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信息工程学院基于Matlab的三相异步电动机起动、调速和制动特性仿真摘要：异步电动机目前在日常生活中已得到广泛应用，其主要特点为结构简单、运行可靠、效率较高和成本较低。
为使其应用更加广泛且性能更加完善，有必要对其最基本的起动、制动和调速性能进行深入研究。
而随着电机研究的不断深入，仿真就成为对其进行研究的一个重要手段，其中Matlab软件以其方便、高效、直观的特点，广泛应用于异步电动机的仿真研究，方便快捷且节约资源，为解决一些复杂问题带来了极大的方便。
本文通过Matlab软件进行仿真，研究异步电动机起动、调速和制动的各种方法，以找到提高其性能的途径，并通过与理论相对比，验证了本文模型的有效性和正确性。
关键词：Matlab；仿真；异步电动机Simulation for Start-up ,Speed Control and Braking Character of Three-phase Asynchronous Motor Based onMatlabAbstract:Asynchronous motor has been widely used in our daily life at present, the main characteristics of simple structure, reliable operation, high efficiency and low cost. In order to make its application more widely and performance will be improved, it is necessary for the most basic starting, braking and speed regulating performance for further research. And with the research of motor, the simulation has become an important means to study, the Matlab software, with its convenient, efficient and intuitive features, are widely used in the simulation research of asynchronous motor is convenient and save resources, to solve some complex problems has brought great convenience.Based on the Matlab software simulation, the asynchronous motor starting, speed and braking methods, in order to find ways to improve its performance, and compared with the theory, proves the correctness and the effectiveness of the model. Key words:Matlab; simulation; asynchronous motor1 设计目的和意义1.1 概述在科学技术发展迅速的当今社会，电机已经成为生活中必不可少的一部分，为人们的生产生活提供了极大的方便。
三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的运行特性摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。
固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用5.1 三相异步电动机的运行特性（返回顶部）三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。
和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。
由于转子转速与同步转速、转差率存在下列关系，即（5.1 ）则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表ZK转速和转差率横坐标表示电磁转矩三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下： 5.1.1机械特性的物理表达式（返回顶部）由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为（5.2 ）式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数；为三相异步电动机的气隙每极磁通量；为转子电流的折算值；为转子电路的功率因数；式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。
仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。
要从分析气隙每极磁通量因数,转子相电流,以及为转子功率与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。
现分析如表5.1所示。
根据表5.1中的分析，可作出曲线、和分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲线。
曲线分为两段：当较小时（电磁转矩与转子相电流）,变化不大，成正比关系，表现为AB段近似为直线，）,如减少近一称为直线部分；当较大时（半，很小，尽管转子相电流增大，有功电流段，段为曲线不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，称为曲线部分。
由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的转矩为称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。
对三相异步电动机的机械特性启动制动与调速的总结
三相异步电动机是一种常用的电动机类型，具有机械特性启动、制动和调速的特点。
下面是对三相异步电动机的机械特性启动、制动和调速的总结：
1. 机械特性启动：
三相异步电动机通过旋转磁场的作用，使转子在磁场的作用下旋转，从而完成机械特性启动。
机械特性启动时，电流较大，容易产生电磁瞬变和热损耗，因此需要采取措施减少其影响。
常用的方法有：阻抗启动、星角启动、自耦启动、电容启动等，其中阻抗启动和星角启动是较为常用的方法。
2. 机械特性制动：
机械特性制动是指通过改变电源的供电方式，使电动机磁场反转，从而使电动机逆向运转，达到减速、停止的目的。
机械特性制动时，需要考虑电动机回转的问题，为此可以采用反电动势励磁制动和短路制动等。
3. 调速：
三相异步电动机的调速方式有很多种，包括电压调速、变频调速、极对数调速、转子电流调速、波形调速等。
其中，变频调速是目前最为成熟的调速方法，可以实现宽范围的调速控制，且对电机影响小，控制稳定性好。
总之，三相异步电动机的机械特性启动、制动和调速等方面是该电机应用时需要注意的关键问题。
选择适当的启动和制动方法，以及合适的调速方式，可以提高电机的运行效率，并延长其使用寿命。
三相异步电动机的机械特性、启动、制动与调速
作者：王峰
来源：《中国科技博览》2017年第35期
[摘要]异步电动机具备许多的特性，其中包括结构简单、价格相对较低、维护方便等。
所以，在电力拖动系统中经常能够看到异步电动机的身影。
电子技术以及交流调速技术的不断发展和逐渐成熟，极大地优化了异步电动机的调速技能。
到现在为止，在许多工业电气自动化领域中，异步电动机的电力拖动都得到了广泛运用。
[关键词]三相异步电动机；机械特性；启动；制动；调速
中图分类号：TP325 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）35-0038-01
1 三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性简单概括就是：在电动机的定子电压、频率还有绕组参数不变的情况下，电动机的转速或转差率与电磁转矩之间的关系，即n=f（T）或s=f（T）转速与转差率有某种程度上的对应关系。
机械特性可以用函数来表示，也可以用曲线来表示。
用函数表达机械特性曲线时有三种表达形式，包括物理表达式、参数表达式以及实用表达式。
物理表达式描述的是异步电动机电磁转矩是如何产生的，可知是因为主磁通与转子有功电流互相作用得以产生的电磁转矩。
参数表达式描述的是电动机和电源参数和电磁转矩的关系。
应用这一关系式，能够很便捷地描述参数变化对电磁转矩以及人为特性的影响。
实用表达式简单方便，有利于记忆，常常出现在工程计算中。
三相异步电动机的机械特性包括固有机械特性和人为机械特性。
固有机械特性指的是异步电动机在工作时达到额定电压和额定频率时，电动机按照正确的接线方式，在定子还有转子中没有外接电容电抗电阻时得到的机械特性曲线。
人为机械特性指的是人为改变电源电压、电流频率、定子极对数以及定子与转子电路的电阻与阻抗能够得到的不同机械特性。
用来反映过载能力和启动性能的两个非常主要的指标是电动机的最大转矩和启动转矩。
电动机的过载能力、启动性能和最大转矩、启动转矩有相同的变化趋势。
三相异步电动机的机械特性是以一条非线性曲线表现出来的。
2 三相异步电动机的启动
启动过程是指三相异步电动机以接入电网开始转动这一时刻开始算起，等到达额定转速时为止的这一段过程。
启动特点：启动电流比较大，大约是额定电流的5～8倍；启动转矩比较小，只能空载启动。
存在的问题：启动电流比较大，启动转矩比较小。
具有的危害：发热损坏绝缘、冲击点网以及不能重载启动。
启动的方法。
直接启动的含义：直接启动是指通过闸刀开
关等一些因素，在电源上直接加上定子绕组，即直接将额定电压加到定子绕组上。
直接启动的条件：需要较小容量的电动机，正常情况下是10kW以下。
直接启动的特点：操作不是很困难；启动电流相对较大；适用范围仅仅局限于小容量电动机。
控制线路的方式：直接启动。
对于容量不太大的三相异步电动机来说，可以采用直接启动；对容量较大一些的笼型电动机，则需采用降压启动。
降压启动主要包括定子串联电阻或者电抗电压启动、Y-D降压启动、自耦变压器降压启动。
降压启动方式是定子串接电阻和电机时，启动电流随着电压的一次方关系逐渐减小，但启动转矩随着电压的平方关系逐渐减小，比较适合轻载启动。
Y-D降压启动只适合应用于在平时运行时是三角形联结的电动机，这时它的启动电流和转矩都降低到直接启动时候的1/3，和启动转矩一样，同样适用于轻载启动。
当自耦变压器在进行降压启动时，启动电流和转矩都降低到应用直接启动时的1/k2（k是自耦变压器的变比），比较适合较大的负载启动。
绕线转子异步电动机的启动方式可以是转子串接电阻和频敏变阻器，启动转矩较大，启动电流较小，比较适合应用于大型、中型异步电动机的重载启动。
软启动器是一种新型电动机控制装置。
它集许多功能于一体，包括电机软启动、软停车、轻载节能以及多种保护功能，在国外被称作Soft？Starter。
这种新型电动机控制装置主要是由三相反并联晶闸管及其电子控制电路组成，串接在被控电动机和电源之间。
软启动器是被应用于串接在被控电动机和电源之间的。
它通过许多方法来控制存在于它本身内部晶闸管的导通角，使得电动机在输入电压时，通过运用预设函数的关系，从零开始逐渐上升，直到它的启动程序结束，给电动机增加全电压，即所谓的软启动。
在软启动过程中，电动机上面的启动转矩慢慢增加，转速也随之逐渐增加。
前面所说的软启动器其实是个调压器，它被应用于电动机启动时，这种输出只使电压发生了变化，频率并没有发生改变。
3 三相异步电动机的调速
三相异步电动机的转速公式为n=60*f*（1-s）/P，所以可以从（1）改变极对数P；（2）改变电源频率f；（3）改变转差率s三方面进行。
3.1 变极调速
在电源频率为恒定的情况下，改变电动机的极对数，就可以改变旋转磁场和转子的转速。
一般常用的有双速，三速和四速电机，但是它们的尺寸比同容量的异步机稍大，并且运行性能稍差，电机的出线端子比较多，需要用接触器进行换接。
但是在仅需要等级调速时，此法依然是非常好的方法。
3.2 变频调速
现代化的变频器功能非常强大，所以异步机变频调速系统，既具有优良的性能，又能发挥结构简单，运行可靠的优越性。
具体来说，有如下优点：（1）在电动机额定转速以下，可以实现恒转矩调速，使电动机的转速特性非常硬。
（2）在电动机额定转速以上，可以实现恒功率调速，使调速的范围变宽。
（3）变频起动时，电机可以在最大转矩下起动，且起动电流倍数，比直接启动时要小得多，从而减小了定子绕组端部的电磁应力，延长了电机使用寿命。
（4）通过对变频器参数的合理设置，可以使异步机变频调速系统，适用于风机泵类，传送带等各类负载。
并且获得近乎于完美的特性补偿。
而且根据需要，设定电动机的转速，进而实现了节能。
3.3 变转差率调速
此法是只适用于绕线转子电动机，其优点是方法简单，调速范围广，缺点是在工作的时候，要在调速电阻中，消耗一定的电功率。
所以主要用于中小功率的异步机中，例如：桥式起重机的主副起升电动机。
4 三相异步电动机的保护措施
4.1 短路保护
当电动机发生短路故障时，必须及时可靠地切断电源。
否则过大的短路电流将会很快烧毁电机，动力线路或者其他设备。
对于500V以下的低压电动机一般采用断路器的瞬动电磁脱扣器进行保护。
4.2 过载保护
通常采用热继电器或者断路器的热脱扣器，进行过载保护，亦称为过负荷保护。
热继电器常和中间继电器接触器等，组成过负荷保护装置。
4.3 缺相保护
三相异步电动机运行时，因为某种原因一相电压突然丢失，造成电动机两相运行的“单相”运行状态，叫缺相。
常用的缺相保护方法有下列4种：（1）采用带缺相保护装置的热继电器进行保护。
（2）欠电流继电器保护。
（3）专用的电动机保护器进行保护。
（4）零序电压继电器进行保护。
4.4 失电压和欠电压保护
失压和欠压保护，是为了防止电动机，在过低电压下继续运行，而烧毁的装置。
它可以在电压消失或者过低时，断开电动机的电源，同时可以防止，在电源电压突然恢复时，电动机自
启动。
其常用的是，交流接触器的电磁机构，减压启动器，或者断路器上的失压和欠压脱扣器，及电压继电器保护。
5 结论
在对三相异步电动机的技术方面不断改进得以提升的过程中，运用多种方法，如从国外引进一些设计经验和新技术、国内不断自主创新等，提高了车轮轧机的轧制精度，加工车削量减少，并在很大程度上提高了车轮的生产效率。
参考文献
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