【導讀】身的損壞等優(yōu)點。其次詳細論述了幾種主要的交流電機降壓啟動原理。在這基礎上詳述了軟啟動的啟。壓控制啟動等幾種啟動方法和曲線圖。對變頻調速做了淺談使之與軟啟動進行比較得出了軟啟動的優(yōu)缺點。定及基本功能，給出了仿真結果，并對結果進行了分析和驗證。軟啟動的發(fā)展，軟啟動的節(jié)能。KEKWORDS:ACmotor，Soft-starting，simulating，matlab，energysaving

　　

【正文】 它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB 的程序不用編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。 （ i）功能強大的工具箱是 MATLAB 的另一特色 。 MATLAB 包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。核心部分中有數(shù)百個核心內部函數(shù)。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學科性工具箱。功能性工具箱主要用來擴充其符號計算功能，圖示建模仿真功能，文字處理功能以及與硬件實時交互功能。功能性工具箱用于多種學科。而學科性工具箱是專業(yè)性比較強的，如 control toolbox， signal processing toolbox， munication 交流電機軟啟動的技術原理與仿真 21 toolbox 等。這些工具箱都是由該領域學術水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學科范圍內的基礎程序，而 直接進行高，精，尖的研究。 （ j）源程序的開放性。開放性也許是 MATLAB 最受人們歡迎的特點。除內部函數(shù)以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過對源文件的修改以及加入自己的文件構成新的工具箱。 Simulink 工具箱簡介： SIMULINK 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，也支持具有多種采樣頻率的系統(tǒng)。在 SIMULINK環(huán)境中，利用鼠標就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進行仿真。它為用戶 提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結構畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點。 SIMULINK 包含有 SINKS（輸入方式）、 SOURCE（輸入源）、 LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、 NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、 CONNECTIONS（連接與接口）和 EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個子模型庫中包含有相應的功能模塊。用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自己的模塊。 用 SIMULINK 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結構，因此用戶可以采用從上到下或從下到 上的結構創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內容，以此類推，從而可以看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理解模型的結構和各模塊之間的相互關系。在定義完一個模型后，用戶可以通過SIMULINK 的菜單或 MATLAB 的命令窗口鍵入命令來對它進行仿真。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運行一大類仿真非常有用。采用 SCOPE 模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進行的同時，就可觀看到仿真結果。除此之外，用戶還可以在改變參數(shù)后來迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結果還可以 存放到 MATLAB 的工作空間里做事后處理。 模型分析工具包括線性化和平衡點分析工具、 MATLAB 的許多工具及 MATLAB 的應用工具箱。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改 [13]。 在本文后面，常利用 Matlab/Simulink 工具箱對交流電機進行仿真分析，對交流電機仿真模型應用較多。雖然 simulink 工具箱里有交流電機模型的封裝元件，但其通用性太強，使用時需要添加本研究不需的諸多測量元件，仿真速度慢，使用不夠簡便。故此在本章，根據(jù) 本文需要，對交流電機數(shù)學模型的進行分析、建模，以方便后面仿真需要。 交流異步電動機是一個高階非線性，強耦合的多變量系統(tǒng)，如果忽略其非線性、多變量、強耦合的條件，近似求出線性單變量動態(tài)結構，然后采用直流調速系統(tǒng)的分析及設計方法得到的動態(tài)性能往往精度不高。 Matlab 語言及其 Simulink 可視化仿真平臺在控陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 22 制系統(tǒng)仿真中應用非常普遍。使用 Simulink 可以迅速建立各種線性或非線性模型，用戶可以任意觀測系統(tǒng)各處的動態(tài)變化，而且仿真速度快。在建模過程中，為方便建立數(shù)學模型，不考慮交流電機的鐵耗。故此本文選用 Matlab/Simulink 進行仿真分析。 本文 Matlab 版本， Simulink 為 版本。在運行 Matlab 后（如圖 31 所示），可在命令提示符下輸入 simulink 命令，然后回車即可打開 simulink 工具箱?；蛘唿c擊工具欄里的 simulink 圖標，快速啟動 simulink 工具箱。打開后， simulink 工具箱如圖 32 所示： 圖 31 Matlab 主界面圖 圖 32 Simulink仿真平臺 在 simulink 仿真界面上，可以看到有連續(xù)系統(tǒng)元件庫（ Continuous），離散系統(tǒng)仿真元件庫（ Discrete），功能和表格庫（ Functionamp。Table），數(shù)學元件庫（ Math），非線性模塊庫（ Nonlinear）信號及系統(tǒng)模塊庫（ Signalsamp。Systems），接收器模塊庫（ Sinks），信號源模塊庫（ Sources），子系統(tǒng)模塊庫（ Subsystems）。仿真所需的元件可以直接從模塊庫里拖出到模板上，如圖 33 所示，而各個元件之見的信號傳遞，可用鼠標方便操作。當鼠標移動到合適位置， 鼠標指針成十字形狀，即可按住左鍵不放，拖動鼠標指針到信號需要到達的地方?；蛘呦冗x取信號輸出元件，按住 Ctrl 鍵，再用鼠標點擊信號接受元件，即可快速連線。 Simulink 不但可以仿真連續(xù)系統(tǒng)，線性系統(tǒng)，還可以對離散系統(tǒng)，高階非線性系統(tǒng)進行仿真研究，對應的有各種元件庫。除此之外，為滿足特殊仿真需要， matlab還提供了 SFunction 模塊，用戶可以根據(jù)各自特殊需要，用 matlab 語言進行功能編寫，然后封裝，像 matlab 自帶的元件一樣使用。此外，用戶也可以將數(shù)學模型用微分方程或傳遞函數(shù)來描述，就可以方便的用 matlab 自有的元件來建立用戶所需的元件。 交流電機軟啟動的技術原理與仿真 23 圖 33 simulink仿真窗口 電力系統(tǒng)模型庫（ simpowersysterm）工具箱簡介 電力系統(tǒng)模型庫 (SimPowerSystem)是專用于 RLC 電路、電力電子電路、電機傳動控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)仿真用的模型庫。模型庫中包含了各種交直流電源、大量電氣元器件、和電工測量儀表等。利用這些模型可以模擬由電阻、電感、電容組成的電路，含電力電子器件的開關、整流和逆變、變頻等裝置，以及電力系統(tǒng)運行和故障的各種狀態(tài)。在電力電子電路和電力拖動控制系統(tǒng)的仿真中 將主要使用該模型庫的模型。電力系統(tǒng)模型庫模塊的使用與 SIMULINK 模塊的使用不同，電力系統(tǒng)模型庫的模塊必須連接在回路中使用，因此每個模塊都有輸入端和輸出端，在回路中流動的是電流，并且電流通過每個元器件時產生電壓降。 SIMULINK 組成的是信號流程，流入流出模塊的信號沒有特定的物理含義，其含義要視仿真的模型的對象而定。由電力系統(tǒng)模型庫模塊組成的電路和系統(tǒng)可以和 SIMULINK 模型庫中的控制單元連接、組合成控制系統(tǒng)，研究和觀察在不同控制方案下系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應，為系統(tǒng)的設計提供依據(jù)。電力系統(tǒng)模型庫中包含了7 個子模型庫，其中 Extra Library(其他電氣子模塊庫 )還包含了六個二級子模型庫。 SimPowerSystem 中模塊的數(shù)學模型基于成熟的電磁和機電方程，用標準的電氣符號表示。它們可以同標準的 Simulink 模塊一起使用建立包含電氣系統(tǒng)和控制回路的模型。連接通過與 SimPowerSystem 提供的測量模塊實現(xiàn)。 SimPowerSystem 擁有近 100 個模塊，分別位于 7 個子模塊庫中。 圖 34 SimPowerSystem 的 7個子模塊庫 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 24 4 交流電機軟啟動系統(tǒng)仿真建模 交流電動機數(shù)學模型 三相異步電機的數(shù)學模型的建立要考慮三個方面： （ a）異步電動機變頻調速時需要進行電壓和頻率的協(xié)調控制，有電壓、電流和頻率兩種獨立的輸入變量，如果考慮電壓是三相的，實際的輸入變量數(shù)目還要多。在輸入變量中，除轉速外，磁通也得算一個獨立的輸出變量。因為電機只有一個三相電源，磁通的建立和轉速的變化是同時進行的，但為了獲得良好的動態(tài)性能，還希望對磁通施加某種控制，使它在動態(tài)過程中盡量保持恒定，才能發(fā)揮出較大的轉矩。由于這些原因，異步電動機是一個多變量（多輸入多輸出）系統(tǒng)，而電壓（電流）、頻率、磁通、轉速之間又互相都有 影響，所以是強耦合的多變量系統(tǒng)。 （ b）在異步電機中，磁通乘電流產生轉矩，轉速乘磁通得到旋轉感應電動勢，由于它們都是同時變化的，在數(shù)學模型中就含有兩個變量的乘積項，這樣一來，即使不考慮磁飽和等因素，數(shù)學模型也是非線性的。 （ c）三相異步電動機定子有三個繞組，轉子也可等效為三個繞組，每個繞組產生磁通時都有自己的電磁慣性，再加上運動系統(tǒng)的機電慣性，即使不考慮變頻裝置中的滯后因素，至少也是一個七階系統(tǒng)。 異步電動機在α，β， 0 坐標系統(tǒng)下的數(shù)學模型 總體來說，異步電動機的數(shù)學模型是一個高階、非線性、強耦 合的多變量系統(tǒng)。異步電機數(shù)學模型是一個高階，非線性，強耦合的多變量系統(tǒng) [14]。 定子電壓： dtdiru 1111 ??? ??? （ 41） dtdiru 1112 ??? ??? （ 42） 轉子電壓： 22212 ???? ??? rdtdiru ??? （ 43） 22212 ???? ??? rdtdiru ??? （ 44） 定子磁鏈為： 211 ???? iLiL ms ?? （ 45） 交流電機軟啟動的技術原理與仿真 25 211 ???? iLiL ms ?? （ 46） 轉子磁鏈為： 122 ???? iLiL mr ?? （ 47） 122 ???? iLiL mr ?? （ 48） 電磁轉矩為： )( 1221 ???? iiiiLNT mpe ?? （ 49） 式中 pN — 電機極對數(shù)， eT — 電磁轉矩。 運動方程： dtdNJTT rpce ???? （ 410） 式中 J— 電機轉動慣量， T— 電磁轉矩。 異步電機在 d， q， 0 坐標系統(tǒng)下的數(shù)學模型 定子電壓 : dseqsqssqs dtdiRu ??? ??? （ 411） qsedsdssds dtdiRu ??? ??? （ 412） 轉子電壓 : 39。39。39。39。 qrqrrqr dtdiRu ??? （ 413） 39。39。39。39。 drqrrdr dtdiRu ??? （ 414） 磁鏈方程： 39。qrmqssqs iLiL ??? （ 415） 39。drmdssds iLiL ??? （ 416） qsmqrrqr iLiL ?? 39。39。39。? （ 417） dsmdrrdr iLiL ?? 39。39。39。? （ 418） mlss LLL ?? （ 419） mlrr LLL ?? 39。39。 （ 420） 轉矩方程： )( dsqsqsdse iipT ?? ?? （ 421） 運動方程： )(2 1 mrer TFTHdtd ??? ?? （ 422） 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 26 rdtd ??? （ 423） 方程中帶有 )(39。 的量表示從定子側看過去的轉子折算量。 交流電機軟啟動基本模塊仿真 Matlab 電氣系統(tǒng)模塊庫中提供的異步電機模型就是基于轉子旋轉坐標系的 d– q 模型，它的標準形式的模塊（ Asynchronous Machine SI Units）如圖 41 所示。輸入 A、 B、C 和輸出 a、 b、 c 分別對應定子和轉子的三相線