笼型异步电动机特性的Matlab-GUI平台设计

第４７卷第４期▲ｔ缸ＶｏＬ４７．Ｎ。．４

笼型异步电动机特性的Ｍａｔｌａｂ／ＧＵＩ平台设计

谢丽蓉

（新疆大学电气工程学院，乌鲁木齐８３００４７）

摘要：采用ＭａｔｋＩｂＧｕＩ设计对笼型异步电动机特性进行仿真，根据机械特性实用表达式，采用Ｍａｔｌａｂ／ｓｉｍｌＩｌｉＩｌｌ【建

立笼型异步电动机起动特性模型，仿真结果该电动机不能够起动，而实验测得该电机是能够起动的；而采用修正的

机械特性，绘制的机械特性曲线和起动特性曲线与实验所测曲线较为一致。运用该分析界面，可以方便地实现对电

机参数的设置和修改、模型查看和修正、仿真显示及相关辅助操作，极大地简化了仿真的操作过程，提高了仿真的

效率。此界面友好、开放，仿真结果即时可见，为笼型异步电动机特性理论分析、教学实验及电机制造厂家，提供

了一种简洁而有效的方法。

关键词：笼型异步电机；特性曲线；Ｍａｌｌａｂ／ＧｕＩ

中图分类号：ＴＭ３４３＋．３文献标志码：Ａ文章编号：１００１－６８４８（２０１４）０４－００７１－０４

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ＭｏｔｏｒｏｎＭａＵａｂ／ＧＵＩ

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Ｕ引舌不是常数，指出它们都是ｓ的函数，指出了它们变化的趋势和大致范围。文献［３—４］利用转子槽的分块

笼型异步电动机因其结构简单、制造方便、运处理方法，推导了笼型导条集肤效应的数值计算公行可靠、重量轻、价格低、效率高等优点被广泛应式，给出了电阻增大系数与漏抗减小系数的计算方用于工农业生产中。由于其转子结构的特殊性，电法和实例，但并没有推导出笼型异步电机机械特性机在起动过程，受到集肤效应的影响，使其转子电方程。文献［５—６］在对三相异步电动机的机械特性分阻值、电机短路电抗值、临界转差率发生了变化…。析中，针对不同条件，提出了相应的处理方法。文机械特性实用表达式是在假定电机参数恒定推导而献［７］提出了一种新颖的思想和方法，采用无限个来的，广泛应用于工程计算。若直接将其应用于笼不同转差率时的绕线式异步电动机机械特性曲线的型异步机，计算和分析结果存在很大的误差，因此临界点连续变动，来构成笼型异步电动机机械特性需对实用表达式进行修正。方程，文献［８－９］根据笼型异步电动机机械特性修正

文献［２］通过随机调查，发现异步电机参数并方程，对电机起动特性进行了分析。

收稿日期：２０１３一０８—１２

基金项目：国家自然科学基金（５１２６４０３６）作者简介：谢丽蓉（１９６９），女，副教授，研究方向为控制系统优化。

万方数据

?７２?★ｔ知４７卷

针对机械特性实用表达式和修正表达式，采用界转矩相对值；ｓ。。为起动时的临界转差率。

Ｍａｄａｂ／ＳｉｍＩｌｌｉＩｌｌ【基本元件，构建笼型异步电机起动给出了式（４）中各参数的计算方法，起动转矩特性仿真模型，运用ＧｕＩ设计开发程序界面口良１１】，相对值为

进一步分析笼型异步电动机机械特性和起动特性。

１机械特性曲线绘制ｙ。＝乏＝笔ｙｎ２（２Ｃ（３）Ｌｊ，

当ｙ。≤０．８时，ｙ。１可取１．０５—１．１５；当‰＝０．８～

一般场合只给出异步电动机铭牌参数：额定功０．９时，７。ｌ可取１．１一１．２；当ｙ。１＝Ｏ．９～１．１时，率ＰＮ、额定电压砜、额定电流，Ｎ、额定转速ｎＮ、ｙ。１可取１．１５～１．２５。据数字分析，当ｙ。ｌ＝１．１～起动转矩倍数Ａ毗、过载倍数Ａｍ、总飞轮惯量Ｇ＿Ｄ２。１．２时，较ｙ。，＝１时起动段的转矩误差，一般不会

显然，描述异步电机机械特性的物理表达式和超过５％，故可令ｙ。。＝１来绘制起动段的特性参数表达式，在现场不太适用，而采用实用表达式曲线。

则可以方便的绘制出机械特性曲线。起动时临界转差率为

１．１转矩实用表达式及其适用范围‰：塑一／（丛）ｚ一１％１

通常异步电机机械特性，采用转矩实用表达式２百一√‘百’－１（４）”）来描述：２起动特性绘制

Ｆ：型Ｌ

垒．上２．１基于转矩实用表达式

ＳＳｍ

式中，丁为电磁转矩，ｓ为转差率，咒为临界转矩，异步电动机的转矩与转速的关系表达式：ｓ。为临界转差率。ｒ一瓦＝黜（５）

式（１）的导出条件∞ｏ为：①三相电源对称，电电机起动时转速为．

压和频率保持不变；②只计基波磁场，不计谐波磁凡＝凡ｏ（１一ｓ）（６）场引起的附加转矩；③略去铁心损耗和磁饱和的影利用Ｍａｔｌａｂ中的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，可得电机起动特性响；④定、转子绕组的阻抗参数不随转差率而变；ＳｉｍＩｌｌｉｎｋ模型如图ｌ所示。

⑤略去定子绕组的电阻。

笼型异步电动机的转子导条，由于集肤效应的

影响，其参数和临界转差率是变化的。实用表达式

是假定电机参数恒定下推导出来的，将其应用于笼

型异步电动机将产生较大误差。

１．２转矩实用修正表达式图１实用表达式的电机起动特性ＳｉｍｌｌｌｉＩｌｋ模型

文献［７，９］提出了一种推导笼型异步电动机机２．２基于转矩实用修正表达式

械特性方程的方法，变参数笼式异步电机特性曲线，取７。，＝ｌ，则式（２）中的Ｅ＝１，Ｆ＝０，式（２）可由不同转差率ｓ的连续变动的临界点，构成无限简化为

个恒参数异步电机特性曲线来代替。根据恒参数异

步电机机械特性方程，由额定点Ｓ。和临界点Ａ。，㈩求出运行时临界转差率ｓ。；由起动点ｙ。和临界点笼型异步电机起动特性ｓｉｍｕｌｉＩｌｌ【修正模型如图２ｒ＝两暑孙ｙ。。，求出起动时临界转差率ｓ。。；在ｓ。与ｓ。，之间，所示。临界点的位置可按近似线性规律连续变化。从而推

导出笼型异步电机机械特性实用修正公式０７｜：

，忙西ｉ厉汀可ｉｉ７矿２咒（Ｅ＋凡），¨¨７

式中，Ａ＝竿≥；曰＝＃导．ｓｍ＝ｓｍｌ一Ａ；Ｅ＝１—６ｍＪ—Ｊｍ

Ｌ竿鱼二垒；Ｆ：争三兰：７。，二Ｅ，ｙ。，为起动时的临‘

１’一１．一，ｍｌｕ’，ｍｌ／，腰钏”１ＨＪ。１ｗ图２修正表达式的电机起动特性ＳｉｍｕＨｎｋ模型

万方数据

４期谢丽蓉：笼型异步电动机特性的Ｍ“ａｂ／ＧｕＩ平台设计

?７３?

３

ＭａＵａｂ／ＧＵＩ平台设计

、

根据实用表达式和起动特性模型，采用Ｍａｄａｂ／ＧｕＩ，设计绘制电机特性曲线的平台。

３．１机械特性曲线绘制平台

将异步电动机铭牌参数：额定功率ＰＮ、额定转速ｎＮ、理想空载转速～和起动转矩倍数Ｋ，输入基

于转矩实用表达式机械特性的ＧＵＩ界面，可得到机

图５

转矩实用表达式绘制起动特性

械特性如图３，基于转矩实用修正表达式机械特性

如图４。

图６转矩实用表达式绘制起动特性界面

４

实例分析

图３

笼型异步电机实用表达式绘制机械特性的界面

某笼型异步电动机技术数据如下：额定功率

ＰＮ＝４．５ｋＷ；额定转速ｎＮ＝１

４４０

ｒ／ｍｉｎ；过载倍数

Ａ。＝２；起动转距倍数Ａ。。１．６；总飞轮惯量ＧＤ２＝

３９．２４

Ｎｍ；空载转速‰＝１

５００ｒ／ｍｉｎ。

４．１机械特性曲线

某笼型异步电动机的技术数据如下：额定转速

ｎＮ＝１４８０

ｒ／ｍｉｎ；临界转距倍数Ａ。＝２．２；起动转距

倍数Ａ。＝１．９。

图４笼型异步电机转矩修正表达式绘图界面

实验测得该笼型异步电动机开环运行的机械特性曲线，如图７中“一?一”曲线所示。

图４中参数ｒ。。和ｒ。需要自己适情况选择，选

根据前面的分析，对实验样机的机械特性，分择标准如下：

别采用式（１）和式（２）进行仿真，并与实验数据对（１）当ｒ。≤０．８时，ｒ。ｌ可以取１．０５—１．１５；比，如图７所示。图７中，分别给出了实用公式、（２）当ｒ。。＝０．８—０．９时，ｒ。ｌ可以取１．１—１．２；

实用修正公式绘制的机械特性曲线。

（３）当ｒ。＝０．９—１．１时，ｒ。ｌ可以取１．１５—１．２５。据数字分析，当ｒ。。＝１．１—１．２时，较ｒｍ。＝１时起动段的转矩误差一般不超过５％，故可令ｒ。。＝１来绘制起动段的特性曲线。但是对ｒ。＞ｌ的双笼型

、

感应电机，必须使詈≥１，否则公式中的ｓ。。将无实

●ｓｔ

际意义。

３．２起动特性曲线平台

根据起动特性ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型图ｌ，图２，开发基图７某笼型异步电动机机械特性曲线

于转矩实用、修正表达式的起动特性平台分别如图

４．２起动特性曲线

５、图６所示。

从图５中可以看出，笼型异步电动机起动特性

万方数据

?７４?

▲ｔ籼

４７卷

采用实用表达式仿真，电机是不能够起动的。通过对样机进行试验，可知实际电机是能够起动的，并且响应速度和稳定性都较好。这说明，实用表达式不适用于笼型异步电动机起动特性的仿真。

该笼型异步电机带６０％ｎ起动，对修正模型进行仿真，观察电机起动响应。图８为该笼型异步电

动机起动速度响应曲线。

笼型异步电动机模型，仿真得到的笼型异步电动机起动特性曲线与实测曲线基本吻合，克服了实用表达式计算误差，提供了一种简洁而有效的仿真模型。采用Ｍａｄａｂ／ＧｕＩ开发的平台，便捷获得电机特性，方便电机的分析和设计。

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由图８中可知，该笼型异步电动机采用实用修

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结语

［８］谢丽蓉，晁勤，陈华．基于无因次法三相感应电机机械特性的研究［Ｊ］．水力发电，２００８，３４（１）：５４＿５７．

通过笼型异步电动机的实验和实用表达式仿真结果的分析，经实用表达式计算不能起动的笼型异步电动机，实验测得其能够较快地起动，由此说明

实用表达式不适用于笼型异步电动机。采用笼型异

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步电动机实用修正公式，用ｓｉｍｕｌｉｎｋ基本元件构建

’Ⅳｖ‘１斗—ｖｃ／弋—二，百ｃ７Ｐｃ＾斗二，譬ｃ１斗，写ｃ—斗二，譬ｃ７甲。气ｃ／９巴１吧／Ｐ匕气＾ｙ譬ｃ７—５气＾二，譬ｃ／９０气＾，ｔｃ７皆ｏ＾斗，譬ｃ７斗，ｔｃ７宁５气＾＇譬ｃ７≯５气＾＝，譬ｃ７９０气—＇譬ｃ７掣，弋ｃ７群，ｔ吧／口ｃ／口ｃ７口（＇’口Ｃ，（上接第３９页）

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笼型异步电动机特性的Matlab/GUI平台设计作者：

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年，卷(期)：谢丽蓉， XIE Lirong新疆大学电气工程学院,乌鲁木齐,830047微电机Micromotors2014,47(4)

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