1引言
Matlab它是一种高性能的数值计算机和可视化软件。可以利用Matlab中Simulink可视化仿真工具将电机控制与模块连接起来，形成复杂的系统模型，并进行模拟和分析[1]。本文将结合Matlab/Simulink对电机几种降压启动进行建模和模拟分析，同时为电气控制的教学研究提供新的思路。
2笼型异步电机降压启动理论分析
电机启动是指电机从静态状态加速到稳定运行状态的过程。启动模式包括直接启动（即全压启动）和降压启动[2]。
全压启动是启动模式中最简单的启动模式。当电路全压启动时，电机定子绕组在启动时产生大电流，通常是电机额定电流的5~7倍。
但电机启动电流倍数K，符合公式(1)。
(1)
式中，ISt电机的启动电流，IN电机的额定电流，SN总电源容量(单位)kVA)，PN电机的额定功率，K电机启动电流倍数。
由于K系数与电机的额定功率成反比，如果电机功率过大，则无法满足此条件，因此需要降压启动大功率电机。
降压启动的目的是限制启动电流，在启动电机时降低定子绕组两端的电压，然后恢复定子绕组上的额定电压，使电机能够正常运行。降压启动包括串电阻（电感）降压启动、自耦合变压器降压启动、Y-△各种形式，如降压启动。
(1)启动定子串电阻(电抗)降压。定子串电阻(电抗)降压启动控制电路是通过在定子侧串联电阻或电抗来降低电机端电压，从而降低电流。主电路由两个交流接触器组成KM控制，启动时，KM1.主触头关闭；启动后，KM2主触头闭合，串联电阻(电抗)短，KM1主触点断开，电机以额定电压正常运行。
假设电路中的降压系数为公式(2)，定子串电阻降压启动电流主要与串联电阻(电抗)有关。
K=U2/Ule(2)
其中，U二是定子绕组降压后的电压，Ule额定电压为电机。
根据电流与电压成正比的特性，我们可以推导出降压后的启动电流IQ全压启动时的启动电流IQE关系类型(3)。
IQ=K×IQE(3)
由于启动转矩M与电压的平方成正比，在降压过程中可以推导出启动转矩MQ全压启动时扭矩MQE关系类型(4)。
MQ=K2×MQE(4)
可见，当串联电阻(电抗)降压启动时，电机的启动电流以K倍数降低，而扭矩以K平方倍数降低。
(2)自耦变压器降压启动。自耦变压器降压启动的控制是利用变压器的电压变换来降低电机的启动电压。自耦变压器用于自耦变压器的一次绕组电源和二次绕组电机KM在电路中控制电压器的通断。假设自耦变压器的一次侧电压Ule，电流为Ile，二次侧电压为U2，电流为IQ，变压比为K，且K≤15)可根据变压器的特性得出。
Ile=K2IQEMQ=K2MQE
由此可见，自耦降压启动电流和转矩均以K平方倍数降低。
图1是利用Matlab该工具绘制了定子串联电阻降压启动和变压器降压启动时的启动电流，假设两个降压启动系数K相同（即两个降压启动在电网中获得相同扭矩）和降压启动电流。I1表示串接电阻(电抗)情况下的启动电流，I2表示自耦变压器降压启动时的启动电流。曲线图显示，如果电机获得的启动转矩相同，K系数小，自耦变压器的电流远小于串联电阻（电抗），这也是自耦变压器的优点。
Y-△降压启动是指电机启动时定子绕组采用星形连接，正常运行时仍采用三角形连接，也是一种常见的降压启动方式。根据三相电源，当负载星形连接与三角形连接时，可以推断相电压与线电压、相电流与线电流的比例关系。当星形连接时，启动电流是全压启动电流的1/3倍，大大降低了启动点流，将启动转矩变为全压启动时转矩的1/3倍。
3Matlab/Simulink笼形异步电机在环境下降压启动模拟
Simulink图形仿真建模可根据电气控制原理图直接进行。本次仿真采用MatlabR2014a绘制版本，直接使用Simulink中电力系统SimpowerSystem模块用于绘制和模拟原理图。电源模块用于模拟模型(ACvoltagesource)作为定子电源，三相断路器模块(Three-PhaseBreaker)、交流电机模块(AsynchronousMachineSIUnits)，总线选择器模块(BusSelector)等组成。电机的主要参数设置为PN=11kW，UN=380V，Fn=50Hz，定子电阻RS=1.115Ω；定子电感L1S=0.000594H，转子绕组电阻Rr=1.083Ω，转子电感Lr=0.0005974H，磁极对数P=A相电流、转速和电磁转矩曲线通过示波器测量。
（1）全压启动模拟。全压启动系统模拟模型如图2所示，A相电流、转速和电磁扭矩曲线如图3所示。当全压启动时，启动电流达到100A，启动转矩超过1000N?m。
（2）电机变压器降压启动模拟。根据变压器降压启动原理图，可绘制变压器降压电路模拟模型，如图4所示，变压器参数设置为380：220V变压器。模拟变压器降压启动电路后，启动电流、启动时间和启动扭矩的模拟波形如图5所示。
从模拟曲线可以看出，变压器降压启动后，启动电流和启动扭矩减小。因此，变压器降压电路可以通过改变变压比来改变启动电流和扭矩，应用范围也非常广泛。
(3)定子串电阻降压启动。根据定子串电阻降压理论分析，在电阻上串接电阻可以降低启动电流，为此，我们根据定子串电阻降压原理图，得到了交流电动机定子串电阻系统的仿真模型，如图6所示。
在模拟模型中增加了三相RLC将其模块参数设置为负载R，为了进一步分析定子串接电阻对启动电流、启动时间和启动扭矩的影响，串接电阻1Ω～7Ω电路仿真模型如图7所示。
我们可以从模拟曲线中得出结论：①在定子上串联电阻后，启动电流和启动转矩减小，启动时间延长。②起动电流和起动转矩的变化与串联电阻成反比。串联电阻越大，启动电流和启动转矩越小，但启动时间也在增加。当定子串联电阻从1开始时Ω增加到7Ω启动时间为0.1s左右增加到1s以上启动电流为60A降低至20A启动转矩约为90N?m降低至10N?m。虽然串联电阻可以降低启动电流，但当串联电阻达到一定值时，联电阻达到一定值时，电机的启动也会出现故障，因此启动电阻对电机也有一定的值范围。
4结语
本文通过Matlab该软件建立了电机全压启动和几种降压启动模式的模拟模型，并进行了模拟分析。模拟分析结果接近实际情况。定子串电阻降压和变压器降压启动可降低启动电流。软件仿真结果直观方便[3,4]，在电机教学过程中也可以采用此种方式进行建模仿真授课，弥补了实验设备中的缺陷，为电机课程课堂教学改革提供了新的思路。