运动控制系统-课程设计-交流电动机减压软起动系统仿真

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1、 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 50fH z 、定子电阻 sR =0.435、额 定功率P=2.2KW、定子自感 sL =0.002mH、转子电阻 rR =0.816、额定转速 n =1420rpm、转子自感 lrL 0.002mH、级对数 pn 2、互感 mL 0.069mH、转动 惯量J=0.19kgm2。 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

2、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

3、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。 2 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 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

4、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 4 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 Fu(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

5、 交流电机直接起动仿真图 5 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 6 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。 7 图 11 软起动电机电磁转矩曲线 图

6、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。 8 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 9 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 10 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