交流電動(dòng)機(jī)減壓軟啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)_定稿

1、浙江大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文V設(shè)計(jì)）題 目交流電動(dòng)機(jī)減壓軟啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專 業(yè)05秋電氣工程與自動(dòng)化 （專本學(xué)習(xí)中心洛陽姓名徐愛榮學(xué)號(hào)D20505320011指導(dǎo)教師屈穩(wěn)太2007年12 月 4 日交流電動(dòng)機(jī)減壓軟啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要從交流電機(jī)發(fā)展至今，三相交流異步電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，其性能和功率 在不斷的提高，電壓從低壓發(fā)展到高壓。隨著三相交流異步電動(dòng)機(jī)功率的提高，其 啟動(dòng)過程也出現(xiàn)諸多弊端，如三相交流異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流一般可達(dá) 5-8倍的額定電流，較大的啟動(dòng)電流流過電機(jī)繞組，產(chǎn)生大量熱量，加速絕緣老化, 影響電機(jī)壽命。在三相交流異步電動(dòng)機(jī)不宜采用直接啟動(dòng)的時(shí)候，可考慮采

2、用電動(dòng)機(jī)降壓啟動(dòng) 或其它啟動(dòng)方式。三相晶閘管調(diào)壓軟啟動(dòng)是近年來發(fā)展的新技術(shù)，采用反并聯(lián)接線 的晶閘管接在電動(dòng)機(jī)的三相繞組上，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中通過控制晶閘管導(dǎo)通角的 大小，使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流可根據(jù)工作要求設(shè)定的規(guī)律變化。本文詳細(xì)分析了調(diào)壓 軟啟動(dòng)的原理并且建立了相應(yīng)的仿真模型并對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。關(guān)鍵字：直接啟動(dòng)啟動(dòng)電流軟啟動(dòng)仿真I / 14 一交流電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)啟動(dòng)技術(shù)1一）三相交流異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)及其存在的問題11 三相交流異步電動(dòng)機(jī)的簡化數(shù)學(xué)模型 12直接啟動(dòng)所存在的問題2二）三相交流異步電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)啟動(dòng)技術(shù)及其存在的問題2二. 交流電動(dòng)機(jī)降壓軟啟動(dòng)技術(shù) 3一）降壓軟啟動(dòng)器調(diào)節(jié)原理 3二）降

3、壓軟啟動(dòng)器的主電路結(jié)構(gòu) 4三）晶閘管調(diào)壓原理4四）降壓軟啟動(dòng)的啟動(dòng)方式及其控制策略 51.限流軟啟動(dòng)52. 電壓斜坡啟動(dòng)53. 轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)54. 轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)55.停車方式6三. 系統(tǒng)仿真及結(jié)果6一）Matlab/Simulink 工具簡介 6二）異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真6三）異步電動(dòng)機(jī)降壓軟啟動(dòng)仿真 71. 功能模塊設(shè)計(jì)8 2.仿真實(shí)驗(yàn)9四. 畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)10五. 致謝10參考文獻(xiàn)11II / 14交流電動(dòng)機(jī)減壓軟啟動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一交流電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)啟動(dòng)技術(shù)從交流電機(jī)發(fā)展至今，三相交流異步電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，其性能和功率 也不斷的提高，電壓也從低壓發(fā)展到高壓。隨著三相交流異步電動(dòng)機(jī)功率的

4、提高， 其啟動(dòng)過程也出現(xiàn)諸多弊端。在本章中我們將對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)問題進(jìn)行簡要分析和論 述。一）三相交流異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)及其存在的問題 1三相交流異步電動(dòng)機(jī)的簡化數(shù)學(xué)模型為了研究異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等變量的關(guān)系，要先從三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性出發(fā)。異步電動(dòng)機(jī)的簡化T型等效電路如圖1所示。其中日、回分別為定子的電阻和漏抗，因、E）分別為 折算后轉(zhuǎn)子的電阻和漏抗，、岡分別為勵(lì)磁電阻和勵(lì)磁電抗，s為轉(zhuǎn)差率。RijX圖1異步電動(dòng)機(jī)簡化T型等值電路由異步電動(dòng)機(jī)簡化等值電路可以求出三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流:因?yàn)殡姍C(jī)啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差s=1，此時(shí)的啟動(dòng)電流為

5、:由上式可知，電機(jī)啟動(dòng)電流和電壓 匚成正比。 由異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡及轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系可知，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：ri1 / 14式中：為旋轉(zhuǎn)磁場的同步角速度將代入T中可得:由上式可知，當(dāng)頻率不變時(shí)，同步角速度及電機(jī)參數(shù)為常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩T是定子電壓勺和轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬間，s=1，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：由此可知，在電機(jī)參數(shù)一定的情況下，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩只和 匚有關(guān)，兩者為平方的關(guān)系。綜上所述，當(dāng)電源的頻率和電動(dòng)機(jī)參數(shù)都不變的情況下，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和口成平方關(guān)系，啟動(dòng)電流和匚成正比，即在降低啟動(dòng)電壓的情況下，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都相 應(yīng)降低。因此，可以通過控制定子電壓對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流進(jìn)行控制，這即是大 部

6、分啟動(dòng)方式所采用的理論依據(jù)。2. 直接啟動(dòng)所存在的問題如果全電壓直接啟動(dòng)，由1中所分析的結(jié)論可知，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，而沖擊電流 也很大。我們首先來看一下較大的啟動(dòng)電流對(duì)電動(dòng)機(jī)本身的影響。對(duì)于頻繁啟動(dòng)的異步 電動(dòng)機(jī)，頻繁出現(xiàn)短時(shí)大電流會(huì)使電動(dòng)機(jī)內(nèi)部過熱，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不良影響。再來看啟動(dòng)電流對(duì)供電變壓器的影響。配電變壓器的容量是按照其供電的負(fù)載 總?cè)萘縼碓O(shè)計(jì)的，正常運(yùn)行條件下由于電流不超過額定電流，其輸出的電壓比較穩(wěn) 定。三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，如變壓器相對(duì)容量不是很大，電動(dòng)機(jī)短時(shí)較大的啟動(dòng) 電流會(huì)使變壓器輸出的電壓短時(shí)下降幅度很大，超出正常允許的范圍，這時(shí)就會(huì)產(chǎn) 生如下影響：錯(cuò)誤！啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)本身由于

7、電壓太低，使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降很大，當(dāng)負(fù)載較 重時(shí)，有可能啟動(dòng)不了；錯(cuò)誤!會(huì)對(duì)同一變壓器供電的其他負(fù)載產(chǎn)生不良影響，如電 燈變暗，重載電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)等。由以上分析可知，異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)有其突出的缺陷，所以對(duì)容量較大的電 動(dòng)機(jī)都采用一些特殊的技術(shù)來進(jìn)行啟動(dòng)。二）三相交流異步電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)啟動(dòng)技術(shù)及其存在的問題在三相交流異步電動(dòng)機(jī)不宜采用直接啟動(dòng)的時(shí)候，可考慮采用電動(dòng)機(jī)降壓啟 動(dòng)。傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)降壓啟動(dòng)方式有定子串電阻電抗器降壓啟動(dòng)、轉(zhuǎn)子串電阻降壓啟 動(dòng)、丫一降壓啟動(dòng)、自偶變壓器降壓啟動(dòng)等。表 1對(duì)這幾種啟動(dòng)方式進(jìn)行了比較。由表1可以看出，這些啟動(dòng)方式雖然在一定程度上解決了啟動(dòng)電流過大的問題， 但是都是采取的

8、有級(jí)調(diào)速方式；多數(shù)存在二次甚至多次沖擊；同時(shí)啟動(dòng)設(shè)備帶載切2 / 14換容易拉弧損壞，設(shè)備維護(hù)量大等問題。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，一種新的啟動(dòng) 技術(shù)一一軟啟動(dòng)以其優(yōu)良的啟動(dòng)、保護(hù)性能得到了廣泛的關(guān)注。表1異步電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)啟動(dòng)方式啟動(dòng)方式啟動(dòng)電流啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用場合以直接啟弓動(dòng)為1直接啟動(dòng)11啟動(dòng)設(shè)備 簡單啟動(dòng)沖擊電 流大，沖擊 力矩大中小功率電 動(dòng)機(jī)輕載或 空載啟動(dòng)定子串電阻 啟動(dòng)團(tuán)因啟動(dòng)設(shè)備 簡單有級(jí)調(diào)速、 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小適用于空載 或輕載啟動(dòng)丫 一啟動(dòng)1/31/3啟動(dòng)設(shè)備 簡單，可 頻繁啟動(dòng)有極、有二 次沖擊正常運(yùn)行為 接法，空 載或輕載啟 動(dòng)自藕變壓器 降壓啟動(dòng)回回啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 較大有極、設(shè)備

9、 體積大、不 能頻繁啟 動(dòng)、多次沖 擊較大容量電 機(jī)、較大負(fù) 載不頻繁啟 動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)降壓軟啟動(dòng)技術(shù)降壓軟啟動(dòng)是近年來發(fā)展的新技術(shù)，采用反并聯(lián)接線的晶閘管接在電動(dòng)機(jī)的三 相繞組上，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中通過控制晶閘管導(dǎo)通角的大小，使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電 流可根據(jù)工作要求設(shè)定的規(guī)律變化。這樣，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流大小、啟動(dòng)方式均可 以任意調(diào)節(jié)和選擇，可使電動(dòng)機(jī)根據(jù)繼電器保護(hù)特性而處于最佳的啟動(dòng)過程。一）降壓軟啟動(dòng)器調(diào)節(jié)原理利用交流電機(jī)的電壓特性曲線來控制交流電機(jī)的啟動(dòng)，是電子軟啟動(dòng)器的主要電壓檢測驅(qū)動(dòng)電路電流檢測控制單元指令和顯示控圖2電子軟啟動(dòng)系統(tǒng)框圖制思想。采用三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)于電動(dòng)機(jī)的三相供電電路

10、上，利用晶閘管的 電子開關(guān)特性，通過控制其觸發(fā)脈沖、觸發(fā)角的大小來改變晶閘管的開通時(shí)間，從 而改變電動(dòng)機(jī)定子輸入電壓，以控制電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)過程。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，3 / 14即端電壓升至額定電壓時(shí)，三相旁路接觸器 K吸合，使電動(dòng)機(jī)直接并網(wǎng)運(yùn)行。啟動(dòng) 時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角從0開始上升，逐漸增大，電動(dòng)機(jī)的端電壓也從零開始上升， 直至達(dá)到滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求，保證啟動(dòng)成功。電子軟啟動(dòng)器的基本電路框圖如圖2所示。二）降壓軟啟動(dòng)器的主電路結(jié)構(gòu)降壓軟啟動(dòng)器的電路原理如圖3所示。在電機(jī)定子三相進(jìn)線電路上串聯(lián)六個(gè)反并 聯(lián)晶閘管或三個(gè)雙向晶閘管），可控制電壓的雙向通斷。通過改變晶閘管的導(dǎo)通角 來改變加到定子端的電壓

11、。由電機(jī)轉(zhuǎn)矩和定子端電壓的關(guān)系一I以及定子電流和定子端電壓的關(guān)系二可知，改變電壓的有效值，即可改變交流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖 擊電流和轉(zhuǎn)矩。Unw _MtP圖3晶閘管調(diào)壓軟啟動(dòng)主電路示意圖三）晶閘管調(diào)壓原理在工頻電源和負(fù)載之間接入晶閘管調(diào)壓器，就可以改變負(fù)載端的電壓。用晶閘 管調(diào)壓的方法有兩種：一種是相控調(diào)壓，另一種是斬波調(diào)壓，即用雙向晶閘管作為 靜止接觸器，交替的接通與切斷幾個(gè)周波的電源電壓，但是斬波調(diào)壓用在異步電動(dòng) 機(jī)定子上，通斷交替的頻率不能太低。否則一方面會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，另一 方面每次接通電流相當(dāng)于一次異步電動(dòng)機(jī)重合閘的過程。當(dāng)電源斷開時(shí)，電動(dòng)機(jī)氣 隙中的磁場將由轉(zhuǎn)子中的瞬態(tài)電流來維持

12、，并隨轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn)，氣隙磁場在定子繞組 中感應(yīng)的的電勢頻率將有所變化，當(dāng)斷流時(shí)間間隔稍長時(shí)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場在定子中 感應(yīng)的電勢和重新接通時(shí)的電源電壓在相位上可能會(huì)有相當(dāng)大的差別，這樣就會(huì)出 現(xiàn)較大的沖擊電流。可能危及晶閘管的安全。如通斷交替頻率較高，每次通斷時(shí)間 間隔中交流電周波數(shù)較少，采用整周波斬波控制方法可能調(diào)速不夠平滑，所以在異 步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓控制中多用相控技術(shù)。由于異步電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)載，所以當(dāng)晶閘管調(diào)壓時(shí)，只有當(dāng)移相角大于感性負(fù)載的功率因數(shù)角 時(shí)，才能起到調(diào)壓作用，因?yàn)楫?dāng) .時(shí)，電流導(dǎo)通的時(shí)間將始 終為I，其情況與F時(shí)一樣，相控不起任何作用，因此 的下限取為額定運(yùn)行 時(shí)的值，而上限取 I。

13、在調(diào)壓時(shí)，負(fù)載上所得到的電壓與電流波形在根據(jù)觸發(fā)角的不同而改變，單相晶閘管電路的電壓輸出波形如圖4所示，其中 為觸發(fā)角， 為續(xù)流角， 為導(dǎo)通 角，由圖4可知， 角決定了晶閘管的輸出電壓，故改變角的大小就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓，并且有：?？梢婋姍C(jī)的輸入電壓與觸發(fā)角和續(xù)流角都有關(guān)系。4 / 14由于沒有中線，所以要想形成電流通路，至少要兩相同時(shí)導(dǎo)通。為了保證在電 路起始工作時(shí)能使兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，以及在感性負(fù)載與控制角較小時(shí)仍能保證 不同相的兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，要求采用能夠產(chǎn)生大于的寬脈沖或雙窄脈沖的觸發(fā)電路，以免在 k 的情況下交流調(diào)壓電路中可能只有一個(gè)方向的晶閘管在工作， 負(fù)載上的電壓和電流

14、波形將出現(xiàn)正負(fù)半波不對(duì)稱的情況，產(chǎn)生直流分量。具體的觸發(fā)方式為：觸發(fā)角 F 點(diǎn)應(yīng)該定在各相電壓的過零點(diǎn)，調(diào)壓電路從相電壓的過零點(diǎn)處開始計(jì)算觸發(fā)角；六只晶閘管的觸發(fā)相序是VT1、VT3、VT5依次滯后曰，VT4、VT6、VT2又分別滯后VT1、VT3、VT5曰，這樣觸發(fā)相位自VT1 到VT6依次滯后。圖4單相晶閘管工作波形四）降壓軟啟動(dòng)的啟動(dòng)方式及其控制策略 從電機(jī)啟動(dòng)性能的角度出發(fā)，以不同的參量為控制目標(biāo)，使得降壓軟啟動(dòng)器有多種 啟動(dòng)方式和控制策略，先分別進(jìn)行分析。1 限流軟啟動(dòng)限流軟啟動(dòng)顧名思義即在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過程中限制其啟動(dòng)電流不超過某一設(shè)定 值lm）的軟啟動(dòng)方式。主要用在輕載啟動(dòng)負(fù)載的降

15、壓啟動(dòng)，其輸出電壓從零開始 迅速增長，直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值 Im，然后在保持輸出電流llm 的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。 其缺點(diǎn)是在啟動(dòng)時(shí)難以知道啟動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，啟 動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長。2 電壓斜坡啟動(dòng)輸出電壓由小到大成斜坡規(guī)律線性上升，將傳統(tǒng)的降壓啟動(dòng)變有級(jí)為無級(jí)，剛 啟動(dòng)時(shí)，電壓迅速上升到初始轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的電壓，然后按照設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間逐漸上 升，直到達(dá)到額定電壓。主要用在重載啟動(dòng)中。它的缺點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且轉(zhuǎn)矩特 性呈拋物線型上升，對(duì)啟動(dòng)不利，且啟動(dòng)時(shí)間長，對(duì)電機(jī)也不利。改進(jìn)的方法是采 用雙斜坡啟動(dòng)，輸出電壓

16、先迅速升至 Ui,Ui為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)所需最小轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電壓 值，然后按設(shè)定的速率逐漸升壓，直至達(dá)到額定電壓。初始電壓及電壓上升率可根 據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。這種啟動(dòng)方式的特點(diǎn)是啟動(dòng)電流相對(duì)較大，但啟動(dòng)時(shí)間相對(duì)較 短，適用于重載啟動(dòng)的電機(jī)。3轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)主要用在重載啟動(dòng)，它是按電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓，5 / 14 它的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)平滑、柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有利，同時(shí)減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，是最 優(yōu)的重載啟動(dòng)方式，其缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間較長。4 轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)一樣也是用在重載啟動(dòng)的場合。所不同的是，突跳控制在啟動(dòng) 的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩，克服拖動(dòng)系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，可縮短啟

17、動(dòng)時(shí) 間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，使用時(shí)應(yīng)特別注意。5 停車方式停車方式有三種：一是自由停車，二是軟停車，三是制動(dòng)停車。軟啟動(dòng)器帶來 的最大好處是軟停車和制動(dòng)停車，軟停車消除了拖動(dòng)系統(tǒng)的反慣性沖擊，對(duì)于水泵 就是“水錘”效應(yīng)，制動(dòng)停車則在一定場合代替了反接制動(dòng)停車功能。三系統(tǒng)仿真及結(jié)果在對(duì)軟啟動(dòng)進(jìn)行了上述分析后，我們選擇目前比較常用的電壓斜坡控制方式來 進(jìn)行降壓軟啟動(dòng)的深入研究。本設(shè)計(jì)中利用現(xiàn)在比較流行的MATLAB工具進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。一）Matlab/Simulink 工具簡介MATLAB是一種科學(xué)計(jì)算軟件，早期MATLAB主要用于解決科學(xué)和工程的復(fù)雜 數(shù)學(xué)計(jì)算問題。

18、由于它使用方便、輸入便捷、運(yùn)算高效、適應(yīng)科技人員的思維方 式，并且有繪圖功能，有用戶自行擴(kuò)展的空間，因此特別受到用戶的歡迎。1993年出現(xiàn)了 SIMULINK，這是基于框圖的仿真平臺(tái)，SIMULINK掛接在MATLAB環(huán)境上，以MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算功能為基礎(chǔ)，以直觀的模塊框圖進(jìn)行仿真 和計(jì)算。SIMULINK提供了各種仿真工具，尤其是它不斷擴(kuò)展的、內(nèi)容豐富的模塊 庫，為系統(tǒng)的仿真提供了極大的便利。從 SIMULINK4.1版開始，有了電力系統(tǒng)模塊 庫vPower System Blockse），利用該模塊庫的模塊，可以方便的進(jìn)行 RLC電路、電 力電子電路、電機(jī)控制系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的仿真。本設(shè)

19、計(jì)就利用Power System Blockset和基本的SIMULINK庫對(duì)降壓軟啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模型搭建和仿真。二）異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)仿真在設(shè)計(jì)降壓軟啟動(dòng)系統(tǒng)之前，我們首先對(duì)異步電動(dòng)機(jī)全電壓直接啟動(dòng)進(jìn)行建模 和仿真。全電壓直接啟動(dòng)模型中，將三相交流電源直接和電動(dòng)機(jī)定子相連，用示波器觀 察啟動(dòng)過程中的啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速曲線，具體仿真模型如圖5所示。其中異步電動(dòng)機(jī)采用默認(rèn)配置，只是把額定電壓和額定頻率改為380V和50Hz即可。6 / 14Stator current is8Q40200C10405TmlB OfTfiSt01【； I00.1020.30.41.5-imB olfset:

20、0速。圖6全電壓啟動(dòng)定子電流圖7全電壓啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。因?yàn)殡?動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)過程中主要是啟動(dòng)電流的沖擊，由圖中可以發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)過程中，電流 的脈動(dòng)較大，啟動(dòng)電流是額定電流的710倍，且沖擊電流持續(xù)時(shí)間較長，將對(duì)電動(dòng) 機(jī)本身及電網(wǎng)造成很大的沖擊；轉(zhuǎn)矩在啟動(dòng)過程中波動(dòng)也很大；轉(zhuǎn)速上升比較迅圖8全電壓啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩三）異步電動(dòng)機(jī)降壓軟啟動(dòng)仿真晶閘管軟啟動(dòng)器可以通過電壓的調(diào)節(jié)，限制啟動(dòng)電流，并且使電動(dòng)機(jī)有較大的 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。軟啟動(dòng)電路由三相晶閘管調(diào)壓電路和軟啟動(dòng)控制器 給定積分器）、觸發(fā) 器等組成，啟動(dòng)時(shí)通過控制器使晶閘管控制角從大到小變化，而電動(dòng)機(jī)電壓從小到 大逐次上升，仿真電路由圖9所示。-J-vaktig+ 14

21、* uim TrHvrf丄EH-IE-iuniXEiiihJ-! i- Mfat-L圖9降壓軟啟動(dòng)仿真模型1功能模塊設(shè)計(jì)錯(cuò)誤!調(diào)壓主電路模塊反并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管組成了交流雙向開關(guān)，在交流輸入電壓的正半周，VT1導(dǎo)通，在交流輸入電壓的負(fù)半周，VT2導(dǎo)通，控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，可以調(diào)節(jié)負(fù)載 兩端的電壓。模塊構(gòu)成如圖10所示。Ini和In2分別是兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)端。本系統(tǒng) 共需要3個(gè)這樣的功能模塊構(gòu)成調(diào)壓主電路。Detail ad Tlryristorl圖10雙向晶閘管模塊錯(cuò)誤!觸發(fā)器模塊交流調(diào)壓晶閘管觸發(fā)角的移相范圍是 I , 亠 的位置定在電源電壓過零時(shí)。在阻感負(fù)載時(shí)，按觸發(fā)角與負(fù)載阻抗角的關(guān)系，

22、電路有兩種工作狀態(tài)。a.調(diào)壓器輸出電壓和電流的正負(fù)半周是不連續(xù)的，在這個(gè)范圍內(nèi)調(diào)節(jié)觸發(fā)角，負(fù) 載的電壓和電流將隨之變化。b. I I調(diào)壓器輸出處于失控狀態(tài)，即雖然觸發(fā)角變化，但負(fù)載電壓不變，且是與電源 電壓相同的完整正弦波。這是因?yàn)樽韪胸?fù)載電流滯后于電壓，因此如果觸發(fā)角較 小，在一個(gè)晶閘管電流尚未下降到零前，另一個(gè)晶閘管可能已經(jīng)觸發(fā) 但不能導(dǎo)通），一旦電流下降到零，如果另一個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖仍然存在，貝U該晶閘管立 即導(dǎo)通，使負(fù)載上電壓成為連續(xù)的正弦波，出現(xiàn)失控現(xiàn)象。正因?yàn)槿绱?，交流調(diào)壓 器晶閘管必須采用后沿固定在I的寬脈沖觸發(fā)方式，以保證晶閘管能正常觸發(fā)。觸發(fā)器模塊如圖11所示，由同步、鋸齒

23、波形成和移相控制等環(huán)節(jié)組成。電路的 輸入端Ini是同步電壓輸入端，同步電壓經(jīng)延遲 Realy環(huán)節(jié)產(chǎn)生與同步電壓正半周等 寬的方波，該方波經(jīng)斜率設(shè)定vRate Limiter）產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波與移相控制電壓 In2輸入）疊加調(diào)節(jié)鋸齒波的過零點(diǎn)，再經(jīng)延遲Relay1產(chǎn)生前沿可調(diào)，后沿固定的晶閘管觸發(fā)脈沖。觸發(fā)器中個(gè)模塊的參數(shù)設(shè)置如表2所示。錯(cuò)誤!異步電動(dòng)機(jī)模塊異步電動(dòng)機(jī)使用模型自帶參數(shù)，只需要把額定電壓和額定頻率改為380V和8 / 1450Hz即可。三相電阻是為了檢測電阻兩端電壓來觀察交流調(diào)壓器輸出電壓波形模塊Relay、Relay2Rate Limiter 、RateLimiter1Rela

24、y1、Relay3參數(shù)設(shè)置Switch On poi ntepsRising slew rate1000Switch On poi ntepsSwitch Off poi ntepsFalli ngslew rate-1e8Switch Off poi ntepsOutput whe n on10Output whe n on1Output whe n off0Output whe n off0錯(cuò)誤!控制部分模型的控制部分由Step GI和Fen三個(gè)模塊組成，其中Step合出階躍啟動(dòng)信號(hào)， GI模塊用于設(shè)定啟動(dòng)曲線，函數(shù)Fen用于控制信號(hào)與觸發(fā)器輸入信號(hào)要求匹配。給定 積分模塊的構(gòu)成如圖12所示。其中放大器Gain）的作用是使積分時(shí)間常數(shù)不受放大 器輸入偏差大小的影響，所以放大倍數(shù)可以取的大一些。限幅器vSaturactio n）用于設(shè)定積分時(shí)間常數(shù)，調(diào)節(jié)限幅器的上下限可以調(diào)節(jié)給定積分器輸出曲線的上升斜 率。晶閘管三相調(diào)壓器給電動(dòng)機(jī)供電