基于Matlab的電動機常見對稱性故障仿真

車煥　郜世磊

摘 要：電動機在運行時常發生堵轉、三相相間短路、對稱過載等對稱性故障，為了判斷故障的種類。為了及時判斷電動機故障，本文利用MATLAB自帶的Simulink工具箱對異步電動機的常見對稱性故障進行仿真，給出仿真圖形，為電動機的故障處理打下基礎。

關鍵詞：Matlab；電動機故障；仿真

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

0.概述

電動機的故障分為對稱性故障和非對稱性故障，其中對稱性故障包括三相相間短路、對稱過載、堵轉等。這種故障的主要特點是電機的三相電流還是對稱的，但電流值的大小卻增大很多，過大的電流將導致電機內的發熱量聚增。如果電機長期工作，會導致電機的絕緣老化，絕緣等級降低，嚴重時會發生火災。因此掌握電動機發生故障時電流的變化規律能夠準確判斷電動機發生了什么故障并有針對性地進行處理，本文用MATLAB軟件中的Simulink工具箱對異步電動機的這些常見對稱性故障進行仿真，給出了各種情況下故障電流的波形圖，為電動機的故障處理打下基礎。

1.仿真模型的建立

Simulink是MATLAB中用來對動態系統進行建模、仿真和分析的軟件包，其無需編寫程序，利用許多現成的模塊實現仿真，應用起來非常方便。因此本文利用Simulink工具箱對三相鼠籠交流異步電動機發生各種對稱性故障時的電流波形圖進行仿真，建立的仿真模型如圖1所示。

2.仿真結果

2.1 對稱過載故障仿真

仿真時在電動機啟動時給其施加180N·m的負載轉矩，假設該電機在啟動0.8s后發生過載故障，其負載轉矩將增加到額定負載轉矩的兩倍。圖2為電動機發生過載故障時定子電流的仿真波形圖。

仿真波形圖表明，電動機發生過載故障后，其三相電流還是對稱的，只是各相電流增大至額定電流的1.3倍，所以所過載故障屬于對稱故障。發生過載故障時電流的增大倍數并不大，所以電動機過載運行時不至于對電機立刻造成損壞，但是電機如果長期處于過載運行狀態，電機的絕緣容易老化，電機的使用壽命要降低。

2.2 三相相間短路故障

在電機的各種短路故障中，單相短路故障發生的頻率最高占大多數，兩相短路發生的情況較少，三相短路產生的機會最少。但是雖然三相短路很少發生，電動機如果發生三相短路，其電流增加很大，對電機的損壞非常嚴重。所以有必要對三相短路故障的電流進行分析。圖3為短路發生在電機啟動后0.8s時電機電流的仿真波形圖。

仿真波形圖表明，當電動機發生三相短路故障時，各相電流是對稱的，其大小增大至額定電流值的9.2倍，由此可見發生三相短路時電流增大的倍數非常大，有必要及時診斷出這種故障并盡快切斷電路，以免對電機造成損壞。

2.3 堵轉故障

當電機的負載轉矩急劇增大或者電動機出現機械故障時，電動機的轉速下降很快甚至極聚下降為零，這時電動機將發生堵轉故障。發生堵轉時，電動機的轉速很低，所以電動機的反電勢很低，從而造成定子繞組電流增大。假設電動機啟動后1s時發生堵轉，那么它的電流仿真波形圖如圖4所示。

仿真波形圖表明，發生堵轉故障后電動機的負載由額定轉矩瞬間增至額定轉矩的4倍，電動機轉速迅速由790rpm降至零，電流升至額定電流的4.8倍。這個電流雖然不是很大，但如果維持時間較長，電機內的溫升還是上升較快，從而使電機發生損壞。

結論

由仿真結果可知，電動機發生各種對稱故障時電流的變化規律是不同的。當電機在實際中發生故障時，我們可以根據電流的變化初步判斷電機發生了哪種故障，并有針對性地進行處理。

參考文獻

[1]徐小來，王莉，謝一靜.基于Matlab的異步電動機定子繞組故障仿真[J].電氣應用，2005，24（9）：23-24.