MATLAB/Simulink三相异步电机直接启动仿真
 小树不修不直溜，人不学习哏揪揪！隔了好长一段时间，本小学生终于又回归正常的学习与记录生活。前些时，利用CADe_SIMu V1.0仿真了一些常见常用的电机控制电路，但是CADe_SIMu V1.0软件只能仿真出电路的控制效果，而不能体现出元器件的相关参数、电路中电压、电流量的变化过程等。因此，本小学生利用这一周时间，并没有瞎扯蛋，而是学习了如何使用MATLAB中非常好用的电气仿真工具Simulink仿真最基本的电机启动环节，特总结此文，以留纪念，望大神指点！
 三相电机的直接启动
 三相电机的直接启动，也称作全压启动，是三相电机启动最简单的方法。启动时通过接触器将电机直接接入电网，设备简单，启动速度快且启动转矩大。直接起动适用于小容量电机带轻载的情况，对于大容量电机而言，这种起动方式具有十分显著的缺点，及起动电流较大，可达额定电流的4-7倍,易对电机和电网造成不利影响。因此，当额定功率P小于7.5kW时，可以采用直接起动。之前CADe_SIMu V1.0软件仿真的电机控制电路基本上都是选用的直接启动方式。
 Simulink三相异步电机直接启动仿真程序
 本小学生的电脑是windows7 32位系统，安装的MATLAB版本是2014a版本，这一版本的simulink与很多旧版本的simulink 大有不同，许多好用的仿真模块找不到了，而且有些模块的使用方法也有所不同，本校学生将以Simulink三相异步电机直接启动仿真程序为例，将创建仿真模型与数据参数修改的操作方法总结如下，方便大家参考。
 （1）创建Simulink仿真文件，点击“新建”下拉菜单中的“SIMULINK”再点击其下第1个选项“Simulink Model”,操作如图1所示，新建程序界面如图2所示。
 
 图1 Simulink程序创建操作
 
 图2 Simulink程序创建界面
 （2）元件的选择与放置：三相电源元件选择上，可供选择的模型有很多种，网上许多旧版本的simulink 仿真中直接利用3个AC Voltage Source模块构建三相电源，本小学生也对此种方案进行了尝试，不过AC Voltage Source模块搜索出的结果有两种，要选择如图3所示的右侧红色方框标注的器件，才能正常连接电机，本小学生也是在书写此文的过程中尝试实验成功的，下一篇文章中会体现出具体的仿真设计。
 
 图3 AC Voltage模块选择
 本文中，小学生选用Three-Phase Programmable Voltage Source模块，作为仿真信号源，首先点击如图3所示的工具栏中图标，打开Simulink Library Browser,再在搜索栏中输入关键字Three-Phase,点击搜索栏右侧望远镜图标，搜索结果与Three-Phase Programmable Voltage Source模块位置如图4所示。
 
 图4 三相电源模块
 三相电源模块的参数配置如图5所示，其中Amplitude(Vrms Ph-Ph)表示幅值，而Vrms表示有效值的含义，Phase表示相位角，Freq表示频率
 
 图5 三相电源参数配置
 （3）三相电机选取：在搜索栏中输入关键字Machine,点击搜索栏右侧望远镜图标，搜索结果如图6所示，点击选择Asynchronous Machine如图中红色方框所示
 
 图6 三相异步电机模块
 双击拖拽到面板上的三相电机模块，打开设置电机参数，设置Mechanical input为Torque TM（转矩），Rotor Type为Squirrel-cage（鼠笼式）如图7所示。电机的具体电气参数设置如图8所示，第一行中Nominal power表示电机的额定功率，其他两个分别是供电幅值和频率，第二行Stator是电机定子，而resistance和inductance相信许多学过电子类知识的小伙伴，都能通过参数的单位猜出，是电阻与电感参数设置。第三行Rotor是电机转子的参数设置，我设置的电机参数如图8所示。
 
 图7 电机参数设置（1）
 
 图8 电机参数设置（2）
 由于我在设置电机机械输入量时，设置了转矩量，因此需要如图9所示的Constant（连续量）模块，其参数设置如图10所示，注意图10中红色方框标注的选项对勾一定要去掉，不然输出的会是向量，而不是常量。
 
 图9 连续量模块
 
 图10 连续量参数配置
 （4）连线操作与CADeV1.0等其他仿真软件基本相似，都是选好连线的起始位置后，左键按住拖拽到连线终端，松开按键即可。所需注意的是，当连线显示是红色时表示连线失败，而且必须从起点开始至终点结束，不能逐步连接如图11所示即为失败情况，图12 所示是连线成功的效果。
 
 图11 接线失败情况
 
 图12 接线成功情况
 （5）检测模块：MATLAB2014软件版本的simulink 中没有了Machines Measurement Demux模块。所以为了检测电机的一些运行参数，本小学生选用总线Bus Selector模块，将电机的参数分离出来，如图13所示选取Bus Selector模块。双击模块，选择测量的电机参数如图14，我这里检测转子、定子电流、电机转速、转矩四组检测量如图15 所示。
 
 图13 总线模块选择
 
 图14 总线参数选择
 
 图15 检测变量选择
 配置好参数后的Bus Selector会如图16所示多出2个支路出来
 
 图16 配置好的总线模块
 （6）最后配置示波器模块，搜索关键字Scope,如图17所示为选择操作过程。双击Scope模块，调整示波器的一些参数。如图18所示，点击齿轮图标，进入参数配置界面General下，配置Number of axes(坐标数目)与被测参量数目相同，设为4。TIME range 为横坐标最大值，我这里设置成1，Tick labels表示坐标标签，实际上是选择各个波形图是否显示横坐标值，我这里选择all，如图19所示。第2个界面History是可以选择是否存储测量数据，第三个界面Style可以设置波形图颜色，这里将背景设置成白色线设置成黑色，如图20所示。
 
 图17 示波器模块
 
 图18 示波器参数设置（1）
 
 图19 示波器参数设置（2）
 调试好参数的示波器效果如图20所示
 
 图20 示波器调试效果
 （7）配置POWERGUI模块，POWERGUI是电力系统仿真模块，如果你是学习电气工程等电类专业则可以用到它，可进行电网稳定性分析、傅里叶分解、潮流计算、阻抗频率响应等计算。选取操作如图21所示。虽然并没有用上，但是缺少此模块仿真会失败，不明原因，有了解原因的小伙伴或大神可评论中赐教，谢谢！
 
 图21 POWERGUI模块
 （8）最后连接好各个模块如图22所示
 
 图22 完整的仿真程序
 仿真文件保存与仿真结果展示
 （1）保存操作：一定要保存，不然就全白做了。首先点击File下拉菜单选择Save,或CTRL+S如图23所示，弹出save as界面如图24所示选择保存路径，保存文件名一定是英文名，不然保存不成功提示如图25所示。
 
 图27 保存操作
 
 图28 保存正确设置
 
 图28 保存错误提醒
 （2）仿真操作如图29所示点击图中红色方框的开始按钮，即可开始仿真，本程序仿真速度特别快。仿真完成后，双击Scope模块，展示出我们期望的参量波形，起始时电流会有短暂的急剧变化，平稳后几乎不变，平稳后的稳定转速为1500r/min,如图30所示，即为仿真测量的四组数据对应波形。
 
 图29 仿真操作
 
 图30 仿真数据波形
 最后分享此工程的仿真文件和图片给各位老铁：
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 链接：https://pan.baidu.com/s/1EwaIiMlM3j1H-clK33Y-WQ
 提取码：9rgc
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一、实验目的
 1、了解三相异步电动机的变频调速方法
 2、了解三相异步电动机的减压调速方法
 3、了解三相异步电动机改变转子绕组电阻调速方法
 
二、实验内容
 1、三相异步电动机的变频调速仿真
 1.1仿真电路接线图
 
 1.2仿真模型与结果分析
 1.2.1参数设置
 
 
 两组三相交流电源电压分别设置为220V与132V，频率分别设置为50Hz与30Hz.
 
1.2.2实验结果分析
 
 由仿真波形图可见，正向启动速度较快，0.1s后基本进入较稳定的正向电动状态，当0.4s断路器改变时，令电源电压和频率都减小，使电机达到新的电动状态，定转子电流波形变为更稳定正弦波（其中is波形周期显著缩短），电磁转矩和转速也稳定在某一数值，Te大小基本不变、转速却有所上升；整体情况与理论相符。

双向运行控制回路
 
一、实现正反转的原理分析
 从电动机的工作原理来分析，要改变电机的转向，需要改变旋转磁场的转向，而旋转磁场的方向取决于接入的三相交流电源的相序。在电气控制线路中。可以利用交流接触器改变接入的电源的相序 从而改变电机的转向。
 
二、三相异步电动机正反转控制电路
 
（1）电路控制回路
 
 （2）正反转控制电路原理分析
 
（正转控制和反转控制）
 上图是采用接触器实现的电动机的正、反转 控制线路，图中使用了两个交流接触器KM1和KM2，分别由正转按钮SB1和反转按钮SB2控制。其中，KM1控制电动机M的正转，KM2控制M 的反转。从主电路图中可以看出，KM1和KM2的主触点所接通的电源相序不同，KM1按L1—L2—L3的正相序接线，而KM2则按L3—L2—L1 的逆相序接线。由控制电路看出，由按钮SB1和KM1线圈等构成正转控制；按钮SB2和KM2线圈 等构成反转控制。
 
（互锁控制）
 为了避免两个接触器KM1和KM2同时得电动作，在正反转控制电路中设置了互锁环节。互锁实现是将其中一个接触器的辅助常闭触点串入到另一个接触器的线圈中，在任何一个接触器先通电后，即使按下相反方向的起动按钮，该接触器也无法通电。这种利用两个接触器的辅助常闭触点互相制约控制的方式，称为电气互锁，起到互锁作用的常闭触点我们称为互锁触点。
 
（正转and反转及互锁停止）
 合上开关QS后→如按下SB1按钮→正向接触器KM1线圈得电→KM1主触点和自锁触点闭合→电动机M正转；同时KM1的互锁触点分断，对KM2实现互锁，使SB2失去作用。
 需要反转控制时，此电路中应先按下 SB3→KM1线圈失电→KM1主触点和自锁触点分断→电动机M失电停转；同时KM1的辅助触点恢 复闭合，即恢复了SB2的反转控制作用。再按下SB2→反向接触器KM2线圈得电→KM2主触点和 自锁触点闭合→电动机M反转；同时KM2的互锁触点分断，对KM1实现互锁，使SB1失去作用。
 (接触器互锁实现的电动机正反转控制回路优点和缺点)
 以上由接触器互锁实现的电动机的正反转控制电路，优点是工作安全可靠，缺点是操作不便，当电动机由正转切到反转，或者是反转切到正转的时候，都必须按下停止按钮，然后再能反向启动，这对需要频繁改变电动机转向的操作非常 不方便。为此，在上图的基础上，增加了按钮互锁（又称为机械互锁），构成了复合按钮和接触器双重互锁的正反转控制电路继而引出
 
三、双重互锁正反转控制电路
 
（1）控制电路图如下
 
 （2）实现过程如下
 该线路可以实现“正转→反转→停止”或“反转→正转→停止”的控制。在分析其工作原理的时 候要注意，复合按钮在按下去的时候，常闭触点和常开触点动作的时间差。按下复合按钮，常闭触点先打开，常开触点后闭合。
 
四、自动往返行程的控制线路
 （1）电路控制回路
 
 （2）为什么要引入自动往返行程的控制线路
 前面讲述的电动机的正反转控制是由按钮手动实现的，在机床电气设备中，有时要求工作台在一定的行程内能够自动往返运动，以便实现对工件的连续加工，提高生产效率。这就要求电气控制线路实现对电动机正反转的自动切换。自动切换是由位置开关实现的，又叫限位控制，由位置开关控制的工作台自动往返行程的控制线路，如下图所示。图 中的右下角是工作台自动往返运动的示意。
 
（3）控制作用表述
 电动机的正、反转是实现工作台自动往返循环的基本环节。为了使电动机的正反转控制与工作台的左右运动相配合，在控制线路中设置了四个位置开SQ1、SQ2、SQ3和SQ4，并把他们安装在工作台需要限位的位置。其中SQ1和SQ2用来对电动 机的正反转进行自动切换，实现工作台的一个自动往返行程控制SQ3、SQ4用于终端保护，它的作用是防止SQ1、SQ2失灵，工作台越过了限定位置而造成事故。
 
在工作台边的T形槽中装有两块挡铁，挡铁1只 能和SQ1、SQ3相碰撞，挡铁2只能和SQ2、SQ4 相碰撞。当工作台运动到所限位置的时候，挡铁碰撞相应的行程开关，使其触点动作，自动切换正反转控制线路，并通过机械传动机构使工作台自动往返运动。工作台的行程我们可以通过移动挡铁的位 置来调节。
 
（4）自动往返行程的控制线路控制原理
 合上QS，按下SB1按钮→KM1线圈会得电→电动 机正转→工作台左移→行程至限定位置时挡铁1碰撞SQ1→SQ1-1的常闭触点先分断，使KM1线圈失电， 电动机停止正转，工作台停止左移；然后SQ1-2后闭合 →KM2线圈得电→电动机反转→工作台右移(SQ1的触点会复位)→行程至限定位置时挡铁2碰撞SQ2→SQ2-1 先分断，KM2线圈失电，电动机停止反转，工作台停 止右移；SQ2-2后闭合→KM1线圈得电→电动机正转，工作台左移(注意SQ2触头复位)→……，重复以上的过程，工作台就会在限定的行程内不断地进行着往返运动。注意，如果工作台起始在左端位置，那么应该 先按下SB2按钮进行起动。需要停止的时候，只要按下SB3停止按钮→整个控制线路失电→KM1(或者是KM2)的主触点分断→电动机 M失电停转→工作台也会停止运动。
 
五、正反转控制电路的总结
 （1）正反转主电路和直接起动主电路的主要区别是它采用了两组接触器的主触点，一组用于将正相序电源 接入到定子绕组上，实现电动机的正转；另一组用于
 将逆相序电源接入到定子绕组上，实现电动机的反转。两组主触头分别由其各自的接触器控制其通断，通过调换主触点任意一侧的两根接线来完成换相。为了防止电源短路，绝不允许两组主触点同时闭合。
 （2）正反转控制电路用于对正、反转两个接触器线圈 进行通电和断电的控制。在正、反转线路的起动按钮 中分别串入了互锁的机械触点或接触器的辅助常闭触
 点，保证了两个接触器不能同时通电，以防止主电路的电源被短路，这个叫做双重互锁，在电动机正反转 控制电路的设计实现中非常重要。