异步电动机起动特性仿真.doc

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1、目 录第一章 绪论11.1异步电机的发展和分类11.1.1异步电机的发展11.1.2异步电机的分类11.2异步电动机的结构和特点21.2.1异步电动机的结构21.2.2异步电动机的特点41.3 异步电动机的调速方法51.4本课题的研究内容8第二章 异步电动机的工作原理和起动方式92.1异步电机的基本工作原理92.2 三相异步电动机起动技术的发展92.3 异步电动机的起动方式92.4 异步电动机起动的改善-软起动技术12第三章 异步电动机的数学模型的建立143.1仿真环境MATLAB简介143.2异步电动机的坐标系分类153.3坐标变换163.4 建立0系统下的异步电机数学模型193.4.1状态

2、方程193.4.2异步电机各模块建立203.4.3 abc系统-0系统的坐标变换模块233.4.4 异步电机起动仿真模型24第四章 基于0系统下异步电机起动仿真分析254.1系统仿真参数254.2仿真分析结果25总 结27谢 辞28参考文献29第一章 绪论1.1异步电机的发展和分类1.1.1异步电机的发展当今世界，电动机广泛地用于冶金、机械、电力、化工、农产品加工等各个领域。异步电动机在国内外发展迅速，很多领域都在使用。有关三相异步电动机的产品系列在逐渐增多。随着变频调速异步电动机在国内外市场上日益扩大应用,自90年代中期以来,我国有众多电动机生产企业设计、研制和生产适用于不同应用的各种系列变

3、频调速三相异步电动机,例如:通用变频调速电动机系列、起重冶金变频调速电动机系列、隔爆变频调速电动机系列、电梯变频调速电动机系列、辊道变频调速电动机系列、牵引变频调速电动机系列等。从目前情况看,这些系列电动机能基本满足国内市场的需求。三相异步电动机的产品品种也在扩大着。计算机辅助设计在变频调速异步电动机开发上的应用逐步扩大,使转子槽形设计和定转子配合得到优化,使产品性能明显提升。作电动机运行的异步电机。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。各国的以电为动力的机械中，约有90左右为异步电动机，其中小型异步电动机约占70以上。在电力系统的总

4、负荷中，异步电动机的用电量占相当大的比重。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60多。由于异步电动机生产量大,使用面广,结构简单，要求其必须有繁多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步电动机系列为基本系列；此外还有若干派生系列（在基本系列基础上作部分改变导出的系列）、专用系列（为特殊需要设计的具有特殊结构的系列）。 1.1.2异步电机的分类 异步电动机按定子相数可分为三相、单相和两相异步电动机 3类。除约 200W以下的电动机多做成单相异步电动机外，现代动力用电动机大多数都为三相异步电动机。两

5、相异步电机主要用于微型控制电机。 按照转子型式，异步电机可分为鼠笼型转子和绕线型转子两大类。鼠笼转子又分为普通鼠笼转子、深槽型鼠笼转子和双鼠笼转子3种。 根据机壳不同的保护方式，异步电动机可分为开启式、防护式、封闭式和防爆式等。1. 三相异步电动机的分类 1、按三相异步电动机的转子结构形式 可分为鼠笼式电动机和绕线式电动机。 2、按三相异步电动机的防护型式 可分为开启式（IP11）三相异步电动机、防护式三相异步电动机（IP22及IP23）、封闭式三相异步电动机（IP44）、防爆式三相异步电动机。 开启式（IP11）：价格便宜，散热条件最好，由于转子和绕组暴露在空气中，只能用于干燥、灰尘很少又无

6、腐蚀性和爆炸性气体的环境。 防护式（IP22及IP23）：通风散热条件也较好，可防止水滴、铁屑等外界杂物落入电动机内部，只适用于较干燥且灰尘不多又无腐蚀性和爆炸性气体的环境。 封闭式（IP44）：适用于潮湿、多尘、易受风雨侵蚀，有腐蚀性气体等较恶劣的工作环境，应用最普遍。 3、按三相异步电动机的通风冷却方式 可分为自冷式三相异步电动机、自扇冷式三相异步电动机、他扇冷式三相异步电动机、管道通风式三相异步电动机。 4、按三相异步电动机的安装结构形式 可分为卧式三相异步电动机、立式三相异步电动机、带底脚三相异步电动机、带凸缘三相异步电动机。 5、按三相异步电动机的绝缘等级 可分为E级、B级、F级、H

7、级三相异步电动机。 6、按工作定额 可分为连续三相异步电动机、断续三相异步电动机、间歇三相异步电动机。1.2异步电动机的结构和特点1.2.1异步电动机的结构 三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件。图1-1 封闭式三相笼型异步电动机结构图1轴承；2前端盖；3转轴；4接线盒；5吊环；6定子铁心；7转子；8定子绕组；9机座；10后端盖；11风罩；12风扇 三相异步电动机由定子和转子两大部分组成，按转子的结构不同又可分为笼型和绕线型两种。（一）定子定子主要包括

8、机座、定子铁心和绕组三部分。1. 定子铁心定子铁心是电机磁路主要部分，由0.5mm厚的硅钢冲片叠成整体，压入机座内，冲片内圆上冲制有相同形状的槽，用来安放绕组。2. 定子绕组定子绕组是电动机的电路部分。小型异步电动机定子绕组通常由高强度的漆包圆线绕成线圈嵌入铁心槽内 ，中、大型电机使用矩形截面导线预先制成成型线圈，再嵌入槽内。每相绕组按一定的规律连接，三相构成对称绕组。三相6个出线引出到机座上接线板，可按要求接成Y或三角形接法。要保证绕组有可靠的绝缘。异步电动机主绝缘是指：a. 对地绝缘-绕组与铁心间绝缘；b. 相间绝缘-各相线圈间绝缘；c. 匝间绝缘-线圈的各线匝绝缘。国产Y系列异步电动机主

9、绝缘采用B级绝缘材料。3.机座机座用来支撑定子铁心和绕组。中、小型电机多采用铸铁机座，其两端面上安装端盖，以端盖轴承支持转子，保持定、转子之间有要求的气隙值。机座还起着散热作用。4. 气隙 异步电动机的励磁电流是由定子电源提供的，气隙大时，建立一定的磁场所需的励磁电流也就大，将使电机的功率因数低，性能恶化，为此，异步电动机的气隙很小，对中、小型异步电动机，气隙一般只有0.2-1.5mm左右。但气隙也不能太小，否则会使装配困难，运行不可靠，容易造成定子和转子的相互摩擦。（二） 转子 转子主要包括铁心转子、绕组和转轴等部件。 1.转轴和铁心转子 转轴一般由中碳钢材料加工制成，用来支撑和固定转子铁心

10、并传递电磁转矩给机械负载。 转子铁心也是电机磁路的一部分。由0.5mm厚的硅钢冲片叠成圆柱体，套装在转轴上。铁心外圆上冲制有均匀分布的槽，用来嵌放转子绕组。 2.转子绕组 转子绕组用来感应电动势及电流，并与旋转磁场作用产生电磁转矩使转子转动，是重要的部件之一。异步电动机转子绕组按结构的不同分成笼型和绕组型两种。 (1)笼型转子：有铜条转子和铸铝转子两种。铜条转子是在转子铁心槽内插入铜条（又称导条），铁心两端槽口外用铜环（称端环）将全部导条焊接起来，形成圆柱状“笼子”，因此，绕组自行闭合。铸铝转子是将熔化的铝水注入转子槽内，两端同时铸上端环和风扇，使导条与端环构成笼型的闭合绕组。笼型转子结构简单

11、、制造方便、经济耐用。(2) 绕线型转子：绕线型转子的铁心槽内嵌放三相对称绕组，三相绕组末端接在一起构成Y接线，三相绕组首端接在转轴上的三个滑环上，通过电刷与滑环的滑动接触引出。 1.2.2异步电动机的特点异步电动机的基本特点是，转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；与其他电机相比，异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。以三相异步电动机为例，与同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工农业生产机械拖动的

12、要求。其局限性是，它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理。1.Y系列三相异步电动机的特点 Y系列三相异步电动机不仅满足了国民经济各部门的配套需要，而且还提高了国内外同类产品的互换性，极大地方便了引进设备的配套和维修。Y系列三相异步电动机根据其外壳的防护等级不同，又可分为IP23（防护式）和IP44（封

13、闭式）两个基本系列，现将这两个系列异步电动机的特点简介如下。 1、Y系列（IP23）三相异步电动机的特点 Y系列（IP23）为三相防护式笼型异步电动机，其防护结构型式不同于Y系列IP44的封闭式结构，但却比一般防滴式结构要优越。它能防止手指触及机壳内带电导体或转动部分；防止直径大于12毫米的小形固体异物进入；并防止沿垂直线成60度角或小于60度角的淋水滴入电动机。因此，Y系列（IP23）三相异步电动机的外壳防护等级较J2老系列有明显的提高，从而使其的运行更安全更可靠。该系列三相异步电动机的额定电压为380伏，额定频率为50赫兹，功率范围则以5.5千瓦132千瓦，共有14个功率等级、6个机座号和

14、45个规格。全系列电动机的功率等级、安装尺寸均符合IEC国际标准，电动机的同步转速有3000、1500、1000、750及600转/分，绕组采用B级绝缘材料，电动机均为A形接法，其冷却方式为IC01。 2、Y系列（IP44）三相异步电动机的特点Y系列（IP44）三相异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式笼型异步电动机，它适用于拖动无性能要求的各种机械设备，如鼓风机、空气压缩机、水泵和金属切削机床等。其额定电压为380伏，额定频率为50赫兹功率范围为0.55160千瓦，共有22个功率等级。电动机的同步转速有3000、1500、1000、750及600转分，其冷却方式为IC0141。在Y系列基本系列

15、的基础上，适当变更部分电磁结构设计或加工工艺，即可派生出许多不同类型的派生系列和专用系列。 Y系列（IP44）三相异步电动机具有以下良好性能和结构特点。(1)效率水平较高。 Y系列（IP44）小型三相异步电动机保持了J02系列电动机效率水平比较高的优点，其效率加权平均值比J02系列高出0.413%， 达到了国际水平。由于电动机效率水平的提高，就给社会带来了巨大的节电经济效益。 (2) 起动性能较好。Y系列（IP44）全系列电动机的堵转转矩比J02系列电动机的平均值高33%，起动转矩达到JQ02系列高起动转矩电动机的水平，其最小转矩均保证在0.8倍的额定转矩以上，并且大部分还达到或超过1倍的额定

16、转矩。因此，其起动性能非常优良，带负载起动也十分顺利。 (3) 噪声低振动小。Y系列（IP44）三相异步电动机规定有声功率噪声标准，按噪声限值分为l级和2级，以供用户选用。由于该系列采用电机专用轴承，因而运转噪声大为降低，经实测其噪声低于J02系列实际水平约510分贝，振动也比J02系列电动机有较大地减小。 (4) 防护性能较好。Y系列（IP44）三相异步电动机的结构设计已满足了对外界固体物和溅水的防护要求，这样就能有效防止异物对电动机和人体的危害。 (5) 运行可靠使用寿命长。Y系列（IP44）三相异步电动机的绕组均采用B级绝缘材料。当海拔不超过1000米，冷却空气的温度不超过40时，电动机

17、定子绕组的温升限度（电阻法）不超过80K。因而，除极少数规格外电动机一般均有15K以上的温升裕度。较大的温升裕度则能延长电动机的使用寿命，并提高电动机运行的可靠性。 (6) 外形美观大方。Y系列（IP44）三相异步电动机的端盖、接线盒、风罩等主要结构部件的外形，都比传统老产品要美观、大方。全系列电动机比J02系列的体积平均缩小15%，重量平均减轻12%。1.3 异步电动机的调速方法三相异步电动机转速公式为：三相异步电动机根据其适用的场合、情况和自身特点，可分为七种调速方式。从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交

18、流电动机的同步转速或不改变同步转两种。在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在

19、液力偶合器的油中。一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下： 具有较硬的机械特性，稳定性良好； 无转差损耗，效率高； 接线简单、控制方便、价格低； 有级调速，级差较大，不能获得平滑调速； 可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频调速系统主要设备是提供变频电源的

20、变频器，变频器可分成交流直流交流变频器和交流交流变频器两大类，目前国内大都使用交直交变频器。其特点： 效率高，调速过程中没有附加损耗； 应用范围广，可用于笼型异步电动机； 调速范围大，特性硬，精度高； 技术复杂，造价高，维护检修困难。 本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。三、串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其

21、特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高； 装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速7090的生产机械上； 调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产； 晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。四、绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。串入的电阻越大，电动机的转速越低。此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。属有级调速，机械特性较软。五、定子调压调速方法当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机

22、械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。 调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源，目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。晶闸管调压方式为最佳。调压调速的特点： 调压调速线路简单，易实现自动控制； 调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。 调压调速一般适用

23、于100KW以下的生产机械。六、电磁调速电动机调速方法电磁调速电动机由笼型电动机、电磁转差离合器和直流励磁电源（控制器）三部分组成。直流励磁电源功率较小，通常由单相半波或全波晶闸管整流器组成，改变晶闸管的导通角，可以改变励磁电流的大小。电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分。当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流

24、与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。电磁调速电动机的调速特点： 装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便； 调速平滑、无级调速； 对电网无谐影响； 速度失大、效率低。 本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。七、液力耦合器调速方法液力耦合器是一种液力传动装置，一般由泵轮和涡轮组成，它们统称工作轮，放在密封壳体中。壳中充入一定量的工作液体，当泵轮在原动机带动下旋转时，处于其中的液体受叶片推动而旋转，在离心力作用下沿着泵轮外环进入涡轮时，就在同

25、一转向上给涡轮叶片以推力，使其带动生产机械运转。液力耦合器的动力转输能力与壳内相对充液量的大小是一致的。在工作过程中，改变充液率就可以改变耦合器的涡轮转速，作到无级调速，其特点为： 功率适应范围大，可满足从几十千瓦至数千千瓦不同功率的需要； 结构简单，工作可靠，使用及维修方便，且造价低； 尺寸小，能容大； 控制调节方便，容易实现自动控制。 本方法适用于风机、水泵的调速。 1.4本课题的研究内容 本论文是基于0数学模型对异步电动机起动特性进行仿真的研究。其主要内容是对三相异步电动机的起动特性进行实验研究，通过改变输入的转速和转矩对三相异步电动机输出的转矩、电流、转速进行研究。并借助Matlab软

26、件，在Matlab环境下对所建立的异步电机模型进行仿真。第二章 异步电动机的工作原理和起动方式2.1异步电机的基本工作原理 异步电动机定子上有三相对称的交流绕组；三相对称交流绕组通入三相对称交流电时，就产生了一个同步转速n1，沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，转子绕组的导体处于旋转磁场中；转子导体切割磁力线，并产生感应电势。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转

27、子 沿着旋转磁场方向旋转。 切割磁力线是产生转子感应电流和电磁转矩的必要条件，转子必须与现转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。2.2 三相异步电动机起动技术的发展 三相交流异步电动机在工业生产中广泛应用，但是，三相交流异步电动机启动过程的加速转矩和冲击电流，对工

28、作机械、供电系统都有不同程度的影响。为了减少电动机启动时对机械和供电系统的影响，就要对电动机启动时的加速转矩进行一定的限制，由于电动机转矩值与加在定子绕组端电压的平方成正比,而电动机定子电流值与定子端电压成正比,所以为了避免高启动转矩和启动电流峰值，可以通过降低电动机启动时加在其定子绕组上端电压。改变其定子绕组端电压的方法有传统的降压启动技术和现在推广软启动器降压启动技术。随着电子技术的发展，电子技术在电动机控制和启动中也得到了广泛应用，逐渐体现为其控制的强大功能，这就造就了软启动器的逐渐成熟和迅速发展。使用软起动器起动目的在于减少电动机启动时冲击转矩对机械的冲击和冲击电流对供电系统的影响，使

29、用软启动器是最佳的起动方法。随着软启动器的发展和成熟，它必将成为电动机降压启动应用的发展方向。2.3异步电动机的起动方式 对异步电动机的启动的主要要求是启动电流不能过大，但启动立即却要尽量的大一些。这是因为过大的启动电流的冲击对电网和电动机本身都不利的，对电网而言，它会引起电压大幅度下降，影响同一电网下其他负载的正常运行；对电动机本身而言，当工作在频繁启动的情况下，过大的启动电流将会造成电动机严重发热，加速绝缘老化，缩短使用寿命。而启动力矩大则可缩短启动时间，提高生产效率。衡量异步电动机启动性能的主要指标是启动转矩倍数/和启动电流倍数。国家标准对其有明确规定。一、异步电动机启动时的要求1、电动

30、机有足够大的启动转矩。2、一定大小启动转矩前提下，启动电流越小越好。3、启动所需设备简单，操作方便。4、启动过程中功率损耗越小越好。二、鼠笼式异步电动机的启动1、直接启动2、降压启动（一）直接启动就是用刀开关或接触器将电源与电动机直接接通，又称全压启动。若供电网容量足够，这是一种经济、简便的方法。即启动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压。三相异步电动机直接启动的条件（满足一条即可）1、容量在7.5KW以下的电动机均可采用。2、电动机在启动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压正常值的10%，对于 不常启动的电动机可放宽到15%。 (2-1)3、 可用经验公式粗估电动机是否可直接启动启动电流大，

31、启动转矩小是异步电动机采用全压直接启动存在的不足，并且是由于电动机自身性能原因引起的，因此通常认为异步电动机启动性能不好。直接起动的优点是所需启动设备简单，启动时间短，启动方式简 单、可靠，所需成本低。其缺点为对电动机及电网有一定冲击。（二） 降压启动即在电动机启动时降低定子绕组上的电压，启动结束时加额定电压的启动方式。降压启动能起到降低电动机启动电流目的，但由于转矩与电压的平方成正比，因此降压启动时电动机的转矩减小较多，故只适用于空载或轻载启动。a、自耦变压器（亦称补偿器）降压启动b、星三角（Y）降压启动c、延边三角形启动d、电阻（或电抗）降压启动1、 自耦变压器（亦称补偿器）降压启动（1）

32、接线：自耦变压器的高压边投入电网，低压边接至电动机，有几个不同电压比的分接头供选择。（2）特点：设自耦变压器的变比为K，原边电压为U1，副边电压U2= U1/K， 副边电流I2（即通过电动机定子绕组的线电流）也按正比减小，又因为I1=I2/K，则电源供给电动机的启动电流为直接启动时1/K2倍。因电压降低了1/K倍，转矩降为1/K2倍。自耦变压器副边有23组抽头，如二次电压分别为原边电压的80 %、60%、40%。其优点是可按允许的启动电流和所需的启动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压启动，定子绕组采用Y或，缺点为设备体积大，投资较贵。2、星三角（Y ）降压启动（1）接线：启动时先将定子接成

33、星形，启动完再接成。（2）正常运行 启动定子接成 定子接成Y相电压= 线电压 相电压= = 相电流= 线电流 相电流 = = （故启动电流为直接采用接法启动电流的1/3）由于转矩与电压的平方成正比，启动转矩只有接法直接启动时1/3。其优点是设备简单，价格低。缺点为只用于正常运行时为 接法，降压比固定，有 时不能满足启动要求。3、延边三角形启动即启动时将电动机一部分定子绕组接成Y形，另一部分接形。它的特点是启动时每相绕组所承受的电压，比接成全星形接法时大，启动转矩较大，但绕组结构较复杂，应用受限制。4、电阻（或电抗）降压启动对容量不很大的鼠笼异步电动机可采用在启动时给定子电路中串联降压电 阻（或

34、电抗器）的办法来启动电动机，待电动机启动结束时再将电阻（或电抗器）短接，由于电阻上有热能损耗，用电抗器则体积、成本较大，此法很少用三. 绕线式异步电动机的启动1、转子串电阻启动2、频敏变阻器启动（一）转子串电阻启动绕线转子异步电动机转子串入合适的三相对称电阻。既能提高起动转矩，又能减小起动电流。如要求起动转矩等于最大转矩，则Sm=1为缩短起动时间，增大整个起动过程的加速转矩，使起动过程平滑些，把串接的起动电阻逐步切除。其优点是减少启动电流，启动转矩保持较大范围，需重载启动的设备如桥式起重机、卷扬机等。缺点为启动设备较多，一部分能量消耗在启动电阻且启动级数较少。（二）频敏变阻器启动频敏变阻器是一

35、种有独特结构的新型无触点元件。其外部结构与三相电抗器想似，即有三个铁芯柱和三个绕组组成，三个绕组接成星形，并通过滑环和电刷与绕线式电动机三相转子绕组相接。当绕线式电动机刚开始启动时，电动机转速很低，故转子频率f2很大（接近f1），铁心中的损耗很大，即等值电阻Rm很大，故限制了启动电流，增大了启动转矩。随着n的增加，转子电流频率下降（ f2=s f1), Rm减小，使启动电流及转矩保持一定数值。频敏变阻器实际上利用转子频率f2的平滑变化达到使转子回路总电阻平滑减小的目的。启动结束后，转子绕组短接，把频敏变阻器从电路中切除。由于频敏变阻器的等值电阻Rm和电抗Xm随转子电流频率而变，反应灵敏，故叫频

36、敏变阻器。其优点是结构较简单，成本较低，维护方便，平滑启动。缺点为电感存在，较低，启动转矩并不很大，适于绕线式电动机轻载启动。2.4异步电动机起动的改善-软起动技术 由于异步电动机直接起动时起动电流很大，对电机有很大冲击，因此设计出降压起动法。但降压起动法能使电流减小，但是起动转矩也减少了很多。为解决异步电机带负载起动时的电流冲击问题 ,提出软起动方法。(一)软起动与其它起动的比较 软启动是降压起动的一种，和直接起动比起来，软启动对电动机的冲击要小的多，与降压起动相比，软启动的起动转矩要大的多。因此，软启动结合了直接起动和降压起动两种起动方法的优点。 笼型电机传统的减压起动方式有 Y- 起动、

37、自耦减压起动、电抗器起动等。这些起动方式都属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。软起动与传统减压起动方式的不同之处是：1无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。2有软停车功能，即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击，避免高程供水系统的水锤效应，减少设备损坏。3起动参数可调，根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。（二）电动机的软启动方式 运用串接于电源与被控电机之间的

38、软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。（1） 斜坡升压软起动。这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。（2）斜坡恒流软起动。这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率

39、是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。（3）阶跃起动。开机，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。（4）脉冲冲击起动。在起动开始阶段，让晶闸管在级短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。第三章 异步电动机的数学模型的建立3.1仿真环境MATLAB简介首先利用计算机建立电机在0系统下的数学模型，列出在0系统下电机的电压方程、磁链方

40、程、转矩和转矩方程，根据上述数学模型在MATLAB/SIMULINK环境下建立三相异步电机的仿真模型。MATLAB 语言是当今国际上科学界 (尤其是自动控制领域) 最具影响力、也是最有活力的软件。它起源于矩阵运算，并已经发展成一种高度集成的计算机语言。它提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形可视化与界面设计、便捷的与其他程序和语言接口的功能。MATLAB 语言在各国高校与研究单位起着重大的作用。1、 友好的工作平台和编程环境随着MATLAB的商业化以及软件本身的不断升级，MATLAB的用户界面更加接近Windows的标准界面，人机交互性更强，操作更简单。新版本的MATLAB提供

41、了完整的联机查询、帮助功能，并提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时的报告出现的错误并进行出错原因分析。2、 简单易用的程序语言MATLAB语言基于最为流行的C语言基础，语法特征与C语言极为相似，并且更加简单，更为符合科技人员对数学表达式的书写格式，更利于非计算机专业的科技人员使用。3、 强大的科学计算及数据处理能力 MATLAB拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便地实现各种计算功能。4、出色的图形处理功能MATLAB具有方便的数据可视化功能，它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能(如二维曲线和三维曲面的绘图和处理等)方面非常完善，而且还有一些其他

42、软件没有的功能，保证了不同用户的需求。5、 应用广泛的模块集和工具箱 MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集或工具箱。用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。6、实用的程序接口和发布平台新版本的MATLAB可以利用MATLAB编译器和C/C+数学库与图形库，将自己的MATLAB程序自动转化为独立于MATLAB运行的C和C+代码。7、 模块化的设计和系统级的仿真 SIMULINK是MATLAB的一个分支产品，主要用来实现对工程问题的模块化和动态仿真。SIMULINK恰恰体现了模块化设计和系统级仿真的具体思想。MATLAB语言的特点(1)起点高(2)人机

43、界面适合科技人员(3)强大而简易的绘图功能(4)智能化程度高(5)功能丰富，可扩展性强MATLAB 语言由美国 The MathWorks 开发，SIMULINK是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统。在SIMULINK环境中，利用鼠标就可以在模型窗口中直观地“画”出系统模型，然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。SIMULINK包含有SINKS（输入方式）、SOUR

44、CE（输入源）、LINEAR（线性环节）、NONLINEAR（非线性环节）、CONNECTIONS（连接与接口）和EXTRA（其他环节）子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块。用户也可以定制和创建用户自己的模块。因此，MATLAB具有以下非常明显的优势及特点。 用SIMULINK创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过SIMULINK的菜单或MATL

45、AB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行一大类仿真非常有用。采用SCOPE模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。除此之外，用户还可以在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具、MATLAB的许多工具及MATLAB的应用工具箱。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。3.2异步电动机的坐标系分类 异步电动机的坐标系主要有三种，它们是按照电机的实际情况来确定的。

46、(l)定子坐标系 三相异步电动机的定子坐标系为其三相绕组的轴线确定，为ABC三相坐标系，三相彼此互差120。由于平面矢量可以用两相直角坐标系来描述，所以在定子坐标系中又定义了一个两相直角坐标系-直角坐标系。其中，与A轴重合都是固定在定子绕组A相的轴线上。 (2)转子坐标系 与定子坐标系类似，转子坐标系也是由转子的三相绕组轴线a，b，c来确定的。a-b-c坐标系和d-q坐标系，其中，平面直角坐标系的d轴位于转子轴线上，q轴超前d轴90度，且转子坐标系以转子的角速度旋转。 (3)同步旋转坐标系 同步旋转坐标系的M轴固定在磁链矢量上，T轴超前M轴90度，且坐标系同磁链矢量一起在空间以角速度旋转。 以上各坐标系之间的夹角定义为:定子轴a到磁链轴M之间的夹角为s