交流异步电机拖动系统仿真分析

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运行上述仿真模型，可以得到起动过程中电机的转矩、电流、转速变化规律曲线，如图3-3所示： A B C D

(A)转子电流 （B）定子电流 （C）转速 （D）转矩

图3-3 直接起动仿真结果

结论：直接起动速度较快，只有约0.3秒，由于负载较小，所以转速也上升得很快，最终接近于同步转速。定子电流和转子电流在起动过程中振荡较大，且最大电流很大。

3.2 三相异步电机串电抗器起动仿真

一台三相异步电机串电抗器起动，观察起动电流，起动转矩的变化规律。 在直接起动的基础上稍加修改，在交流电源和电机每相定子绕组之间串接电抗元件。电机起动过程中，电抗元件产生分压，从而起到限制起动电流的目的。随着起动过程的进行，电抗电压越来越小，直至起动过程结束。串电抗器起动仿真模型如图3-4所示：

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图3-4 定子串电抗器起动仿真模型

每个串联的电抗器两端都并联一个电阻，实际上该电阻起到缓冲作用，当电路状态发生突变时，该电阻可以保证电路继续导通。

运行上述仿真模型，可以得到起动过程中电机的转矩、电流、转速变化规律曲线，如图3-5所示：

(A)转子电流 （B）定子电流 （C）转速 （D）转矩

图3-5 定子串电抗器起动仿真结果

结论：定子串电抗器可以起到分压的作用，从而减小加载电动机两端的电压，因此于直接起动相比，起动电流明显减小。起动时间比直接起动略长，约为1秒。

3.3 三相异步电机变压器起动仿真

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一台三相异步电机串变压器起动，起动过程结束后切除变压器，观察起动电流，起动转矩的变化规律。

在变压器起动中，通常串接的是自耦变压器，开始起动时，变压器输出电压最小，随着起动过程的进行，输出电压逐渐增加，直到最后完全输出额定电压。

由于在SIMULINK仿真模型运行过程中，变压器的参数不能人工动态地改变，因此在设计此仿真模型时，通过开关来控制变压器的输出；为简单计算，变压器的输出只改变一次，即在供电主电路中设置两组开关，一组串联在变压器三相输出和异步电机的定子三相绕组之间，一组并联在变压器输入/输出之间，起动初期，串联开关闭合，并联开关断开，则变压器工作，输出低电压到电机；起动到一定程度，串联开关断开，并联开关闭合，则变压器停止工作，电源电压直接输出到电机[1]。两组开关的参数设置如图所示：

图3-6 开关参数设置

图3-7 变压器起动仿真模型

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(A)转子电流 （B）定子电流 （C）转速 （D）转矩

图3-8 变压器起动仿真结果

结论：原理上定子串自耦变压器起动与定子串电抗器起动没什么区别，减小了变压器二次侧加在定子两端的电压，因此起动电流减小。但由于自耦电压器的切除，系统参数发生了变化，电流波形出现了2次冲击电流，而串电抗器起动则没有这种情况。

3.4 三相异步电机转子绕组串电阻起动仿真

对绕线式电机来说，除了可以采用上述起动方法外，还可以采用绕组串电阻起动，即在电机的转子绕组上串接移动的电阻，这样既可以降低起动电流，还可以增加起动转矩。当起动过程结束时，这些电阻及时切除，使电机工作在正常状态[1]。

起动电阻器的基本结构如下（右图是封装后的效果）：

图3-9 起动电阻器基本结构图

起动电阻器与模型的其他部分合理组合后，得到该起动模式的仿真模型如图所示：