系統（包括傳感器、plc）、交流異步電機、機械傳動等構成?？刂葡到y接受操作人員操縱信號啟動，通過給定曲線驅動電機運行，同時速度反饋信號與給定信號比較，偏差信號通過控制器產生M-T坐標系里解耦的兩相電流指令，分別控制交流電機的電磁轉矩與轉速，其利用MATLAB/Sinmulink建模如圖1所示。

2.2 仿真參數的設置

（1）技術數據：型號：TDZBS3500-12；功率：3500kW；電流：1400A；電壓：1500V；額定轉矩：668KN·m；功率因數：0.97；頻率：5/12Hz；轉速：50/120/r/min；極對數：6：三相星形接法；折算到電動機軸上的總轉動慣量J=23000kgm2?？蛰d勵磁電流=245A，空載勵磁電壓=65V，滿載勵磁電流，=441A，滿載勵磁電壓=169V，滿載效率=0.9595。

（2）電磁參數標幺值：=0.038，=0.0107，=0.205，=0.153，=1.573，=1.04，=1.91，=1.2，=0.16，=0.31，=0.09，=0.067（下標表示各繞組漏感）。

（3）空載特性（f=10Hz，n=100r/min）。

2.3 仿真結果的輸出及結果分析

從仿真結果圖2中曲線可以觀察到，其轉速上升平穩，0.4S加載后略有下降但隨即恢復，在0.18S達到給定轉速和0.6S加載時，系統電壓、轉速、轉矩都有相應的變化，調節靈敏。

3 結語

本文采用Matlab/Simulink模塊對礦井提升機交流異步電機進行了建模仿真。說明了矢量控制對于復雜的交流調速系統來說是一種很好的控制方式.并且通過仿真波形的分析也驗證了交流異步電動機按轉子磁鏈定向的矢量控制系統具有較好的動、靜態特性，完全可以適用于礦井提升機的應用場合.

參考文獻：

[1]王堯.探討在三電平逆變器基礎上的礦井提升機矢量控制系統[J].煤炭技術，2013（10）：232-234

[2]任思景，董金波.Matlab/Simulink在礦井提升機雙閉環調速系統設計中的應用[J].煤炭技術，2003，22（11）：26-28.

基金項目：包頭職業技術學院院立科研項目；項目名稱：基于MATLAB/Simulink的礦井提升機交流電機控制系統建模與仿真

作者簡介：馮毅（1980-），男，河南長葛人，碩士研究生，講師，主要從事電氣專業教學工作，研究方向：PLC控制。