起动电阻的阻值要根据电动机的参数和起动具体要求进行选择，阻值过大 会延长起动时间，而阻值过小又起不到限流作用。
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4.2异步电机模型
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异步电动机模型:标幺制和国际单位制
其电气连接和功能分别为： • A、B、C：交流电机的定子电压输入/输出端子，可直接连接三相 电压； • Tm：电机负载输入端子，一般是加到电机轴上的机械负载； Tm>0，为电动机；Tm<0，为发电机。 • a、b、c：绕线式转子输出电压端子，一般短接在一起或者连接到 其它附加电路中，而鼠笼式电机无此输出端子； • m：电机信号输出端子，一般接电机测试信号分配器观测电机内 部信号，或引出反馈信号。
先将电机初始状态各值 设为0，或任意数值。
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（5）电机测量信号分配模块 SimPower Systems>>Mechines>>Machines Measurement Demux
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（6）阶跃模块： Simulink>>Sources>>Step
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清华大学出版社
王忠礼 段慧达 高玉峰编著
4.MATLAB在电机学中应用
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4.1 直流电动机模型
4.2.1直流电动机介绍
直流电动机是一种将直流电能转换成机械能的装置。 优点：启动转矩大，调速范围宽，在轧钢机、电力机车的等方面有一定的应用。 缺点：由于其带有机械换向器，比交流电动机结构复杂，生产运行成本较高， 逐步被交流电动机所取缔。
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（3）三相电压、电流测量元件： SimPower Systems>>Measurements>>Three Phase V-I Measurement
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（4）异步电动机： SimPower Systems >>Machines >>Asynchronous Machine
1.使用模块 (1)直流电动机(DC-Motor) （2）直流电压源（E、Ef） 模块取自SimPowerSystems工具箱 中的Electrical Sources库里的DC voltage source模块。直流电压E为 直流电机的电枢回路电压，直流 电压Ef直流电机的励磁电压，二 者参数（Amplitude）设置为240。
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直流电动机模型
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F＋和F-：直流电动机励磁电路控制端子，分别连接励磁电源 的正极与负极； A＋和A-：直流电动机电枢回路控制端，与电机电枢绕组相连； TL：直流电动机的负载转矩信号输入端； m：直流电动机测量信号的输出端，包括转速ω(rad/s)，电枢 电流Ia（A），励磁电流If（A），电磁转矩Te（N· m）。
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1.使用模块 （1）简化的同步发电机
•根据功率和线电压计算出阻抗基准值为99.225。 •电机的初始状态各值可以先默认为0，或其他任意数值。
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（2）可编程三相电源
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（3）三相电压、电流测量元件
•不加该元件，仿真时会报错。
（4）电机测试信号分配器
图 起动变阻箱的电路模型
图 创建的子系统
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1.使用模块 （1）断路器（Breaker）
断路器取自SimPowerSystems工具箱中的Elements库里的Breaker模块
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（2）调速电阻 调速电阻选自SimPowerSystems工具箱中的Elements库里的series RLC branch模块。 （3）断路器控制信号（Step） 断路器通断控制采用阶跃信号与模块的控制端连接实现。
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2.仿真结果
1400
40
1200
35
1000
30
800
25
600
20
400
15
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10
0
0
1
2
3
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6
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8
9
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
图 电机转速波形
图 电机电枢电流波形
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80 70 60 50 40 30 20 10 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
图 电磁转矩波形
（7）powergui模块
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2.仿真参数设置 •双击powergui模块，打开潮流和电机初始化窗口。
输入仿真起始时，电 机的机械功率
对电机的初始状态进 行初始化
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•初始化完毕之后的电机参数对话框
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•仿真时间、算法、步长设置
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标幺制简化同步电机的参数设置
三相额定视在功 率、额定线电压 有效值、额定频 率
惯性时间常数 H、阻尼系数 Kd、极对数p
内部阻抗，R可等 于0，但X应大于0
初始条件：初始角速度 偏移、转子初始角位移 、线电流幅值、相角
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国际单位制简化同步电机的参数设置
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简化同步电机模块：忽略电枢反应电感、励磁和阻尼绕组的漏感，仅由理想电 压源串连RL组成。
输入电机的机 械功率
电机内部电源 电压
标幺值形式 国际单位制形式
其电气连接和功能分别为： • A、B、C：电机的定子电压输出/输入端子，可直接连接三相电压； • Pm：施加在电机轴上的机械负载功率，Pm>0，发电机；Pm<0，电动机； • E：电机内部电压； • m：电机信号输出端子，一般接电机测试信号分配器观测电机内部信号，或 引出反馈信号。
800 700 600 500 400 300 200 100 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
图 电磁转矩波形

从仿真结果可以分析：转速能够在较短的时间内达到稳定，但起动电流冲 击很大，同时电磁转矩的冲击也很大。
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例2.直流电动机分级起动


由于直流电动机直接起动电流过大，为了限制起动电流，通常在电源和电动机之 间加上起动变阻箱。 起动变阻箱由三个电阻组成，在每个电阻两端并联一个理想开关，通过设置开关 不同的导通时间，来切除电阻。起动瞬间，三个开关全部断开，此时电阻全部接 入。一定时间后，第一个开关导通，相应地第一个电阻被切除。依此类推，达到 限制电流和保证电磁转矩的目的。
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2.仿真参数设置
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3.仿真结果
1400
450 400
1200
350
1000
300
800
250 200 150
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400
100
200
50
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0
1
2
3
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7
8
9
10
图 电机转速波形
图 电机电枢电流波形
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3.仿真结果
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4.3同步电机模型
同步发电机原理： 定子铁芯上有齿和槽，槽内设置三相绕组；转子上装有励磁绕组， 当原动机把同步发电机拖动到额定转速后，励磁绕组中通入直流励 磁电流，此时在电机的气隙中就会产生磁通。该磁通切割定子绕组， 若定子绕组开路，定子绕组中无电流，发电机端电压即为绕组中的 感应电动势，称为空载电动势 。 E0
电机测试信号分配器
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电机测试信号分配器参数设置
• ir_abc：转子电流ira,irb,irc； • ir_qd：同步d-q坐标下的q轴下的转子电流 ir_q和d轴下的转子电流ir_d； • phir_qd：同步d-q坐标下的q轴下的转子磁通 phir_q和d轴下的转子磁通phir_d； • vr_qd：同步d-q坐标下的q轴下的转子电压 vr_q和d轴下的转子电压vr_d； • is_abc：定子电流isa,isb,isc； • is_qd：同步d-q坐标下的q轴下的定子电流 is_q和d轴下的定子电流is_d； • phir_qd：同步d-q坐标下的q轴下的定子磁通 phis_q和d轴下的定子磁通phis_d； • vs_qd：同步d-q坐标下的q轴下的定子电压 vs_q和d轴下的定子电压vs_d； • wm：电机的转速wm； • Te：电机的电磁转矩Te； • Thetam：电机转子角位移Thetam。 MATLAB应用技术
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例1.直流电动机直接起动


直流电动机直接起动时，起动电流很大，可达额定电流的10~20倍，由此产生很 大的冲击转矩，在实际运行中不允许直流电动机直接起动。 使用Simulink对直流电动机的起动过程建立仿真模型，通过仿真获得直接起动电 流的过程和电磁转矩的过程。
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直流电动机的参数设置 •Armature resistance and inductanceRa (ohms) 和 La(H)：电枢电阻和电感； •Field resistance and inductanceRf (ohms) 和Lf(H)： 励磁回路电阻和电感 •Field-armature mutual inductanceLaf (H)：电枢与 励磁回路互感； •Total inertia J (kg.m^2) ：电机转动惯量(kg.m^2) ； •Viscous friction coefficient Bm (N.m.s)：粘滞摩擦 系数(N.m.s)； •Coulomb friction torque Tf (N.m)： 静摩擦转矩 (N.m)； •Initial speed (rad/s)：初始速度。