基于Matlab的电动机常见对称性故障仿真

摘 要：电动机在运行时常发生堵转、三相相间短路、对称过载等对称性故障，为了判断故障的种类。为了及时判断电动机故障，本文利用MATLAB自带的Simulink工具箱对异步电动机的常见对称性故障进行仿真，给出仿真图形，为电动机的故障处理打下基础。

关键词：Matlab；电动机故障；仿真

中图分类号：TP391 文献标识码：A

0.概述

电动机的故障分为对称性故障和非对称性故障，其中对称性故障包括三相相间短路、对称过载、堵转等。这种故障的主要特点是电机的三相电流还是对称的，但电流值的大小却增大很多，过大的电流将导致电机内的发热量聚增。如果电机长期工作，会导致电机的绝缘老化，绝缘等级降低，严重时会发生火灾。因此掌握电动机发生故障时电流的变化规律能够准确判断电动机发生了什么故障并有针对性地进行处理，本文用MATLAB软件中的Simulink工具箱对异步电动机的这些常见对称性故障进行仿真，给出了各种情况下故障电流的波形图，为电动机的故障处理打下基础。

1.仿真模型的建立

Simulink是MATLAB中用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，其无需编写程序，利用许多现成的模块实现仿真，应用起来非常方便。因此本文利用Simulink工具箱对三相鼠笼交流异步电动机发生各种对称性故障时的电流波形图进行仿真，建立的仿真模型如图1所示。

2.仿真结果

2.1 对称过载故障仿真

仿真时在电动机启动时给其施加180N・m的负载转矩，假设该电机在启动0.8s后发生过载故障，其负载转矩将增加到额定负载转矩的两倍。图2为电动机发生过载故障时定子电流的仿真波形图。

仿真波形图表明，电动机发生过载故障后，其三相电流还是对称的，只是各相电流增大至额定电流的1.3倍，所以所^载故障属于对称故障。发生过载故障时电流的增大倍数并不大，所以电动机过载运行时不至于对电机立刻造成损坏，但是电机如果长期处于过载运行状态，电机的绝缘容易老化，电机的使用寿命要降低。

2.2 三相相间短路故障

在电机的各种短路故障中，单相短路故障发生的频率最高占大多数，两相短路发生的情况较少，三相短路产生的机会最少。但是虽然三相短路很少发生，电动机如果发生三相短路，其电流增加很大，对电机的损坏非常严重。所以有必要对三相短路故障的电流进行分析。图3为短路发生在电机启动后0.8s时电机电流的仿真波形图。

仿真波形图表明，当电动机发生三相短路故障时，各相电流是对称的，其大小增大至额定电流值的9.2倍，由此可见发生三相短路时电流增大的倍数非常大，有必要及时诊断出这种故障并尽快切断电路，以免对电机造成损坏。

2.3 堵转故障

当电机的负载转矩急剧增大或者电动机出现机械故障时，电动机的转速下降很快甚至极聚下降为零，这时电动机将发生堵转故障。发生堵转时，电动机的转速很低，所以电动机的反电势很低，从而造成定子绕组电流增大。假设电动机启动后1s时发生堵转，那么它的电流仿真波形图如图4所示。

仿真波形图表明，发生堵转故障后电动机的负载由额定转矩瞬间增至额定转矩的4倍，电动机转速迅速由790rpm降至零，电流升至额定电流的4.8倍。这个电流虽然不是很大，但如果维持时间较长，电机内的温升还是上升较快，从而使电机发生损坏。

结论

由仿真结果可知，电动机发生各种对称故障时电流的变化规律是不同的。当电机在实际中发生故障时，我们可以根据电流的变化初步判断电机发生了哪种故障，并有针对性地进行处理。

参考文献

[1]徐小来，王莉，谢一静.基于matlab的异步电动机定子绕组故障仿真[J].电气应用，2005，24（9）：23-24.