matlab开题报告

基于电力电子技术的软起动仿真研究摘要：在现在工业控制领域中，交流异步电动机的起动控制一直都是非常重要的研究课题，而交流电动机软起动器以其起动平稳，起动冲击电流小，无触点，节能等优势，在电气传动中得到广泛的应用，因此，软起动的研究具有非常重要的意义。本课题针对异步电动机的起动问题，研究基于电力电子器件和电力电子技术的起动方法，运用Matlab中的simulink和power system工具箱搭建异步电动机和软起动系统的仿真模型，对所搭建的仿真系统进行计算机仿真，给出仿真结果并对结果进行分析。

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关键字：交流异步电动机软起动 Matlab 仿真

1 文献综述

交流电动机和直流电动机相比存在许多优点,但当异步电机在起动过程中又有许多弊病。所谓起动过程是在交流传动系统中,当异步电动机投入电网时,其转速由零开始上升,转速升到稳定转速的全过程。如不采用任何起动装置的情况下,直接加额定电压到定子绕组起动电动机时,电机的起动电流可达额定电流的4~8倍,其转速也在很短时间内由零上升到额定转速。同时,三相感应电动机起动时的转矩冲击较大,一般可达额定转矩的两倍以上。起动时过高的电流一方面会造成严重的电网冲击,给电网造成过大的电压降落,降低电网电能影响其他设备的正常运行,而过大的转矩冲击又将造成机械应力冲击,影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。因此,通常总是力求在较小的起动电流下得到足够大的起动转矩,为此就要选择合适的起动方法。在选择起动方法时,可以根据具体情况和具体要求来选择。对三相鼠笼式异步电动机的起动电流的限制,通常有定子串接电抗器起动、Y-起动、自藕变压器降压起动、延边三角形起动。而对绕线式交流电动机,常采用转子串接频敏变阻器起动、转子串电阻分级起动,但这些传统的起动方法都存在一些问题[1]。

定子串接电阻起动:由于外串了电阻,在电阻上有较大的有功损耗,特别对中型、大型异步电动机更不经济,因此在降低了起动电流的同时却付出了较大的代价起动转矩降低得更多,一般只能用于空载和轻载[2]。

Y起动:Y起动方法虽然简单,只需一个Y转换开关。但是Y起动的电动机定子绕组六个出线端都要引出来,对于高电压的电动机有一定的困难,一般只用于接法380v电动机[3]。

自藕变压器降压起动:自藕变压器降压起动,比起定子串接电抗器起动,当限定的起动电流相同时,起动转矩损失的较少;比起Y起动,有几种抽头供选用比较灵活,并且功额较大时,可以拖动较大些的负载起动。但是自藕变压器体积大,价格高,也不能拖动重负载起动[3]。

延边三角形起动:采用延边三角形起动鼠笼式异步电动机,除了简单的绕组接线切

换装置之外,不需要其他专用起动设备。但是,电动机的定子绕组不但为接,有抽头,而且

需要专门设计,制成后抽头又不能随意变动[4]。

随着电力技术(尤其是集成电路、微处理器以及新一代电力电子器件)的不断发展,异步电动机起动过程中的起动电流过高,起动转矩过小等问题得到了很好的解决[5]。

从20世纪70年代开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软起动器,以及采用微控制器代替模拟控制电路,发展成为现代的电子软起动器[6] [7]。

短期展望:软起动将仍然以各种形式的降压(限流)软起动为主要形式。从理论上说,性能价格比高的产品将占有更大的市场份额。但是,在各种应用场合,人们对于各种性能的侧重面不同,使各类起动产品(包括传统的星三角起动)都可能会赢得自己的市场[8]。

长期展望:变频软起动将成为软起动的主流。各种形式的降压软起动将与星三角起动等技术一起归并为传统的起动技术。随着变频器价格的逐渐下降及可靠性的进一步提高,未来成为主流产品的软起动装置将是带有软切换功能的廉价的变频器[11 [12]。

2 选题背景及其意义

2.1课题背景

传统起动器目前，我国大部分电动机通常采用直接起动、Y/Δ控制起动和自耦变压器起动。这些传统起动器价格低廉，通过降低电动机的起动电压来降低起动电流，起动方式采用分步跳跃上升的恒压起动，因此，起动过程中存在二次冲击电流和冲击转矩，而且接触器故障多、电动机冲击电流大、冲击转矩大、冲击力矩大、效率低。但现在的Y/Δ起动器已经具有电动机保护和监控功能，技术水平和外观与以前相比已有很大的改观，可以满足中小容量无特殊要求的空载或轻载起动的控制要求。

现代软起动器主要有变频调速及晶闸管调压软起动器2种软起动器方案。其中，变频器调速软起动器价格昂贵，常用于控制要求起动转矩较大的中压电动机。晶闸管调压软起动器的价格略高于自耦变压器起动器和Y/Δ起动器，系统工作时对电网无过大冲击，可大大降低系统的配电容量，机械传动系统振动小，起动、停车平滑稳定，可提高电动机的使用寿命和经济效益。

2.2课题意义

设备在欠负载的情况下，电机铜损，铁损比例增加，功率因数下降，电机有效用电率降低，在轻载时如果降低输入电压，减少电机的主磁通，电机的铁芯损耗及磁化电流将减小，从而电机的效率，功率因数将得到提高，这就是软起动器节能运行的基本原理，具有节能功能的软起动器可对电机电流，功率因数进行监视，控制电动机端电压变化，使其在欠载或空载的情况下调整电动机上的电压，时期产生相应的转矩，从而达到节能的目的。软起动的节能效果在设备中低负荷率，中低功率因数时，具有较好的节能效果。

电机软起动技术成功的解决了交流电动机自动时造成较大的起动电流，对供电电压质量影响和供电线路电耗增大以及对机械设备冲击等问题，现在应用广泛的电动机软起

动器是传统的Y-△起动，自耦变压器起动理想的换代产品。

图1 各种起动方式对电网的影响

3 研究内容

3.1晶闸管相控工作原理

晶闸管在电机软起动器中的应用是一种利用晶闸管进行交流调压的应用利用晶闸管可以相控改变晶闸管导通的相位角调压的特点我们知道电机转子上的力矩是与加在定子上电压的平方成正比的因此改变加在电机定子绕组上的电压可改变电机转子上的转矩从而可根据电机负载的具体情况设定电机的起动电流电机的起动电流按与额定电流 Ie 的比例。

3.2斩波工作原理

通过斩波可以得到50Hz正弦的高频脉冲电压序列，可以改变输出电压的有效值，即可以调节电机定子端的电压，从而降低起动电流。

图2 交流调压原理图

3.3建立异步电动机仿真模型

根据交流电机理论及异步电机在任意同步旋转坐标系下仿真结构图的建模设想，得出了一种按转子定向磁场下的动态结构图，利用该结构图可以方便的构成电机的仿真模型，进行仿真计算。最后以实际电机为例，对模型进行了仿真分析