西安航空职业技术学院 韩 东



基于MATLAB的异步电动机起动过程的仿真研究

西安航空职业技术学院 韩 东

【摘要】本文利用MATLAB/simulink对异步电动机的三种启动过程进行了模型建立，仿真结果的分析，通过对不同起动过程中电机定子电流、起动转矩和转子转速进行检测，从而比较不同起动方式的起动性能优劣，抽象问题形象化，复杂问题简单化。

【关键词】Matlab/simulink；启动过程；仿真研究；形象化和简单化

1 引言

《电机控制与运行》课程理论较为抽象，高职学生基础比较薄弱，进行复杂的数学运算又十分吃力，系统分析常常力不从心。利用simulink对异步电动机的三种启动过程进行了仿真结果分析，使得抽象问题具体化。

2 仿真模型的建立及仿真结果分析

2.1 仿真模块与提取路径

[交流电源Ua、Ub、Uc、Simulink/SimpowerSystem /Electrical Source/AC Voltage Source]，[异步电机Machine Asynchronous Machine]，[异步电机测试信号分配器Machine Measurement]，[选路器Signal Routing/ Selector]，[增益模块Commonal Used Blocks/Gain]，[负载常数模块Constant Simulink/Commonal Used Blocks/Constant]

2.2 直接起动仿真模型建立（见图1、图2）

图2　异步电机直接起动仿真波形

2.3 仿真结果分析

从图2可以看出，直接起动方法，启动速度快，启动时间仅需0.1S左右。图1所示模型所加负载很小，电机稳定运行后转速接近同步转速1500r/min。从图2第二坐标可以看出，异步电机在直接起动过程中，具有较大的振荡，起动电流峰值为138A，为额定电流的9倍，这与实际情况相符，明显异步电机直接启动，启动电流过大，容易烧坏电机。

图4　转子串电阻起动起动仿真波形

图6　变压器降压起动仿真波形

图1　异步电动机直接起动仿真模型

图3　转子串电阻起动仿真模型

图5　变压器降压起动仿真模型

3 转子串电阻起动的仿真

3.1 仿真模型的建立（见图3、图4）

3.2 仿真结果分析

从图4可以看出，波形曲线自上而下依次为电机转子电流ir、定子电流is，电机的转速n、电磁转矩Te。异步电动机通过转子串电阻起动的方法，经0.1秒将电阻短接后，电机转子电流ir与定子电流is有较大波动。电机在波动的电磁转矩Te作用下，转速n逐渐加速到额定转速。

4 定子经变压器降压起动的仿真

4.1 仿真模型的建立（见图5、图6）

4.2 仿真结果分析

从图6第二个坐标系可以看到，异步电动机通过定子经变压器降压起动，定子电流为96A，比直接起动的定子电流峰值138A小,启动电流明显减小。起动过程总共耗时用时0.15秒达到额定转速。该起动方法，在起动电流减小的同时，起动转矩也减小，启动时间变长。

5 结语

直接起动是异步电机最常见也是最简单的一种方式，但这种方式缺点是起动电流很大，因此,直接起动方法只适用于小容量电机起动，为了克服直接起动缺陷，目前采用应用较为普遍的串变压器起动、串电阻起动、Y-△起动等方法，这些传统降压起动方法缓解了大容量电机在相对较小容量电网上起动时的矛盾，减小了起动电流。但是这些起动设备还存在对负载的适应能力差、起动电流不连续、浪费能源等问题。随着电力电子技术的发展和现代控制理论的发展，软起动技术冲击转矩和冲击电流小，有待于我们进一步学习和研究。

参考文献

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韩东（1970—），男，主要研究方向：机电控制系统的安装与调试、维修。

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