運動控制系統(tǒng)-課程設計-交流電動機減壓軟起動系統(tǒng)仿真

1、<p>　　交流電動機減壓軟起動系統(tǒng)仿真</p><p>　　1 設計要求與方案 </p><p>　　電機參數(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、級對數(shù)＝2、互感＝0.069mH、轉(zhuǎn)動慣量=0.19kg·m2。</p>

2、<p>　　要求完成的主要任務: </p><p>　?。?）設計軟起動器原理圖；</p><p>　?。?）建立軟起動器仿真模型；</p><p>　　（3）仿真得出軟起動與全壓起動輸入電壓有效值、電動機電流瞬時值、轉(zhuǎn)速變化曲線。</p><p><b>　　2 原理和參數(shù)</b></p>

3、<p><b>　　2.1 設計原理</b></p><p>　　在有限供電系統(tǒng)中較大容量的交流電動機起動時，由于起動電流過大，會引起電網(wǎng)電壓下降，而影響其他用電設備的正常工作，所以一般較大容量的交流電動機都采用減壓起動方式，以減小起動電流。傳統(tǒng)的減壓起動方法有星-三角起動和自耦變壓器起動等?，F(xiàn)在應用晶閘管交流調(diào)壓器原理的軟起動器已經(jīng)大量面市，晶閘管軟起動器可以通過電壓的調(diào)節(jié)，限制

4、起動電流，并且使電動機有較大的起動轉(zhuǎn)矩，在起動結(jié)束后在經(jīng)過接觸器切除軟起動器，讓電動機直接連接三相電源完成起動過程。晶閘管軟起動的原理圖如圖1所示。軟起動電路由三相晶閘管調(diào)壓電路和軟起動控制器（給定積分器）、觸發(fā)器等組成，起動時通過控制器使晶閘管控制角從大到小變化，而電動機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器的控制曲線，電流限制效果和電動機轉(zhuǎn)矩的情況。</p><p>　　圖1

5、晶閘管軟起動的原理圖</p><p>　　圖2 晶閘管軟起動的仿真圖</p><p>　　2.2 雙向晶閘管模塊VT</p><p>　　雙向晶閘管模塊VT如圖3所示，參數(shù)默認。</p><p>　　圖3 雙向晶閘管模塊VT</p><p>　　2.3 觸發(fā)器模塊pusle</p><p>　　

6、觸發(fā)器模塊pulse如圖4所示。</p><p>　　圖4 觸發(fā)器模塊pulse</p><p>　　Relay 、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。</p><p>　　圖4 觸發(fā)器模塊參數(shù)</p><p>　　2.4 給定積分器模

7、塊GI</p><p>　　給定積分器模塊GI如圖5所示，參數(shù)默認。</p><p>　　圖5 給定積分器模塊</p><p>　　2.5 模型的控制部分</p><p>　　模型的控制部分如圖6所示，由Step、GI和Fcn三個模塊組成，其中Step給出階躍起動信號，GI模塊用于設定起動曲線，函數(shù)Fcn用于使控制信號與觸發(fā)器輸入信號要求相匹

8、配，匹配關(guān)系為</p><p>　　F[u(1)]=6.5-u(1)</p><p>　　式中，6.5為能使電動機起動的最小控制電壓，u(1)為給定積分器輸出。</p><p>　　圖5 模型的控制部分</p><p>　　2.6 交流電機直接起動</p><p>　　直接起動仿真圖如圖6所示。</p>

9、<p>　　圖6 交流電機直接起動仿真圖</p><p><b>　　3 仿真波形分析</b></p><p>　　軟起動波形如圖7、圖8、圖9圖10、圖11、圖12所示。由波形圖可以看出，軟起動開始時電流較大，穩(wěn)定后較小。同時在起動瞬間也有較大毛刺，大概有100A。</p><p>　　圖7 軟起動電機定子電流ia</p>

10、;<p>　　圖8 軟起動電機定子電流ib</p><p>　　圖9 軟起動電機定子電流ic</p><p>　　圖10 軟起動電機轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　從轉(zhuǎn)速曲線可以看出，電機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)上升，波動很小，最后穩(wěn)定在1420rpm，但同時，電機起動過程較慢，從起動到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，需要大概1.8s 的時間。與直接起動相應波形相比較，優(yōu)勢很明顯。</

11、p><p>　　圖11 軟起動電機電磁轉(zhuǎn)矩曲線</p><p>　　圖12 軟起動電機輸入電壓有效值</p><p>　　由圖，電磁轉(zhuǎn)矩曲線和電機輸入電壓有效值曲線有較多毛刺。</p><p>　　電機直接起動波形如圖13、圖14、圖15、圖16、圖17、圖18所示。</p><p>　　圖13 直接起動電機定子電流ia&

12、lt;/p><p>　　圖14 直接起動電機定子電流ib</p><p>　　圖15 直接起動電機定子電流ic</p><p>　　圖16 直接起動電機轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　圖17 直接起動電機電磁轉(zhuǎn)矩曲線</p><p>　　圖18 直接起動電機輸入電壓有效值</p><p><b&

13、gt;　　設計心得</b></p><p>　　這次課程設計，題目要求難度并不大，原理上容易理解。但實際在MATLAB仿真的過程中我遇到了很多問題：</p><p>　　首先在搭建模型時，對各模塊不是很熟悉，但參照了相關(guān)書籍后，最終還是順利地搭建起來了模型。</p><p>　　其次在觸發(fā)器模塊，對參數(shù)沒有有效設定，導致仿真沒有得出預期結(jié)果，后來仔細學習

14、老師提供的參考書籍，從單相調(diào)壓仿真開始學習，弄清調(diào)壓原理，得到正確的參數(shù)配置后，應用到三相電機減壓軟起動仿真中，最后仿真得到較好的效果。</p><p>　　還有此次課程設計中，小組成員之間有效分工，有的負責資料搜集，有的負責文檔編輯，有的負責仿真，最后在大家的共同努力下終于得到滿意的仿真結(jié)果，加強了團隊成員之間的相互信任感。</p><p>　　此次課程設計鞏固了運動控制系統(tǒng)中交流電機減

15、壓軟起動的理論知識，還提升了自己運用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。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]陳伯時.運動控制系統(tǒng).北京:機械工業(yè)出版社,2009</p><p>　　[2]王云亮.電力電子技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,2009</p><

16、p>　　[4] Yamamura S.AC Motor for High-performance Applications(Analysis Control).New York:Newyork Marcel Dekker,1986</p><p>　　[4]劉淳.matlab在運動控制系統(tǒng)中的應用.北京:電子工業(yè)出版社,2008</p><p>　　[5]許鎮(zhèn)琳.運動控制系統(tǒng)mat