三相异步电动机Matlab仿真

中国石油大学胜利学院

综合课程设计总结报告

题目：三相异步电机直接启动特性实验模型

学生姓名：潘伟鹏

系别：机械与电气工程系

专业年级：2012 级电气工程专业专升本2 班指导教师：王铭

2013 年 6 月27 日

一、设计任务与要求

普通异步电动机直接起动电流达到额定电流的

6--7 倍，起动转矩能达到额定转矩的 1.25 倍以上。过高的温度、

过快的加热速度、 过大的温度梯度和电磁力， 产生了极大的破坏力， 缩短了定子线圈和转子铜条的使用寿命。 但在电网条件和工艺条件允许的情况下，异步电动机也可以直接启动。本次课程设计通过 MATLAB 软件建模 模拟三相异步电动机直接启动时的各个元器件上的电量变化。

电力系统 matlab 仿真类书籍 电机类教材 二、方案设计与论证

三相异步电动机直接起动就是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电网上。 由《电机学》知三相异步电动机的电磁转矩 M 与直流电动机的电磁转矩 有相似的表达形式。它

们都与电机结构(表现为转矩常数)和每级下磁通有关，只不过在三相异步电动机中不再是通过电枢的全部 电流，而是点数电流的有功分量。三相异步电机电磁转矩的表达式为：

1-1)

式中 ——转矩常数

——转子功率因数 式(1-1)表明，转子通入电流后，与气隙磁场相互作用产生电磁力，因此，反映了电机中电流、磁场和

作用力 之间符合左手定则的物理关系，故称为机械特性的物理表达式。该表达式在分析电磁转矩与磁通、电流之间 的关系时非常方便。

从三相异步电动机的转子等值电路可知，

(1-3)

将式(1-2)、 (1-3)代入 (1-1)

得：

每级下磁通

从上述可见，三相异步电动机的机械特性由两段组成：当 s 较小（ n 较高）时， n 与 M 近似呈线性关系；当 s 较大（ n 较低）时， n 随 M 增大而升高。将两部分机械特性圆滑连接，既得三相异步电动机机械特性，如 图 1-1 所示。

5.

由上述公式可得三相异步电动机直接起动时，起动电流较大，可达额定电流的 5～ 7 倍，同时会引起电网电

压波动，该方法只适合于小容量轻负载的异步电

动机的起动。 二：异步电动机直接启动的电路图如图 1-2：

1-4）

：我们做如下分析： 当 s=0 时，

，M=0 ，说明电动机的理想空

载转速为同步转速 。

当 s 很小时，有 ， ，说明

电磁转矩 T 近似与 s 呈线性关系， 即随着 M 的增 加，

略有下降。因而，类似直流 电动机的机械特性，是一条下倾的直线。

当 s 很大时，有 ， ，说明电磁转矩 M 近似与 s 成反比，即 M 增加时 n 反而升

高。

当 s=1 时， =常数，此即三相异步电机的启动转矩。

图 1-1 三相异步电动机机械特性

n=0，

图1-2

三、电路设计与参数计算

MATLAB简介八十年代以来，计算机仿真成为交流电机及其调速系统分析，研究和设计的有利工具。应用计算机的仿

真技术，我们可以用软件建立起电机及其传动、控制的仿真模型，再以这个模型在计算机内人为模拟的环境或条件下的运行研究，替代真实电机在实际场合下的运行实验，既可得到可靠的数据，又节约了研究的时间及费用。MATLAB 语言具有以下特点：1 功能强大、2 界面友好、编程效率高3 扩展性强启动SIMULINK只需在MATLAB 的命令窗口键人“SIMULNIK”命令，此时出现一个SIMULINK窗口。这个窗口包含7 个模块库，它们分别是信号源模块库(sources)、输出模块库(Sinks)、离散模块库(Diserete) 、线性模块库(Linear)、非线性模块库(Nonlinear) 、连接与接口模块库(Connections) 和扩展模块库(Extrax)。

1、仿真电路设计和参数

应用MatLab/simulink 建立三相异步电动机直接起动仿真模型如图1 所示。主要包括三相异步电动机模块

( Asynchronous Machine )、电源模块 ( Power Source )、选择器模块 ( Selector ) 和测量模块

( Machinemeasurement )等。其中，异步电机模块参数设置如下：Pn =110 KW，Un =400 V，fn =50 Hz, Un =1 487

r/min, 定子电阻Rs=0.02155 ，Ω定子电感Ls=0.000 226H，转子电阻Rr=0.012 31 ，Ω转子电感Ls=0.000 226H，漏抗X1+X' 2=0.254励Ω磁,互感L m=0.010 38H，转动惯量J=2.3kg m·，摩擦系数F=0.05421N m·s，极对数p=2 。

2、原理图(含仿真模块名称与型号)

图

2

三相异步电动机直接起动模型

3、元件清单元 件 序 号

元件 符号 元件 型号

主要参数

数量

备注

1 U

3-Phase Programm able Voltage Source

400v 1

2 M Asynchron ous Machine SI Units

110kw 400v 1

3 V Voltage Measurem ent

1

4

Constant 500 1

5Machines

Measurem

ent Demux

1

6Selector ia2

7Scope2

8Gain10

四、仿真过程与仿真结果

根据原件清单使用matalab6.5 连线仿真结果如下

五、调试优化

（1）静态调试图如下，负载为零时。转子电流定子电流转速

机械转矩