基于MATLAB的三相异步电机仿真分析

第20卷第3期广州航海高等专科学校学报Vol．20No．32012年9月JOURNALOFGUANGZHOUMARITIMECOLLEGESept．2012收稿日期:2012－04－27作者简介:曾新红(1976—)，女，硕士，讲师，主要从事电机与电力拖动、电工电子学的教学与研究．基于MATLAB的三相异步电机仿真分析曾新红(广州航海高等专科学校船舶工程学院，广东广州510725)摘要:针对电机及拖动课程理论性强、概念多而抽象的特点，在教学过程中引用Matlab仿真软件进行辅助教学，能起到很好的效果．以三相异步电机学习为例，运用MATLAB软件对三相异步电机的起动运行特性进行仿真分析，并给出相应的仿真结果和分析．实践证明，在教学中，根据教学内容选择合适的仿真内容，可以很好的发挥Matlat在电机与拖动教学中的作用．关键词:Matlab;三相异步电机;仿真分析中图分类号:TM343文献标识码:A文章编号:1009－8526(2012)03－0038－04优秀的仿真软件可有效扩充教学信息，增加吸引力，使教学更加生动、形象，有助于提高学生的学习兴趣．针对电机及拖动课程的特点和高等专科院校学生的基础及培养目标，在教学过程中采用Mat-lab仿真软件进行辅助教学，取得了很好的教学效果．Matlab仿真软件可以在仿真过程中随意改变感兴趣的参数，实时观测系统的变化，并能高效地对各状态量进行观测和分析［1］．利用MATLABSimulink工具箱及m文件编程，能构建所需系统仿真模型和开发各种控制界面［2］，激发学生对新知识产生浓厚的探索兴趣，有利学生创新思维的培养，提高学生分析和解决实际问题以及理论联系实际的能力．本文以三相异步电机学习为例，运用MATLAB软件对三相异步电机起动运行特性进行仿真分析．1异步电机空载起动半载运行仿真分析在MATLAB/SIMULINK中建立仿真模型如图1所示，在建立模型时要注意各模块参数的设置．以及在BusSelector与异步电机模块连接时，要注意先将异步电机模块的输出信号与BusSelector的输入信号连接，试运行后再在参数设置中选择需要输出的信号．否则，容易导致仿真失败．图1三相异步电机起动模型在Subsystem模块中设置初始负载为0，即空载，0．4s后再加上额定负载．将模型建好后运行，便在模拟示波器中得出如下的仿真波形，图2是转子电流/定子电流仿真波形图．从图2可见起动电流第3期曾新红:基于MATLAB的三相异步电机仿真分析39约为额定电流的7倍左右，空载时定子电流、转子电流都很小，转子电流约为0．带载后电机电流随着负载的变化而变化，电流增大，转子电流频率f2=1/0．5=2与理论结果一致(f2=sf1=(1500－1440)×50/1500=2)．图2转子电流/定子电流仿真波形图图3是电机转速波形图，转子转速在空载时接近同步转速1500n/min，带载后转速下降，如给额定负载，在经过少许波动后，转速便在额定转速1440r/min下稳定运行．模型中转速实时显示与模拟示波器Scope2波形图中均清楚可见．图4是电磁转矩波形图，电磁转矩随着负载的变化而变化，初始转矩为0，即空载，带载后，也经过少许波动后，便稳定在额定转矩49．74(N·m)．从以上分析可知，上述输出波形均符合电机的运行特性．图3电机转速波形图图4电磁转矩波形图2额定负载时定子串电阻起动(即减压起动)仿真分析定子串电阻起动仿真模型如图5所示．模型中设置三级起动，分别在0．4s，0．6s，0．8s串上不同的电阻，逐级起动．图5转子串接对称电阻起动仿真模型图6、图7、图8分别是转子串接对称电阻起动时，转子电流/定子电流仿真波形图和转子转速波形图．图6与图2对比可见，定子串接电阻后，起动电流减小，约为额定电流的4倍左右，但起动时间延长，从原来的0．1s延长致0．25s．起动过程相对较平稳．但图8与图4对比可见，起动转矩变小．40广州航海高等专科学校学报第20卷图6定子电流/转子电流波形图图7定子串电阻起动电机转速波形图图8定子串电阻起动电磁转矩波形图3额定负载时转子串电阻起动仿真分析转子串电阻起动仿真模型如图9所示．模型中设置五级起动，转子分别串上不同的电阻，逐级减小电阻起动．从图10、11、12图可见，转子串接电阻后，起动电流减小，约为额定电流的3倍左右，起动转矩增大，起动过程较平稳．通过上述三种起动方式的仿真分析比较可知:异步电机直接起动，设备简单，但起动电流大，加载时电流波动也大;降压起动，起动电流减小，但起动图9转子串接对称电阻起动仿真模型图10定子电流/转子电流波形图图11转子串电阻起动电磁转矩波形图第3期曾新红:基于MATLAB的三相异步电机仿真分析41图12定子串电阻起动电机转速波形图转矩随着也减小，起动过程延长;转子串电阻起动，起动电流减小，起动转矩增大，起动过程平滑且时间也较短，但此种方式只适合于绕线式异步电机．4结束语通过Matlab对三相异步电机的仿真，可以方便快速的得出仿真结果，一方面可以使学生更好的理解三相异步电机的机械特性及其起动运行特性［3］，图形的可视化使学生印象深刻;另一方面也大大增强了学生学习《电机与拖动基础》的学习兴趣．实践证明，在教学中，根据教学内容选择合适的仿真内容，可以很好的发挥Matlat在电机与电力拖动教学中的作用．参考文献:［1］查晓春，黄爱华．自动控制原理课程的Matlab辅助教学［J］．实验技术与管理，2007(12):91－93．［2］张志涌．精通MATLAB6．5版教程［M］．北京:航天航空大学出版社，2003．［3］许晓峰．电机及拖动:第二版［M］．北京:高等教育出版社，2004．SimulationandAnalysisofAsynchronousMotorBasedonMATLABZENGXin-hong(DepartmentofMarineEngineering，GuangzhouMaritimeCollege，GuangzhouGuangdong，510725，China)Abstract:ThispaperproposestousetheMATLABsoftwaretoaidtheteachingofMotorandElectricDrivingcourseduetothefactthatthecourseofMotorandElectricDrivingisoftheoreticalandabstractconceptfeature．Theteachingofasynchronousmotoristakenasanexample．MATLABsoftwareisusedtosimulatetheasynchronousmo-tor＇sstartingandrunningprocess．Thesimulationandresultsarealsoanalyzed．Thepracticehasshownthatchoo-singtheappropriatecontentstobesimulatedbasedonMATLABsoftwarewillimprovetheteachingqualityofthecourseofMotorandElectricDriving．Keywords:MATLAB;asynchronousmotor;simulationanalysis