【正文】 mulink仿真工具　MATLAB語(yǔ)言Matlab是一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。各種形式的降壓起動(dòng)動(dòng)將與星三角起動(dòng)等技術(shù)一起歸并為傳統(tǒng)的起動(dòng)技術(shù)。因?yàn)檐浧饎?dòng)器調(diào)壓不調(diào)頻，轉(zhuǎn)差率始終存在，難免過(guò)大的起動(dòng)電流，而變頻器采用調(diào)頻調(diào)壓方式，可實(shí)現(xiàn)無(wú)過(guò)流軟啟動(dòng)，－2倍的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，特別適合于重負(fù)載起動(dòng)的設(shè)備。由于其價(jià)格太高，人們購(gòu)置變頻器一般都是著眼于調(diào)速，因此常常不把他歸類(lèi)于軟啟動(dòng)裝置?！∽冾l起動(dòng)的發(fā)展雖然軟起動(dòng)仍然以各種形式的降壓(限流)軟起動(dòng)為主要形式，但是隨著變頻器價(jià)格的逐漸下降及可靠性的進(jìn)一步提高，變頻軟起動(dòng)將成為軟起動(dòng)的主流。軟起動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí),是通過(guò)逐漸增大晶閘管的導(dǎo)通角,使電機(jī)起動(dòng)電流限制在設(shè)定值以?xún)?nèi),因而沖擊電流小,也可控制轉(zhuǎn)矩平滑上升,保護(hù)傳動(dòng)機(jī)械、設(shè)備和人員。晶閘管軟起動(dòng)相對(duì)于傳統(tǒng)的起動(dòng)方式,其突出的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:(1)電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)是無(wú)電弧開(kāi)關(guān)和電流連續(xù)的調(diào)節(jié),所以電子軟起動(dòng)器是無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的,能夠連續(xù)穩(wěn)定調(diào)節(jié)電機(jī)的起動(dòng),而傳統(tǒng)起動(dòng)的調(diào)節(jié)是分檔的,即屬于有級(jí)調(diào)節(jié)范圍。軟起動(dòng)控制旨在降壓以限制電機(jī)起動(dòng)電流,減小起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊,也達(dá)到了節(jié)能的目的。軟起動(dòng)技術(shù)具有傳統(tǒng)起動(dòng)方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，總是希望在起動(dòng)電流較小的情況下，能獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。隨著自動(dòng)化、機(jī)械化要求日益提高，這些矛盾變得更加突出。這些傳統(tǒng)降壓起動(dòng)方法在很大程度上緩解了大容量電機(jī)在相對(duì)較小容量電網(wǎng)上起動(dòng)時(shí)的矛盾，但它們只是縮短了大電流沖擊的時(shí)間，并沒(méi)有從本質(zhì)上解決問(wèn)題。因此,直接起動(dòng)方法只適用于小容量電機(jī)起動(dòng)。一般鼠籠式異步電機(jī)直接起動(dòng)的電流是額定電流的4～7倍，某些國(guó)產(chǎn)電機(jī)甚至可達(dá)8～12倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的1～2倍。就是用閘刀開(kāi)關(guān)或者接觸器把電機(jī)的定子繞組直接接到電網(wǎng)上。因此，研究異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，如何力求在較小的起動(dòng)電流下得到足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且選擇合適的起動(dòng)方法是相當(dāng)重要的。同時(shí)，由于起動(dòng)應(yīng)力較大，使得負(fù)載使用壽命降低。當(dāng)電機(jī)容量較大時(shí)，沖擊電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)及其負(fù)載造成干擾，嚴(yán)重時(shí)甚至危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行。三相異步電機(jī)是一種反電勢(shì)負(fù)載，即以反電勢(shì)來(lái)平衡外加電壓。異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能最重要的是起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其耗電量約占全國(guó)發(fā)電量的40%左右。電機(jī)的控制包括電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)。關(guān)鍵詞：籠形異步電動(dòng)機(jī)；起動(dòng)方式；定子電流；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；變頻起動(dòng)【Abstract】With asynchronous motor as an important power equipment widely used in various sectors in society, study asynchronous motor’s starting capability in various starting methods is particularly important. In order to obtain better results of starting, through Matlab programming, we simulate the direct starting method, series reactance of stator starting method, transformer starting method and frequency conversion starting method. We detecting the stator current, starting torquen and the rotor speed., then we draw the currenttime, torquetime and speedtime map of characteristics under different circumstances. The asynchronous motor starter with frequency conversion greatly reduces the starting current and the impact on the power system .What is more , it make the starting torque of the asynchronous motor as big as possible, shortening the startup time , overing the drawbacks of conventional startup, and saving energy.Key Words: asynchronous motor；various starting methods；stator current；starting torque；frequency start目錄1　引言 1　三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)研究的意義 1　三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)分類(lèi)及其發(fā)展方向 1　變頻起動(dòng)的發(fā)展 22　Matlab/Simulink仿真工具 3　MATLAB語(yǔ)言 3　SIMULINK仿真工具 3　算法選擇 43　鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的物理結(jié)構(gòu) 6　籠型異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu) 6　籠型異步電動(dòng)機(jī)主要形式 94　異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)原理分析 10　起動(dòng)理論分析 10　起動(dòng)的基本要求 10　起動(dòng)電流過(guò)大的危害 11　轉(zhuǎn)矩特性和電磁關(guān)系分析 11　轉(zhuǎn)矩平衡方程式 11　電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 12　起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 12　機(jī)械特性 125　籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式 14　傳統(tǒng)起動(dòng)技術(shù) 14　直接起動(dòng) 14　降壓起動(dòng) 15　定子繞組串電阻或串電抗降壓起動(dòng) 15　自耦變壓器降壓起動(dòng) 18　星形三角形（Ｙ△）降壓起動(dòng) 20　延邊三角形降壓起動(dòng) 22　軟起動(dòng)技術(shù) 23　軟起動(dòng)技術(shù)概述 23　傳統(tǒng)起動(dòng)方式與軟起動(dòng)比較 25　軟起動(dòng)分類(lèi) 25　軟起動(dòng)器常用的起動(dòng)方式 26　變頻起動(dòng) 27　變頻起動(dòng)的背景 27　變頻起動(dòng)的原理 27　變頻起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 296　變頻起動(dòng)編程的數(shù)學(xué)建模 317　利用Matlab對(duì)變頻起動(dòng)進(jìn)行編程 32　編程思路 32　Matlab主程序 32　Matlab子程序 33　程序調(diào)試 348　籠型異步電動(dòng)機(jī)的Matlab仿真 35　各種起動(dòng)方式下的MATLAB仿真分析 35　異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)仿真 35　異步電動(dòng)機(jī)定子串電抗起動(dòng)仿真 37　異步電動(dòng)機(jī)自耦變壓器降壓起動(dòng)仿真 41　異步電動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)仿真 43　各種起動(dòng)方式性能比較 459　工作總結(jié) 46致謝 47參考文獻(xiàn) 48 1　引言　三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)研究的意義電動(dòng)機(jī)作為重要的動(dòng)力裝置，已被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防軍事設(shè)施以及日常生活中。通過(guò)對(duì)起動(dòng)過(guò)程中電機(jī)的定子電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測(cè)，得出各種起動(dòng)方式下電流—時(shí)間、轉(zhuǎn)矩—時(shí)間和轉(zhuǎn)速—時(shí)間的特性曲線(xiàn)，從而比較不同起動(dòng)方式的起動(dòng)性能優(yōu)劣。三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)【摘 要】隨著異步電動(dòng)機(jī)作為重要的動(dòng)力設(shè)備在社會(huì)各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，研究三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)在各種起動(dòng)方式下的起動(dòng)性能就顯得尤為重要。為獲得較好的起動(dòng)效果，在對(duì)籠型異步電機(jī)進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，利用Matlab中的Simulink仿真工具對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)、定子串電抗降壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)和變頻起動(dòng)等起動(dòng)方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。異步電動(dòng)機(jī)變頻起動(dòng)后，使起動(dòng)電流大大減小，起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊效應(yīng)較小，并且使異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩盡可能大，縮短了起動(dòng)時(shí)間，從而克服了傳統(tǒng)起動(dòng)的弊端。與電機(jī)配套的控制設(shè)備的性能已經(jīng)成為用戶(hù)關(guān)注的焦點(diǎn)。異步電動(dòng)機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、維修方便、運(yùn)行效率較高、工作特性較好等優(yōu)點(diǎn)，因而在電力拖動(dòng)平臺(tái)上得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)電機(jī)并入電網(wǎng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)撵o止加速到額定轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱(chēng)為電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程。因此在電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中，如何降低起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，一直是機(jī)電行業(yè)的專(zhuān)家們探討的重要課題。電機(jī)在起動(dòng)開(kāi)始時(shí)反電勢(shì)為零，沖擊電流很大。 起動(dòng)電流過(guò)大時(shí)將使電機(jī)本身受到過(guò)大電磁力的沖擊，頻繁起動(dòng)，繞組會(huì)發(fā)熱。特別是對(duì)經(jīng)常需要起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)影響較大?！∪喈惒诫妱?dòng)機(jī)的起動(dòng)分類(lèi)及其發(fā)展方向目前，最常見(jiàn)的是直接起動(dòng)方式，這是一種最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方法。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是操作和起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是起動(dòng)電流很大。雖然,起動(dòng)電流很大,但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。為了解決直接起動(dòng)帶來(lái)的一系列問(wèn)題，人們采用了各種降壓起動(dòng)技術(shù)，目前應(yīng)用較為普遍的有自耦變壓器起動(dòng)、串電阻或串電抗起動(dòng)、Y△啟動(dòng)和延邊三角形起動(dòng)等方法。而且這些起動(dòng)設(shè)備還存在一些固有的缺點(diǎn):如對(duì)負(fù)載的適應(yīng)能力差、起動(dòng)電流不連續(xù)、觸點(diǎn)繼電器控制、維修工作量大以及浪費(fèi)能源等問(wèn)題。為了使電機(jī)能夠迅速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速正常工作，要求電機(jī)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩且起動(dòng)電流不能太大。近三十年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)代控制理論與電力電子技術(shù)的緊密結(jié)合，為電機(jī)的起動(dòng)節(jié)能提供了全新的思路從而出現(xiàn)了電機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都十分重視三相異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)。目前軟起動(dòng)方式很多,如液阻軟起動(dòng)、磁控軟起動(dòng)、晶閘管軟起動(dòng)等,從起動(dòng)時(shí)間、控制方式的節(jié)能效果等多方面綜合比較,以晶閘管軟起動(dòng)方式最優(yōu),代表著軟起動(dòng)的發(fā)展方向。(2)沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流小。(3)軟起動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制,使電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中保持恒流,確保電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)。變頻器具有所有軟起動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟起動(dòng)器貴的多，結(jié)構(gòu)也負(fù)責(zé)的多。但對(duì)于需要重載或者滿(mǎn)載起動(dòng)的設(shè)備，最好采用變頻軟啟動(dòng)。相信隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻器的價(jià)格會(huì)進(jìn)一步降低，變頻器作為一種軟啟動(dòng)方式會(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。未來(lái)成為主流產(chǎn)品的軟起動(dòng)裝置將是帶有軟切換功能的廉價(jià)的變頻器。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶(hù)環(huán)境?，F(xiàn)在Matlab軟件不但廣泛應(yīng)用于控制領(lǐng)域，也應(yīng)用于其它的工程和非工程領(lǐng)域。Matlab語(yǔ)言有以下特點(diǎn)：(1)起點(diǎn)高：每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，它可以有個(gè)元素，每個(gè)元素都看作是復(fù)數(shù)，各種運(yùn)算對(duì)矩陣和復(fù)數(shù)都有效。Matlab是以解釋方式工作的，若有錯(cuò)誤立即做出反應(yīng)，便于編程者立即改正。(3)強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的作圖功能：能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖，能繪制多種坐標(biāo)系的圖形。(4)智能化度高：繪圖時(shí)自動(dòng)選擇最佳坐標(biāo)以及按輸入或輸出自動(dòng)選擇算法。(5)功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)：Matlab軟件包括基本部分和專(zhuān)業(yè)部分。各領(lǐng)域的科技人員在此基礎(chǔ)上，根據(jù)本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)編寫(xiě)出許多有用的工具箱為自己的專(zhuān)業(yè)服務(wù)?，F(xiàn)在它們己有控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、圖象處理、系統(tǒng)辯識(shí)、模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、小波分析等20多個(gè)工具箱，并且還在繼續(xù)擴(kuò)展。數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)中包括了大量的數(shù)學(xué)函數(shù)?！IMULINK仿真工具Simulink是一種用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真的軟件工具，它是Matlab的一個(gè)附加組件，用來(lái)提供一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的建模與動(dòng)態(tài)仿真工作平臺(tái)。Simulink模型可以用來(lái)模擬線(xiàn)性或非線(xiàn)性、連續(xù)或離散或者兩者的混合系統(tǒng)，也就是說(shuō)它可以用來(lái)模擬幾乎所有可遇到的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。Simulink沒(méi)有單獨(dú)的語(yǔ)言，但他它提供了S函數(shù)規(guī)則。一個(gè)典型的Simulink模型包括如下三種類(lèi)型的元素：(1)信號(hào)源模塊(2)被模擬的系統(tǒng)模塊(3)輸出顯示模塊如圖21所示說(shuō)明了這三種元素之間的典型關(guān)系。系統(tǒng)的輸出由顯示模塊接收。輸出模塊主要在Sinks庫(kù)中。例如，若要模擬一個(gè)系統(tǒng)偏離平衡位置后的自恢復(fù)行為，就可以建立一個(gè)沒(méi)有輸入而只有系統(tǒng)模塊加一個(gè)顯示模塊的模型。若需要一個(gè)由幾個(gè)函數(shù)復(fù)合的特殊信號(hào)，則可以使用源模塊生成信號(hào)并將其送入Matlab工作空間或文件中。絕大多數(shù)解法是數(shù)值積分研究中的最新成果，在其中可以找到目前為止最快速且精確最高的解法。這類(lèi)算法會(huì)依照給定的精確度在各積分段內(nèi)自適應(yīng)地尋找各自的最大步長(zhǎng)進(jìn)行積分，從而是得效率最高。此解法基于DormandPrince 45階的RungeKutta公式。ODE23該解法是基于BogackiShampine 23階RungeKutta公式。對(duì)相同的精度，它需要比ODE45更小的步長(zhǎng)。此解法使用前幾次節(jié)上的值來(lái)計(jì)算當(dāng)前節(jié)點(diǎn)處的解，因此在相同的精度下，它可能比ODE45或ODE23更快一些。ODE15S剛性系統(tǒng)的變階次多步解法。ODE23S剛性方程固定階次的單步解法。如果系統(tǒng)是剛性系統(tǒng)，可以同時(shí)嘗試兩種方法以確定哪一個(gè)更快。ODE5ODE45的確定步長(zhǎng)的函數(shù)解法ODE4使用固定步長(zhǎng)的經(jīng)典4階RungeKutta公式的函數(shù)解法。如果電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不等于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)時(shí)不同步，這種電機(jī)就稱(chēng)為異步電機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)很多，但各類(lèi)三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。圖31　三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1—軸承；2—前端蓋；3—轉(zhuǎn)軸；4—接線(xiàn)盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心；7—轉(zhuǎn)子；8—定子繞組；9—機(jī)座；10—后端蓋；11—風(fēng)罩；12—風(fēng)扇定子部分：定子是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。（1）外殼：三相電動(dòng)機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線(xiàn)盒及吊環(huán)等部件。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。接線(xiàn)盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和固定繞組的引出線(xiàn)端子。 （2）定子鐵心： 定子鐵心的作用是作為電機(jī)磁路中的一部分和放置定子繞組。為了嵌放定子繞組，在定子鐵心內(nèi)圓沖擊出許多形狀相同的槽。對(duì)于容量在100千瓦以下的中小型異步電動(dòng)機(jī)，通常采用半閉口槽。此外，槽口較小還可減小氣隙磁場(chǎng)的脈振，從而減小電動(dòng)機(jī)中的附加損耗。半閉口槽的缺點(diǎn)是嵌線(xiàn)不方便，高壓線(xiàn)圈絕緣比較困難，因此一般只用于低壓中小型