運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)-課程設(shè)計(jì)-交流電動(dòng)機(jī)減壓軟起動(dòng)系統(tǒng)仿真-正文

1、交流電動(dòng)機(jī)減壓軟起動(dòng)系統(tǒng)仿真1 設(shè)計(jì)要求與方案 電機(jī)參數(shù)為：額定電壓=380V、頻率、定子電阻=0.435、額定功率=2.2KW、定子自感=0.002mH、轉(zhuǎn)子電阻=0.816、額定轉(zhuǎn)速=1420rpm、轉(zhuǎn)子自感0.002mH、級(jí)對(duì)數(shù)2、互感0.069mH、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=0.19kgm2。要求完成的主要任務(wù): （1）設(shè)計(jì)軟起動(dòng)器原理圖；（2）建立軟起動(dòng)器仿真模型；（3）仿真得出軟起動(dòng)與全壓起動(dòng)輸入電壓有效值、電動(dòng)機(jī)電流瞬時(shí)值、轉(zhuǎn)速變化曲線。2 原理和參數(shù)2.1 設(shè)計(jì)原理 在有限供電系統(tǒng)中較大容量的交流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于起動(dòng)電流過大，會(huì)引起電網(wǎng)電壓下降，而影響其他用電設(shè)備的正常工作，所以一般較大容量

2、的交流電動(dòng)機(jī)都采用減壓起動(dòng)方式，以減小起動(dòng)電流。傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方法有星-三角起動(dòng)和自耦變壓器起動(dòng)等?，F(xiàn)在應(yīng)用晶閘管交流調(diào)壓器原理的軟起動(dòng)器已經(jīng)大量面市，晶閘管軟起動(dòng)器可以通過電壓的調(diào)節(jié)，限制起動(dòng)電流，并且使電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在起動(dòng)結(jié)束后在經(jīng)過接觸器切除軟起動(dòng)器，讓電動(dòng)機(jī)直接連接三相電源完成起動(dòng)過程。晶閘管軟起動(dòng)的原理圖如圖1所示。軟起動(dòng)電路由三相晶閘管調(diào)壓電路和軟起動(dòng)控制器（給定積分器）、觸發(fā)器等組成，起動(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。其仿真電路圖如圖2所示。通過仿真可以研究軟起動(dòng)器的控制曲線，電流限制效果和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的情況。起動(dòng)信號(hào)給定積分器信號(hào)

3、匹配觸發(fā)器晶閘管三相調(diào)壓器M3圖1 晶閘管軟起動(dòng)的原理圖圖2 晶閘管軟起動(dòng)的仿真圖2.2 雙向晶閘管模塊VT雙向晶閘管模塊VT如圖3所示，參數(shù)默認(rèn)。 圖3 雙向晶閘管模塊VT2.3 觸發(fā)器模塊pusle觸發(fā)器模塊pulse如圖4所示。 圖4 觸發(fā)器模塊pulseRelay 、Relay1如圖4左邊部分所示，Rate Limiter、Rate Limiter1參數(shù)如圖4右邊部分所示，Relay2、Relay3參數(shù)默認(rèn)。圖4 觸發(fā)器模塊參數(shù)2.4 給定積分器模塊GI給定積分器模塊GI如圖5所示，參數(shù)默認(rèn)。 圖5 給定積分器模塊2.5 模型的控制部分模型的控制部分如圖6所示，由Step、GI和Fcn

4、三個(gè)模塊組成，其中Step給出階躍起動(dòng)信號(hào)，GI模塊用于設(shè)定起動(dòng)曲線，函數(shù)Fcn用于使控制信號(hào)與觸發(fā)器輸入信號(hào)要求相匹配，匹配關(guān)系為Fu(1)=6.5-u(1)式中，6.5為能使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的最小控制電壓，u(1)為給定積分器輸出。圖5 模型的控制部分2.6 交流電機(jī)直接起動(dòng)直接起動(dòng)仿真圖如圖6所示。圖6 交流電機(jī)直接起動(dòng)仿真圖3 仿真波形分析軟起動(dòng)波形如圖7、圖8、圖9圖10、圖11、圖12所示。由波形圖可以看出，軟起動(dòng)開始時(shí)電流較大，穩(wěn)定后較小。同時(shí)在起動(dòng)瞬間也有較大毛刺，大概有100A。圖7 軟起動(dòng)電機(jī)定子電流ia圖8 軟起動(dòng)電機(jī)定子電流ib圖9 軟起動(dòng)電機(jī)定子電流ic圖10 軟起動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)

5、速曲線 從轉(zhuǎn)速曲線可以看出，電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，波動(dòng)很小，最后穩(wěn)定在1420rpm，但同時(shí)，電機(jī)起動(dòng)過程較慢，從起動(dòng)到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，需要大概1.8s 的時(shí)間。與直接起動(dòng)相應(yīng)波形相比較，優(yōu)勢(shì)很明顯。圖11 軟起動(dòng)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩曲線圖12 軟起動(dòng)電機(jī)輸入電壓有效值由圖，電磁轉(zhuǎn)矩曲線和電機(jī)輸入電壓有效值曲線有較多毛刺。電機(jī)直接起動(dòng)波形如圖13、圖14、圖15、圖16、圖17、圖18所示。圖13 直接起動(dòng)電機(jī)定子電流ia圖14 直接起動(dòng)電機(jī)定子電流ib圖15 直接起動(dòng)電機(jī)定子電流ic圖16 直接起動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線圖17 直接起動(dòng)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩曲線圖18 直接起動(dòng)電機(jī)輸入電壓有效值設(shè)計(jì)心得這次課程設(shè)計(jì)，題目要求難度

6、并不大，原理上容易理解。但實(shí)際在MATLAB仿真的過程中我遇到了很多問題：首先在搭建模型時(shí)，對(duì)各模塊不是很熟悉，但參照了相關(guān)書籍后，最終還是順利地搭建起來了模型。其次在觸發(fā)器模塊，對(duì)參數(shù)沒有有效設(shè)定，導(dǎo)致仿真沒有得出預(yù)期結(jié)果，后來仔細(xì)學(xué)習(xí)老師提供的參考書籍，從單相調(diào)壓仿真開始學(xué)習(xí)，弄清調(diào)壓原理，得到正確的參數(shù)配置后，應(yīng)用到三相電機(jī)減壓軟起動(dòng)仿真中，最后仿真得到較好的效果。還有此次課程設(shè)計(jì)中，小組成員之間有效分工，有的負(fù)責(zé)資料搜集，有的負(fù)責(zé)文檔編輯，有的負(fù)責(zé)仿真，最后在大家的共同努力下終于得到滿意的仿真結(jié)果，加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)成員之間的相互信任感。此次課程設(shè)計(jì)鞏固了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中交流電機(jī)減壓軟起動(dòng)的理論知識(shí)，還提升了自己運(yùn)用MATLAB分析問題的能力，最重要的是鍛煉了自己發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。參考文獻(xiàn)1陳伯時(shí).運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20092王云亮.電力電子技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,20094 Yamamura S.AC Motor for High-performance Applications(Analysis Control).New