基于MATLAB的異步電動機起動過程的仿真研究

西安航空職業技術學院 韓 東

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基于MATLAB的異步電動機起動過程的仿真研究

西安航空職業技術學院 韓 東

【摘要】本文利用MATLAB/simulink對異步電動機的三種啟動過程進行了模型建立，仿真結果的分析，通過對不同起動過程中電機定子電流、起動轉矩和轉子轉速進行檢測，從而比較不同起動方式的起動性能優劣，抽象問題形象化，復雜問題簡單化。

【關鍵詞】Matlab/simulink；啟動過程；仿真研究；形象化和簡單化

1 引言

《電機控制與運行》課程理論較為抽象，高職學生基礎比較薄弱，進行復雜的數學運算又十分吃力，系統分析常常力不從心。利用simulink對異步電動機的三種啟動過程進行了仿真結果分析，使得抽象問題具體化。

2 仿真模型的建立及仿真結果分析

2.1 仿真模塊與提取路徑

[交流電源Ua、Ub、Uc、Simulink/SimpowerSystem /Electrical Source/AC Voltage Source]，[異步電機Machine Asynchronous Machine]，[異步電機測試信號分配器Machine Measurement]，[選路器Signal Routing/ Selector]，[增益模塊Commonal Used Blocks/Gain]，[負載常數模塊Constant Simulink/Commonal Used Blocks/Constant]

2.2 直接起動仿真模型建立（見圖1、圖2）

圖2　異步電機直接起動仿真波形

2.3 仿真結果分析

從圖2可以看出，直接起動方法，啟動速度快，啟動時間僅需0.1S左右。圖1所示模型所加負載很小，電機穩定運行后轉速接近同步轉速1500r/min。從圖2第二坐標可以看出，異步電機在直接起動過程中，具有較大的振蕩，起動電流峰值為138A，為額定電流的9倍，這與實際情況相符，明顯異步電機直接啟動，啟動電流過大，容易燒壞電機。

圖4　轉子串電阻起動起動仿真波形

圖6　變壓器降壓起動仿真波形

圖1　異步電動機直接起動仿真模型

圖3　轉子串電阻起動仿真模型

圖5　變壓器降壓起動仿真模型

3 轉子串電阻起動的仿真

3.1 仿真模型的建立（見圖3、圖4）

3.2 仿真結果分析

從圖4可以看出，波形曲線自上而下依次為電機轉子電流ir、定子電流is，電機的轉速n、電磁轉矩Te。異步電動機通過轉子串電阻起動的方法，經0.1秒將電阻短接后，電機轉子電流ir與定子電流is有較大波動。電機在波動的電磁轉矩Te作用下，轉速n逐漸加速到額定轉速。

4 定子經變壓器降壓起動的仿真

4.1 仿真模型的建立（見圖5、圖6）

4.2 仿真結果分析

從圖6第二個坐標系可以看到，異步電動機通過定子經變壓器降壓起動，定子電流為96A，比直接起動的定子電流峰值138A小,啟動電流明顯減小。起動過程總共耗時用時0.15秒達到額定轉速。該起動方法，在起動電流減小的同時，起動轉矩也減小，啟動時間變長。

5 結語

直接起動是異步電機最常見也是最簡單的一種方式，但這種方式缺點是起動電流很大，因此,直接起動方法只適用于小容量電機起動，為了克服直接起動缺陷，目前采用應用較為普遍的串變壓器起動、串電阻起動、Y-△起動等方法，這些傳統降壓起動方法緩解了大容量電機在相對較小容量電網上起動時的矛盾，減小了起動電流。但是這些起動設備還存在對負載的適應能力差、起動電流不連續、浪費能源等問題。隨著電力電子技術的發展和現代控制理論的發展，軟起動技術沖擊轉矩和沖擊電流小，有待于我們進一步學習和研究。

參考文獻

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韓東（1970—），男，主要研究方向：機電控制系統的安裝與調試、維修。

作者簡介：