1、揚州大學(xué)專業(yè)軟件應(yīng)用綜合設(shè)計報告 學(xué)院 級 電氣 專業(yè)題目 異步電動機綜合仿真設(shè)計三 學(xué)生 學(xué)號 指導(dǎo)教師 2013年 12月 28日（7）轉(zhuǎn)子電流波形（8）定子電流波形（9）電機轉(zhuǎn)速波形（10）電磁轉(zhuǎn)矩波形3.3電機起動特性分析（1）起動電流Ist在剛起動時，由于旋轉(zhuǎn)磁場對靜止的轉(zhuǎn)子有著很大的相對轉(zhuǎn)速，磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度很快，這時轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出的電動勢和產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流均很大，同時，定子電流必然也很大。一般中小型鼠籠式電動機定子的起動電流可達額定電流的57倍。注意：在實際操作時應(yīng)盡可能不讓電動機頻繁起動。如在切削加工時，一般只是用摩擦離合器或電磁離合器將主軸與電機軸脫開，而不將電動機停

2、下來。（2）起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機起動時，轉(zhuǎn)子電流I2雖然很大，但轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)cosj2很低，由公式可知，電動機的起動轉(zhuǎn)矩T較小，通常起動轉(zhuǎn)矩小可造成以下問題：（1）會延長起動時間。（2）不能在滿載下起動。因此應(yīng)設(shè)法提高。但起動轉(zhuǎn)矩如果過大，會使傳動機構(gòu)受到?jīng)_擊而損壞，所以一般機床的主電動機都是空載起動（起動后再切削），對起動轉(zhuǎn)矩沒有什么要求。綜上所述，異步電機的主要缺點是起電流大而起轉(zhuǎn)矩小。因此，我們必須采取適當?shù)钠饎臃椒ǎ詼p小起動電流并保證有足夠的起轉(zhuǎn)矩。（3）直接起動電動機直接啟動的電流是正常運行的5倍左右，理論上來說，只要向電動機提供電源的線路和變壓器容量大于電動機容量的5倍以上的，

3、都可以直接啟動。這一要求對于小容量的電動機容易實現(xiàn)，所以小容量的電動機絕大部分都是直接啟動的，不需要降壓啟動。直接啟動的優(yōu)點：是所需設(shè)備少，啟動方式簡單，成本低。缺點：對于大容量的電動機來說，一方面是提供電源的線路和變壓器容量很難滿足電動機直接啟動的條件，另一方面強大的啟動電流沖擊電網(wǎng)和電動機，影響電動機的使用壽命，對電網(wǎng)不利，所以大容量的電動機和不能直接啟動的電動機都要采用降壓啟動。（4）降壓起動變壓器降壓起動。這種起動方法用于正常運行時定子繞組組接成星形而不能采用星形一三角形起動或容量較大的鼠籠式異步電動機，也適用于需要較大起動轉(zhuǎn)矩的場合。起動時自耦變壓器高壓端接電源，低壓端接電動機，電動

4、機便在低于額定電壓下起動。待電動機轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時，再將自耦變壓器脫離電源和電動機，電動機直接與電源相接，進入全壓運行。4 結(jié)語在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中，電動機一直起著十分重要的作用，無論是交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、商務(wù)與辦公設(shè)備，還是日常中的家用電器，都大量地使用各種各樣的電動機。因此，常常通過對電動機的控制來實現(xiàn)運動控制。MATLAB是由美國Mathworks公司發(fā)布的主要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及

5、必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。通過這次為期一周的MATLAB課程設(shè)計，一方面，由于課程設(shè)計題目是關(guān)于鼠籠式三相異步電機的起動綜合仿真，故而我在這個過程中了解和掌握了三相異步電機起動的兩種方式，即直接起動和變壓器降壓起動。直接起動又稱為全壓起動，使電動機最常用的起動方式，它是將電動機的定子繞組直接接入電網(wǎng)，在額定電壓下起動，具有起動轉(zhuǎn)矩

6、大、起動時間短的特點。對于一般的低功耗的小型電動機，直接起動是最簡單、最經(jīng)濟和最可靠的起動方式。另一方面，課題范圍內(nèi)，我們小組也模擬仿真了電動機的變壓器降壓起動。變壓器降壓啟動是指電動機啟動時利用自耦變壓器來降低加在電動機定子繞組上的啟動電壓。待電動機啟動后，再使電動機與自耦變壓器脫離，從而在全壓下正常運動。 HYPERLINK /view/786332.htm t _blank 自耦變壓器的高壓邊投入電網(wǎng)，低壓邊接至電動機。采用變壓器降壓起動有很多優(yōu)點，可以按允許的啟動電流和所需的啟動轉(zhuǎn)矩來選擇變壓器的不同抽頭實現(xiàn)降壓啟動，而且不論電動機的定子繞組采用Y 或接法都可以使用。相對于直接起動，變

7、壓器降壓起動一個顯著的優(yōu)點就是可以降低電動機的起動電流，這對于電機定子繞組的保護還是很重要的。不過由于需要增加一個變壓器，所以導(dǎo)致設(shè)備體積大，投資較貴，所以一般較少使用變壓器降壓起動這種起動方法。4.1 結(jié)論與討論在模擬仿真實驗過程中，并不是一帆風(fēng)順手到擒來的，真的遇到很多問題。小組同學(xué)一起討論了一次又一次，來探討仿真過程出現(xiàn)了哪些問題。一開始，我們根本不了解怎么下手。但我們小組成員一起查資料，在網(wǎng)絡(luò)上搜索前人的作品，再仔細研究，然后我們開始逐漸了解了SIMULINK的操作使用規(guī)則和方法。所謂磨刀不誤砍柴工，在完全了解本次仿真實驗的原理和操作方法后，我們很快就得到了實驗數(shù)據(jù)。但是，我們發(fā)現(xiàn)，不

8、同版本的MATLAB軟件，對應(yīng)的SIMULINK里面的元件庫的部分元件有很大的不同，有的遵循的是美國標準，有的則是中國標準。所以我們一開始沒有注意到，就導(dǎo)致了前期的工作都白做了，不得已，只能重新選擇元件設(shè)定好參數(shù)后再做實驗。最終，我們得到了符合理論實際并且比較滿意的仿真數(shù)據(jù)。針對仿真得到的數(shù)據(jù)，作了一些分析，我們發(fā)現(xiàn)，直接起動在電機轉(zhuǎn)速沒有達到額定轉(zhuǎn)速的時候，尤其在電源開啟的一瞬間轉(zhuǎn)速為零的時候，定子電流很大，45倍的額定電流，但電磁轉(zhuǎn)矩卻不是很大，但最終電機轉(zhuǎn)速能很接近理想的空載轉(zhuǎn)速。而采用變壓器降壓起動后，相同的異步電動機，起動電流就明顯小了很多，最終切換電壓后也能達到額定轉(zhuǎn)速。當電機空載

9、，接通電源后，電機在很快的時間內(nèi)就達到額定轉(zhuǎn)速。達到額定轉(zhuǎn)速后定子電流和轉(zhuǎn)子電流很小，近似為零。電磁轉(zhuǎn)矩也很小，接近于零。當給電動機接上額定負載，開啟電源后，電機啟動時間延長，最終電機轉(zhuǎn)速不能達到額定轉(zhuǎn)速，而定子電流和轉(zhuǎn)子電流都呈現(xiàn)正弦變化趨勢。電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩。綜上所述，對于小型電動機，采用直接起動很簡單、很經(jīng)濟，但對于中型電動機及以上，采用直接全壓起動就存在很大的問題，起動電流很大甚至?xí)龎亩ㄗ永@組，故對于中型電機及以上多采用降壓起動，而變壓器降壓起動是多種選擇的一種。參考文獻劉暉,侯春山.中國研究生教育和學(xué)位制度M.北京:教育科學(xué)出版社，1988（宋體 五號）WEN Y D. For

10、ced vibration./vib-ra，m,1，999王建軍, 陳日新. 數(shù)字信號處理在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用心電圖的抗干擾測量J. 計算技術(shù)與自動化, 2000,19(2):45-47孫亮.MATLAB語言與控制系統(tǒng)仿真.北京工業(yè)大學(xué)出版社胡虔生，胡敏強.電機學(xué).中國電力出版社。薛定宇. 控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計MATLAB 語言及應(yīng)用 M . 北京:清華大學(xué)出版社,1996.魏克斯, 等. MATLAB 語言與自動控制系統(tǒng)設(shè)計 M . 北京:機械工業(yè)出版社.何平,等. 模糊控制器的設(shè)計及應(yīng)用 M . 北京科學(xué)出版社,1997.王耀南. 智能控制系統(tǒng) M . 長沙: 湖南大學(xué)出版社, 1996.馮垛

11、生,等. 電力拖動自動控制系統(tǒng) M . 廣州:高等教育出版社,1998.致謝早在幾周前就知道會有這個課程設(shè)計，于是在之前復(fù)習(xí)準備考試的過程中就很用心地學(xué)習(xí)MATLAB軟件和SIMULINK模塊單元的操作使用技巧，所以此次對于課程設(shè)計，我還是比較得心應(yīng)手的。但經(jīng)過自己真正的深入了解這款軟件，發(fā)現(xiàn)自己所料記得永遠都只是冰山一角而已。MATLAB真的是一款非常強大的工具軟件。這次課程設(shè)計使我們對MATLAB的運用有了更深一步的理解，并且懂得了如何使MATLAB作為工具軟件與其他學(xué)科相結(jié)合。從SIMULINK的模塊構(gòu)建到最終的調(diào)試分析，我們從淺至深的了解了軟件的運用，使課堂與實踐相結(jié)合。課程設(shè)計是我們大學(xué)生必定經(jīng)歷的一段