基于Matlab的三相异步电动机起动、调速和制动特性仿真

信息工程学院

基于Matlab的三相异步电动机

起动、调速和制动特性仿真

摘要：异步电动机目前在日常生活中已得到广泛应用，其主要特点为结构简单、运行可靠、效率较高和成本较低。为使其应用更加广泛且性能更加完善，有必要对其最基本的起动、制动和调速性能进行深入研究。而随着电机研究的不断深入，仿真就成为对其进行研究的一个重要手段，其中Matlab软件以其方便、高效、直观的特点，广泛应用于异步电动机的仿真研究，方便快捷且节约资源，为解决一些复杂问题带来了极大的方便。本文通过Matlab软件进行仿真，研究异步电动机起动、调速和制动的各种方法，以找到提高其性能的途径，并通过与理论相对比，验证了本文模型的有效性和正确性。

关键词：Matlab；仿真；异步电动机

Simulation for Start-up ,Speed Control and Braking Character of Three-phase Asynchronous Motor Based on

Matlab

Abstract:Asynchronous motor has been widely used in our daily life at present, the main characteristics of simple structure, reliable operation, high efficiency and low cost. In order to make its application more widely and performance will be improved, it is necessary for the most basic starting, braking and speed regulating performance for further research. And with the research of motor, the simulation has become an important means to study, the Matlab software, with its convenient, efficient and intuitive features, are widely used in the simulation research of asynchronous motor is convenient and save resources, to solve some complex problems has brought great convenience.Based on the Matlab software simulation, the asynchronous motor starting, speed and braking methods, in order to find ways to improve its performance, and compared with the theory, proves the correctness and the effectiveness of the model.

Key words:Matlab; simulation; asynchronous motor

1 设计目的和意义

1.1 概述

在科学技术发展迅速的当今社会，电机已经成为生活中必不可少的一部分，为人们的生产生活提供了极大的方便。由于电机的不可或缺性及对生产生活水平极大的推动性，各国都对电机进行了较为深入的研究，以求在国际竞争中更加具有优势。

随着电机研究的不断深入，电机控制系统变得越来越复杂，给实验增加了很大的难度。仿真的出现给予了复杂的实验以极大的方便，降低了实验成本，提供了一种方便快速的实验方法。如今仿真已经是进行电机研究的一个重要且不可或缺的手段，此时更需要找到一个使仿真结果快速、方便、精确的软件加以研究应用。Matlab软件可以很好的实现这些要求，其为众多需进行有效数值计算的科学领域提供了一种全面的解决方案，集成度高、使用方便、输入简捷、运算高效、内容丰富。其中的Simulink模块是Matlab中的一种可视化仿真工具，无需书写程序，只需鼠标操作，就可以构造出复杂的系统，被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

1.2 研究意义

异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低、维护方便等一系列的优点，因此被广泛应用于电力拖动系统中。但就其机械性能来说，目前还存在不少可研究的问题，主要就在于起动、调速和制动。为了将其更好的应用在生产生活中，提高经济效益，就必须对这几点问题进行深入研究。首先，三相异步电动机的起动是一个动态问题，电机起动的瞬间，定子绕组中通过的电流很大，约为额定电流的4-7倍，如果起动持续时间过长或起动次数过多，大的起动电流就会使电机过热甚至烧毁，从而影响同一线路上其他用电设备的正常工作。其次，三相异步电动机虽在各领域中得到了广泛应用，但其调速性能和制动性能都不如直流电机，因此要使交流电机电力拖动系统逐步取代直流电机拖动系统，就必须改进异步电动机的调速性能和制动问题，以使其具有更好的经济效益。

2 设计要求及设计内容

2.1 设计要求

以matlab软件为平台，搭建三相异步电动机模型，要求如下：

1)了解三相异步电动机的相关理论知识；

2)掌握三相异步电动机的起动、调速、制动方法；

3)掌握Matlab电力系统相关元件参数的设置，并完成仿真。

2.2 设计内容

1）三相异步电动机仿真图及各部分模块参数设置图；

2）完成异步电动机常见的起动、调速、制动特性仿真；

3）仿真运行结果及分析；

4）根据设计报告模板要求撰写设计报告。

3 三相异步电动机的起动特性仿真

异步电动机起动性能的衡量主要依靠两个标准：起动电流倍数和起动转矩倍数。而起动电流和起动转矩这两个性能参数又往往相互矛盾。为减小电动机所承受的冲击电流，避免绕组过热甚至损坏，以及减小电网在电动机上产生的电压降落，避免引起电网电压大幅度下降，从而影响其他电气设备的正常运行，就要求起动电流尽可能的小。但太小的起动电流所产生的起动转矩又不足以起动负载，为使电机能迅速转动起来，并很快达到额定转速，进入正常工作状态，就要求电机有足够大的起动转矩。起动过程虽较为短暂，但如果缺乏完善的预防措施，可能会导致严重的后果。为此，我们希望能够在起动电流较小的情况下，能够获得较大的起动转矩。

3.1 直接起动

直接起动，也称全压起动，是三相异步电动机最简单的一种起动方法。起动时通过接触器将电机直接接入电网，设备简单，起动速度快且起动转矩大。但直接起动适用于小容量电机带轻载的情况，对于大容量电机而言，这种起动方式具有十分显著的缺点，及起动电流较

P小于7.5kW 大，可达额定电流的4-7倍，易对电机和电网造成不利影响。因此，当额定功率

N

时，可以采用直接起动。

仿真模型：

图3-1 异步电动机直接起动仿真模型

参数设置：1）交流电压源。电压峰值311V，每相相角相差120度，频率为50Hz

2）增益。取30/p