【正文】 輸入 A、 B、C 和輸出 a、 b、 c 分別對應(yīng)定子和轉(zhuǎn)子的三相線。 的量表示從定子側(cè)看過去的轉(zhuǎn)子折算量。39。39。? （ 417） dsmdrrdr iLiL ?? 39。39。qrmqssqs iLiL ??? （ 415） 39。39。39。39。39。 運(yùn)動方程： dtdNJTT rpce ???? （ 410） 式中 J— 電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量， T— 電磁轉(zhuǎn)矩。異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型是一個高階，非線性，強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng) [14]。 （ c）三相異步電動機(jī)定子有三個繞組，轉(zhuǎn)子也可等效為三個繞組，每個繞組產(chǎn)生磁通時都有自己的電磁慣性，再加上運(yùn)動系統(tǒng)的機(jī)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)。由于這些原因，異步電動機(jī)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(zhuǎn)速之間又互相都有 影響，所以是強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。在輸入變量中，除轉(zhuǎn)速外，磁通也得算一個獨立的輸出變量。 SimPowerSystem 擁有近 100 個模塊，分別位于 7 個子模塊庫中。它們可以同標(biāo)準(zhǔn)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。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。 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。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。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。此外，用戶也可以將數(shù)學(xué)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。 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(jìn)行仿真研究，對應(yīng)的有各種元件庫。當(dāng)鼠標(biāo)移動到合適位置， 鼠標(biāo)指針成十字形狀，即可按住左鍵不放，拖動鼠標(biāo)指針到信號需要到達(dá)的地方。Systems），接收器模塊庫（ Sinks），信號源模塊庫（ Sources），子系統(tǒng)模塊庫（ Subsystems）。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。在運(yùn)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。故此本文選用 Matlab/Simulink 進(jìn)行仿真分析。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。 交流異步電動機(jī)是一個高階非線性，強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，如果忽略其非線性、多變量、強(qiáng)耦合的條件，近似求出線性單變量動態(tài)結(jié)構(gòu)，然后采用直流調(diào)速系統(tǒng)的分析及設(shè)計方法得到的動態(tài)性能往往精度不高。雖然 simulink 工具箱里有交流電機(jī)模型的封裝元件，但其通用性太強(qiáng)，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。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(jìn)行仿真、分析和修改 [13]。仿真的結(jié)果還可以 存放到 MATLAB 的工作空間里做事后處理。采用 SCOPE 模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進(jìn)行的同時，就可觀看到仿真結(jié)果。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(jìn)行仿真。 用 SIMULINK 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到 上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。 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(yīng)的功能模塊。它為用戶 提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。 Simulink 工具箱簡介： SIMULINK 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)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)。開放性也許是 MATLAB 最受人們歡迎的特點。這些工具箱都是由該領(lǐng)域?qū)W術(shù)水平很高的專家編寫的，所以用戶無需編寫自己學(xué)科范圍內(nèi)的基礎(chǔ)程序，而 直接進(jìn)行高，精，尖的研究。功能性工具箱用于多種學(xué)科。其工具箱又分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。 MATLAB 包含兩個部分：核心部分和各種可選的工具箱。由于MATLAB 的程序不用編譯等預(yù)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。 MATLAB 還具有較強(qiáng)的編輯圖形界面的能力。 （ g） MATLAB 的圖形功能強(qiáng)大。例 如，在 MATLAB 里，用戶無需對矩陣預(yù)定義就可使用。 （ d） MATLAB 既具有結(jié)構(gòu)化的控制語句（如 for 循環(huán)， while 循環(huán)， break 語句和if 語句），又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦浴? （ c）運(yùn)算符豐富。 可見 ， MATLAB 的程序極其簡短。 MATLAB 求解下列方程，并求解矩陣 A 的特征值。解線性方程的程序用 FORTRAN和 C這樣的高級語言編寫，至少需要四百多行，調(diào)試這種幾百行的計算程序可以說很困難。解線性方程的麻煩在于要對矩陣的元素作循環(huán)，選擇穩(wěn)定的算法以及代碼的調(diào)試 不容易。例如，如果用戶想求解一個線性代數(shù)方程，就得編寫一個程序塊讀入數(shù)據(jù)，然后再使用一種求解線性方程的算法（例如追趕法）編寫一個程序塊來求解方程，最后再輸出計算結(jié)果?？梢哉f，用 MATLAB進(jìn)行科技開發(fā)是站在專家的肩膀上。 MATLAB程序書寫形式自由，利用豐富的庫函數(shù)避開繁雜的子程序編程任務(wù)，壓縮了一切不必要的編程工作。以下簡單介紹一下 MATLAB的主要特點。 MATLAB用更直觀的，符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了 C和 FORTRAN語言的冗長代碼。 MATLAB具有如下的優(yōu)勢與特點： MATLAB的語言特點 一種語言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語言的特點，正如同 FORTRAN和 C等高級語言使人們擺脫了需要直接 對計算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱作為第四代計算機(jī)語言的 MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。 開放性使 MATLAB廣受用戶歡迎。 當(dāng)前流行的 具包 (Toolbox)。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。 未來成為主流產(chǎn)品的軟啟動裝置將是帶有軟切換功能的廉價的變頻器。軟切換的可能步驟是“先脫（電）后掛（網(wǎng)）”或“先掛后脫”。這樣做的目的是節(jié)能，消除無謂的損耗。變頻軟啟動將會慢慢勝出的 （ 3）根本原因：它可以在限流（啟動電流不超過電機(jī)額定電流值）的同時獲 得大的啟動轉(zhuǎn)矩，可以實現(xiàn)包括軟停止在內(nèi)的各種啟動功能。各種形式的降壓軟啟動將與星陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 18 三角啟動等技術(shù)一起歸并為傳統(tǒng)的啟動技術(shù)。顯然，主管技術(shù)人員知識老化的單位，是不會樂意選用高技術(shù)含量產(chǎn)品的。 側(cè)重面有客觀和主觀兩個方面。從理論上說，性能價格比高的產(chǎn)品將占有更大的市場份額。在新世紀(jì)里的第 1~2個 10年里，在發(fā)達(dá)國家會不會被淘汰，現(xiàn)在還很難斷言。據(jù)我了解，發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的液態(tài)軟啟動產(chǎn)品，一律用在中壓繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)軟啟動中。系列生產(chǎn)的晶閘管軟啟動裝置的最高電壓等級為 12KV，最大容量為 5000KW。晶閘管軟啟動裝置是發(fā)達(dá)國家軟啟動的主流產(chǎn)品，各知名電氣公司均有自己晶閘管軟啟動的品牌，在其功能上又各具特色。發(fā)達(dá)國家軟啟動行業(yè)現(xiàn)狀：從進(jìn)口軟啟動產(chǎn)品看，發(fā)達(dá)國家的電動機(jī)軟啟動產(chǎn)品主要是固態(tài)軟啟動裝置：晶閘管軟啟動和兼作軟啟動的變頻器。使用較多的是16位機(jī)，如 INTEL公司的 8XC196系列單片機(jī)，此外，還有使用 8位和 32位機(jī)，有的正在開發(fā)使用 DSP作為控制元件的軟啟動器。 隨著軟啟動器諸多功能的增加，如功率因數(shù)控制、通訊、節(jié)能、可視化操作等，使得軟啟動的智能化大大 提高。如何做好單臺軟啟動器啟動多臺電動機(jī)，不僅需要設(shè)置外部邏輯控制程序，還要考慮同交流電機(jī)軟啟動的技術(shù)原理與仿真 17 步切換問題。 三相交流異步電動機(jī)在應(yīng)用中，常常是在啟動完成后，將電機(jī)切換到電網(wǎng)電壓。這類負(fù)載采用晶閘管電子軟啟動方式，能很好的減小啟動沖擊電流，而且在停機(jī)時可以采用軟停車，避免水錘效應(yīng)。它利用晶閘管降壓軟啟動負(fù)載較輕時功率因數(shù)低，通過降低控制電壓，提高功率因數(shù)，達(dá)到輕載節(jié)能效果。無論選用交流電機(jī)軟啟動還是開發(fā)軟啟動產(chǎn)品，都應(yīng)將軟啟動優(yōu)化節(jié)能納入考慮范圍。我國政府對此也十分重視，推出了針對交流電機(jī)節(jié)能的一系列措施，各個廠商的產(chǎn)品也都打著優(yōu)化節(jié)能的招牌。也就是取同一相電壓與電流的下降沿過零的相位差作為反映電機(jī)負(fù)載情況的反饋信號 ， 通過功率因數(shù)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一個合適的給定電壓 ， 控制電機(jī)在效率較高的狀態(tài)下運(yùn)行。以一相為例觀察負(fù)載波形 (見圖 211)，負(fù)載電流是由強(qiáng)制分量 1i 和自由分量 2i 兩部分組成： 21 iii ?? ， 1i 為基波電流。 圖 210 軟啟動節(jié)能控制器原理框圖 控制器的軟啟動環(huán)節(jié)通過檢測啟動時的電流值 ， 調(diào)整給定電壓的大小 ， 在啟動初期 ，電壓給定迅速增加 ， 電機(jī)的電流也迅速增大 ， 當(dāng)電機(jī)電流達(dá)到限流值時 ， 電壓給定維持不變 ， 使電機(jī)電流保持在限流值之下 ， 當(dāng)電機(jī)啟動結(jié)束 ， 電流下降到正常狀態(tài)時 ， 電壓給定按一定斜率上升到最大 ， 電機(jī)在全壓狀態(tài)下運(yùn)行。 軟啟動節(jié)能控制系統(tǒng)的核心是如何精確地控制晶閘管的導(dǎo)通角 ， 以滿足自動調(diào)節(jié)電壓、電流的目的 ， 從而實現(xiàn)軟啟動和節(jié)能。實際上，由于電動機(jī)的型式、容量不同以及被拖動負(fù)載的性質(zhì)和工作狀態(tài)不同，節(jié)能效果都不一樣，不可一概而論。由以上分析可見，在滿足以下條件時，異步電動機(jī)在輕載降壓運(yùn)行時可達(dá)到明顯的節(jié)能效果：一是電動機(jī)鐵耗在總損耗中所占的比重較大；二是空載電流 0I 較大，且在低負(fù)荷運(yùn)行時， 0I 仍在 1I 中占較大的比重；三是電機(jī)電源電壓偏高。有 adP 主要有兩部分：一部分與磁路中局部飽和程度相聯(lián)系，可視為與定子線圈感應(yīng)電勢 1E (? 1U )的平方成正比；另一部分則為載流導(dǎo)體周圍的雜散損耗，近似與 39。所以，定子損耗在降壓運(yùn)行時的變化是不確定的。 2 11 ?????? ??????????? SSVVPP NNCuCu （ d）定子銅耗 2CuP 。降壓時有2239。2cos?FI 。由于電壓 39。當(dāng)降壓時，輸出轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)差率 s 略有增加，機(jī)械損耗降低不多。反映摩擦和風(fēng)阻等機(jī)械損耗，與機(jī)械特性有關(guān)。1U 的下降而下降。FeP ? 2139。從電動機(jī)軟啟動器的節(jié)能效果分析異步電動機(jī)的損耗分交流電機(jī)軟啟動的技術(shù)原理與仿真 15 為以下 5個部分： （ a）鐵耗 FeP 。③ 當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行于額定負(fù)載附近時，其效率和功率因數(shù)為最高。因此，當(dāng)電動機(jī)端電壓不變而負(fù)載變化時 ，① 有功損耗中，銅耗隨負(fù)載率的增加而增加，其余有功損耗幾乎不變，輕載時，因軸上輸出功率較小，所以電動機(jī)效率降低 。鐵損 ( iW )指電機(jī)的定子鐵心及轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)產(chǎn)生的損耗，由磁滯損耗 ( hW )和渦流損耗 ( eW )組成，可表示為 [10]： )( tfBKBKWWW fehi ???? （ 21） 式中 f —— 電源頻率， Hz B —— 磁通密度， T t —— 鐵心材料薄片厚度， mm 1K 、 2K —— 常數(shù) 銅損 ( cuW )則由轉(zhuǎn)子銅損 ( 1cuW )和定子銅損 ( 2cuW )組成，可表示為 2222121111 rImrImWWW cucucu ???? （ 22） 式中 1I ， 2I —— 定子、轉(zhuǎn)子電流，單位： A 1m ， 2m —— 定子、轉(zhuǎn)子相數(shù) 1r ， 2r —— 定子、轉(zhuǎn)子電阻 機(jī)械損耗 ( tW )指軸承的摩擦損耗、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的風(fēng)損等總和。 （ d）軟啟動離線仿真研究可以預(yù)知在硬啟動過程中電機(jī)轉(zhuǎn)速，電流，線電壓和其它機(jī)械特性，對產(chǎn)品設(shè)計和用戶有重要的指導(dǎo)作用。 （ b）在啟停時過度自然，不易傷害設(shè)備，節(jié)電效果良好。 各種軟啟動方式的相應(yīng)啟動曲線見下圖： 圖 25 限流啟動 圖 26 電壓斜坡軟啟動 圖 27 轉(zhuǎn)矩控制啟動 圖 28 轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動 圖 29電壓控制啟動 由上面幾點不難看出，比較好的的啟動方式應(yīng)是電壓控制啟動和轉(zhuǎn)矩控制啟動及轉(zhuǎn)陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 14 矩加突跳控制啟動。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其他負(fù)荷，使用時應(yīng)特別注意。 （ 4）轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動 轉(zhuǎn)矩加突跳控