运动控制系统-课程设计-交流电动机减压软起动系统仿真-正文

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50f Hz =、定子电阻s R =0.435Ω、额定功率P =2.2KW 、定子自感s L =0.002mH 、转子电阻r R =0.816Ω、额定转速

n =1420rpm 、转子自感l r L ＝0.002mH 、级对数p n ＝2、互感m L ＝0.069mH 、转动

惯量J =0.19kg ·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

2.1 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。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

2.2 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。

图3 双向晶闸管模块VT

起动信号给定积分器信号匹配触发器

晶闸管

三相调压

器

M

3~

2.3 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

2.4 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。

图5 给定积分器模块

2.5 模型的控制部分

模型的控制部分如图6所示，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

F[u(1)]=6.5-u(1)

式中，6.5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

2.6 交流电机直接起动

直接起动仿真图如图6所示。

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

图8 软起动电机定子电流ib

图9 软起动电机定子电流ic

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1.8s 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

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

图14 直接起动电机定子电流ib

图15 直接起动电机定子电流ic

图16 直接起动电机转速曲线

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

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

[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 S.AC Motor for High-performance Applications(Analysis

Control).New York:Newyork Marcel Dekker,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