基于MatLab的三相异步电动机的分析

运用MatLab 软件M语言进行数值计算,分析三相异步电动机的人为机械特性;建立Simulink 模型,并以直接起动和串接变压器起动为例进行仿真分析,其结果直观准确。

第16卷第12期2010年12月JOURNALOFJIANGSUTEACHERSUNIVERSITYOFTECHNOLOGY江苏技术师范学院学报Vol.16,No.12Dec.,2010

基于MatLab的三相异步电动机的分析

缪小燕1，陈滨掖1，陈育中2

（1.江苏联合职业技术学院常州建设分院，江苏常州213016；2.江苏联合职业技术学院南京分院，江苏南京210019）

摘要：运用MatLab软件M语言进行数值计算，分析三相异步电动机的人为机械特性；建立Simulink模型，并以直接起动和串接变压器起动为例进行仿真分析，其结果直观准确。

关键词：异步电动机；MatLab；人为机械特性；起动

中图分类号：TM343文献标识码：A文章编号：1674-8522（2010）12-0032-04

0引言

MatLab软件作为教学、科研和工程设计的重要仿真工具，已成为首屈一指的计算机仿真平台。该软件的应用可以解决电机电气自动化领域的诸多问题，实现曲线拟合、插值、微分方程求解等数值计算，M文件编写、脚本文件编写等程序设计，Simulink交互式动态仿真等。本文仅以三相异步电动机为例，编写M语言分析其人为机械特性，建立直接起动和串变压器起动的Simulink模型并分析其起动性能。1人为机械特性

异步电动机在额定电源电压、额定频率的条件下，其转速和电磁转矩的关系称为机械特性。而人为机械特性是指改变定子电压、磁极对数、工作频率等方法获得的机械特性[1-2]。

三相异步电动机的电磁转矩和转差率之间的关系为：

Te=

2πf1m1pU12R2'2R1++σX1σ+X2σ'σs。

其中：m1和f1为交流电源的相数和频率；P为磁极对数；U1为定子绕组相电压；s为转差率；R1和X1σ为定子绕组电阻和漏电抗；R2'和X2σ'为转子绕组折算后电阻和漏电抗。

例如：一台4极三相异步电动机，额定参数：UN=380V（△形联接），fN=50Hz，nN=1487r/min。电机的主要参数：R1=0.055Ω，X1σ＝0.265Ω，Rm=0.763Ω，Xm=16.39Ω，R'=0.04Ω，X2σ'=0.565Ω。现分析其固有机械特性和改变定子电压及改变转子电阻时的人为机械特性。

利用M语言编写计算程序，两种情况下的人为机械特性分别如图1和图2所示。

图1为改变定子电压时的人为机械特性，由于异步电动机的磁路在额定电压下工作于近饱和点，不宜升高电压，只讨论降低定子电压时的人为机械特性。电磁转矩与定子电压的二次方成正比，故采用降低定子电压起动时电压不能降得太低，否则电机无法起动。图2为改变转子电阻时的人为机械特性，电枢绕收稿日期：2010-09-28；修回日期：2010-10-26

作者简介：缪小燕（1982-），女，江苏金坛人，助教，主要研究方向为电子技术及应用。

运用MatLab 软件M语言进行数值计算,分析三相异步电动机的人为机械特性;建立Simulink 模型,并以直接起动和串接变压器起动为例进行仿真分析,其结果直观准确。

第12期缪小燕陈滨掖陈育中：基于MatLab的三相异步电动机的分析33组中串入三相对称电阻后，最大电磁转矩不变，串入合适的电阻可以增加起动转矩，改善起动性能

。

转差率/s转差率/s

图1改变定子电压时的人为机械特性图2改变转子电阻时的人为机械特

性

2直接起动

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。应用MatLab/simulink建立三相异步电动机直接起动仿真模型如图3所示。主要包括三相异步电动机模块（AsynchronousMachine）、电源模块（PowerSource）、选择器模块（Selector）和测量模块（Machine

）等[3-4]。其中，异步电机模块参数设置如下：PN=110KW，UN=400V，fN=50Hz,uN=1487r/min,定measurement

子电阻Rs=0.02155Ω，定子电感Ls=0.000226H，转子电阻Rr=0.01231Ω，转子电感Ls=0.000226H，励磁互感Lm=0.01038H，转动惯量J=2.3kg·m2，摩擦系数F=0.05421N·m·s，极对数p=2。测取三相异步电动机直接起动过程中的定子电流、电枢电流、电机转速和电磁转矩的变化情况如图4所示。

图3三相异步电动机直接起动模型

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。

3串变压器起动

串变压器起动即在电动机定子电路中串接变压器，待电动机转速基本稳定时再将其从定子电路中切

运用MatLab 软件M语言进行数值计算,分析三相异步电动机的人为机械特性;建立Simulink 模型,并以直接起动和串接变压器起动为例进行仿真分析,其结果直观准确。

34江苏技术师范学院学报第16卷除。应用MatLab/simulink建立三相异步电动机串接变压器起动仿真模型如图5所示，电机参数如直接起动模型参数所设置，测取三相异步电动机串变压器起动过程中的定子电流、电枢电流、电机转速和电磁转矩的变化情况如图6所示。

图4直接起动时的定子电流、转子电流、转速和电磁转

矩

图5三相异步电动机串变压器起动模型

起动时在变压器上降掉一部分电压，则定子绕组上的电压就相应地降低，起动电流相应地减小，具有起动电流冲击小、运行可靠的优点，适合于不需要大的起动转矩、且需限制起动电流的场合，如泵、通风机等电力拖动系统。

4结论

应用MatLab软件中M语言对三相异步电动机人为机械特性进行数值计算和分析，同时建立起动时

运用MatLab 软件M语言进行数值计算,分析三相异步电动机的人为机械特性;建立Simulink 模型,并以直接起动和串接变压器起动为例进行仿真分析,其结果直观准确。

第12期缪小燕陈滨掖陈育中：基于MatLab的三相异步电动机的分析35的Simulink模型进行仿真和分析，便于加深对三相异步电动机的特性和动态性能的理解，同时为工程设计提供依据。

图6直接起动时的定子电流、转子电流、转速和电磁转

矩

参考文献：

[1]顾绳谷.电机及拖动基础[M].4版.北京：机械工业出版社，2007.

[2]汤蕴缪.电机学[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]陈桂明，张明照.应用MATLAB建模与仿真[M].北京：科学出版社，2001.

AnalysisofThree-phaseAsynchronousMotorBasedonMatLab

MIAOXiao-yan1,CHENBin-ye1,CHENYu-zhong2

（1.ChangzhouBranchofConstructionofJiangsuUnionTechnicalInstitute,Changzhou213016,

China;2.NanjingBranchofJiangsuUnionTechnicalInstitute,Nanjing210019,China）

Abstract：ThepaperappliesMlinguisticofMatLabsoftwaretoachievenumericalcalculation,analyzesthehumanmechanicalcharacteristicofthree-phaseasynchronousmotor,establishestheSimulinkmodelandtakesthedirectstartandthecascadetransformerstartasexamplestosimulate,andtheresultsareintuitiveandcorrect.

Keywords：asynchronousmotor;MatLab;humanmechanicalcharacteristic;start

责任编辑盛艳