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1、交流电动机减压软起动系统仿真 1 设计要求与方案 电机参数为：额定电压U=380V、频率50fHz、定子电阻sR=、额定功率P=、定子自感sL=、转子电阻rR=、额定转速n=1420rpm、转子自感lrL、级对数pn2、互感mL、转动惯量J=m2。要求完成的主要任务:（1）设计软起动器原理图；（2）建立软起动器仿真模型；（3）仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值、电动机电流瞬时值、转速变化曲线。2 原理和参数 设计原理 在有限供电系统中较大容量的交流电动机起动时，由于起动电流过大，会引起电网电压下降，而影响其他用电设备的正常工作，所以一般较大容量的交流电动机都采用减压起动方式，以减小起动电流
2、。传统的减压起动方法有星-三角起动和自耦变压器起动等。现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已经大量面市，晶闸管软起动器可以通过电压的调节，限制起动电流，并且使电动机有较大的起动转矩，在起动结束后在经过接触器切除软起动器，让电动机直接连接三相电源完成起动过程。晶闸管软起动的原理图如图 1 所示。软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器（给定积分器）、触发器等组成，起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化，而电动机电压从小到大逐次上升。其仿真电路图如图 2 所示。通过仿真可以研究软起动器的控制曲线，电流限制效果和电动机转矩的情况。图 1 晶闸管软起动的原理图 图 2 晶闸管软起动的仿真图
3、双向晶闸管模块 VT 双向晶闸管模块 VT如图 3 所示，参数默认。起动信号 给定积分器 信号匹配 触发器 晶闸管 三相调压M 3 定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等
4、组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效图 3 双向晶闸管模块 VT 触发器模块 pusle 触发器模块 pulse 如图 4 所示。图 4 触发器模块 pulse Relay、Relay1 如图 4 左边部分所示，Rate Limiter、Rate Limiter1参数如图 4 右边部分所示，Relay2、Relay3 参数默认。图 4 触发器模块参数 给定积分器模块 GI 给定积分器模块 GI 如图 5 所示，参数默认。定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软
5、起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效 图 5 给定积分器模块 模型的控制部分 模型的控制部分如图 6 所
6、示，由 Step、GI 和 Fcn 三个模块组成，其中 Step给出阶跃起动信号，GI 模块用于设定起动曲线，函数 Fcn 用于使控制信号与触发器输入信号要求相匹配，匹配关系为 Fu(1)=(1)式中，为能使电动机起动的最小控制电压，u(1)为给定积分器输出。图 5 模型的控制部分 交流电机直接起动 直接起动仿真图如图 6 所示。定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动
7、和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效 图 6 交流电机直接起动仿真图 3 仿真波形分析 软起动波形如图 7、图 8、图 9 图 10、图 11、图 12 所示。由波形图可以看出，软起动开始时电流较大，稳定后较小。同时在起动瞬间也有较大毛刺，大概有 100A。图 7 软起动电机定子电流 ia 定转速
8、转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效
9、 图 8 软起动电机定子电流 ib 图 9 软起动电机定子电流 ic 定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小
10、到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效 图 10 软起动电机转速曲线 从转速曲线可以看出，电机转速平稳上升，波动很小，最后稳定在 1420rpm，但同时，电机起动过程较慢，从起动到转速稳定，需要大概 的时间。与直接起动相应波形相比较，优势很明显。图 11 软起动电机电磁转矩曲线 定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起
11、动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效 图 12 软起动电机输入电压有效值 由图，电磁转矩曲线和电机输入电压有效值曲线有较多毛刺。电机直接起动波形如图 13、图 14、图 15、图 16、图 17、图 18 所示。图 13 直接起动电机定子电流 ia 定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器
12、原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效 图 14 直接起动电机定子电流 ib 图 15 直接起
13、动电机定子电流 ic 图 16 直接起动电机转速曲线 定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿
14、真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效 图 17 直接起动电机电磁转矩曲线 图 18 直接起动电机输入电压有效值 定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发
15、器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效设计心得 这次课程设计，题目要求难度并不大，原理上容易理解。但实际在MATLAB仿真的过程中我遇到了很多问题：首先在搭建模型时，对各模块不是很熟悉，但参照了相关书籍后，最终还是顺利地搭建起来了模型。其次在触发器模块，对参数没有有效设定，导致仿真没有得出预期结果，后来仔细学习老师提供的参考书籍，从单相调压仿真开始学习，弄清调压原理，得到正确的参数配置后，应用到三相电机减压软起动仿真中，最后仿真得到较好的效果。还有此次课程设计中，小组成员之间有效分工，有的负
16、责资料搜集，有的负责文档编辑，有的负责仿真，最后在大家的共同努力下终于得到满意的仿真结果，加强了团队成员之间的相互信任感。此次课程设计巩固了运动控制系统中交流电机减压软起动的理论知识，还提升了自己运用 MATLAB 分析问题的能力，最重要的是锻炼了自己发现问题解决问题的能力。参考文献 定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理
17、的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效 1 陈伯时.运动控制系统.北京:机械工业出版社,2009 2 王云亮.电力电子技术.北京:电子工业出版社,2009 4 Yamamura Motor for High-performance Applications(Analysis Control).New York:Newyork Marcel De
18、kker,1986 4 刘淳.matlab在运动控制系统中的应用.北京:电子工业出版社,2008 5 许镇琳.运动控制系统 matlab 仿真.北京:电子工业出版社,2010 定转速转子自感互感转动惯量级对数要求完成的主要任务设计软起动器原理图建立软起动器仿真模型仿真得出软起动与全压起动输入电压有效值电动机电流瞬时值转速变化曲线原理和参数设计原理在有限供电系统中较大容量的交流动机都采用减压起动方式以减小起动电流传统的减压起动方法有星三角起动和自耦变压器起动等现在应用晶闸管交流调压器原理的软起动器已大量面市晶闸管软起动器可以通过电压的调节限制起动电流并且使电动机有较大的起动转示软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器给定积分器触发器等组成起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化而电动机电压从小到大逐次上升其仿真电路图如图所示通过仿真可以研究软起动器的控制曲线电流限制效