基于晶闸管的带泵控制功能异步电机软起动的仿真研究
异步电动机软起动及降压节能仿真研究
异步电动机软起动及降压节能仿真研究摘要：为了实现异步电动机在轻载或空载运行时通过降低其工作电压达到节能经济运行的目的，本文从异步电动机的T型简化模型着手，对异步电动机的能耗进行了详细分析，利用双向晶闸管的相控调压技术实现降压节能的基本原理，得出影响输出电压稳定性的关键因素——功率因数角的波动，通过对异步电动机节能控制系统进行仿真和分析，证明当对异步电动机实施软起动控制，使晶闸管的触发角以斜坡方式起动时，系统的起动性能会有很大改善，同时，引入功率因数角模糊自整定PID闭环控制，当异步电动机在空载或轻载进行降压节能经济运行时，系统整个调节过程的稳定性和可靠性都有了显著提高。
关键词：异步电动机，软起动，降压节能，仿真1 引言国外在电机节能方面的研究早于国内[1]，主要集中在电机本体节能设计方面[2]，优势在永磁电机设计和应用方面已经积累了丰富的经验，但是永磁电机的价格较高，在中国推广有一定难度。
由于鼠笼式异步电动机结构简单价格较低，尤其是与永磁电机比较，更具有价格优势，所以国内鼠笼式异步电动机的应用非常普遍，占整个电机市场的76.5%[3]。
而国内用户在电机选型设计上，为了保证电机可靠地工作均是采用“大马拉小车”，即电机的额定功率远大于负载的额定功率，造成电机在低效率下工作，所以近几年国内许多厂家开始针对鼠笼式异步电动机节能控制方面开始研究[4-6]。
本控制器与变频节能技术的比较也有其显著优势，该技术不同于变频节能的显著特点是不受负载类型限制，具有广泛地通用性，而变频节能[7]是通过改变电机的转速达到节能的，且只适用于恒功率或恒转矩负载（例如：风机、水泵、皮带机等），本文设计的控制器是通过降低电机在轻载时电机的工作电压，从而降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数和效率，在不改变电机的转速的条件下实现高效节能。
2 异步电动机的简化模型为了研究异步电动机在空载或轻载、额定负载以及起动瞬时的电压、电流、转矩和功率因数等变量的变化，找到合适的节能方案，就要从研究异步电动机的数学模型出发，图1为异步电动机的T型简化模型。
基于晶闸管软起动的三相异步电动机的研究
基于晶闸管软起动的三相异步电动机的研究袁帆【期刊名称】《湖南农机》【年(卷),期】2013(000)011【摘要】This article discusses the use of Thyristor firing angle changed to adjust the voltage across the induction motor stator, thereby changing the motor speed and stator current soft start works. This soft-start mode structure is simple、excellent performance and is easy to be adjusted. For less demanding fan and pump load is very applicable.%文章论述了利用改变晶闸管的触发角来调节异步电动机定子两端电压，进而改变电机的转速和定子电流的软起动的原理。
这种软起动方式结构简单，性能好，调试容易，对于要求不高的风机、泵类负载非常适用。
【总页数】3页(P72-73,81)【作者】袁帆【作者单位】陕西理工学院电气工程学院，陕西汉中 723003【正文语种】中文【中图分类】TM343.2【相关文献】1.基于晶闸管的带泵控制功能异步电机软起动的仿真研究 [J], 钟庭剑;刘清平2.基于晶闸管模糊控制的电动机软起动研究 [J], 杨莉媛;崔建明;凌文豪3.基于DSC的三相异步电动机的自适应软起动研究 [J], 俞浩;韦忠朝4.基于晶闸管串联的高压电动机软起动装置系统设计与研究 [J], 冷严冬;王朔5.基于DSP的三相异步电动机软起动器的研究 [J], 吴玉华因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
晶闸管控制异步电机软启动过程中振荡现象研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｃ ｌａ ｉ ｎ ｒｎｇ ｔ ｅ Ｓ ｆ ｔ ｒ ｉ ｇ ｏ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ Ｏｓ ｉｌ ｔｏ ｓ Ｄｕ ｉ ｈ ｏ ｔＳ ａ ｔｎ ｆ
Ｉ ｄｕ ｔｏ ｏ ｏ ｎｔｏ ｌｄ ｂｙ Ｔｈｙ ｉｔ ｒ ｎ ｃ ｉ ｎ Ｍ ｔ ｒ Ｃｏ ｒ ｌｅ ｒｓｏ ｓ
Ｌ Ｕ ｎ ｐ ｎ ＪＡ ｎ ｌ ｎ ， Ｉ Ｌ ， Ｉ Ｅ — ｅ ｇ，Ｉ Ｃｕ —ｉ ｇ ＪＮ ｉＣＨＥＮ ａ —ｈ ａ Ｍ ｏｓ ｕ
（ ｈ ｏ ｆ Ｉ ｆ ｒ ｉｎａ ｄ Ｅｌｃｒｃ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉｇ，Ｃｈｎ ｉｅｓｔ ｆ ｉｉ ｇ ａ ｄ Ｓｃ ｏ ｌ ｎ ｏ ｍａｔ ｎ ｅ ｔｉａ ｏ ｏ Ｅｎ ｉ ｅｒｎ ｉ ａＵｎ ｖ ｒｉ ｏ Ｍ ｎｎ ｎ ｙ
ｍ ｏ ｏｒｃ ｔ ｏｎｔｏｌｅ ｈｙｒｓ ｏｒ ． Ａ ｏｍ ｍ ｏ ｉ ｕｌｔｏｎ ｍ ｏ ｌｏｆｉ ｄｕｃ ｉｎ ｍ ｏｔ ｒ ｗａ ｒ ｓ ｎｔ ｄ ａ ｓｍ ｕ ａ ｅ ｒ ｌ ｄ ｂｙ ｔ ｉｔ ｓ ｃ ｎ ｓｍ ａ ｉ ｄｅ ｎ ｔｏ ｏ ｓ ｐ ｅ ｅ ｅ ｎｄ ｉ ｌ ｔｄ ｔ ｓ ｃｌａ ｉ ｓ ｄ ｉ ｇ ｔ ｏｆ ｔ ｔｎｇ．Ｔ ｈｅｔｉ ｇｅ ｏ ｔ ｇｅｏ ｎｄ ｔｏｎ ｍ ｏ ｏｒｓ ａ ｏ ｎｄ ｍ ｅ ｈａ ｃ ｌｃ ａ ａ — ｈｏ ｅｏｓ ｉｌ ｔｏｎ ｕｒｎ ｈｅ ｓ ｔｓａｒｉ ｒｇ ｒｖ ｌａ ｆｉ ｕｃ ｉ ｔ ｔ ｔ ｒａ ｃ ｎｉａ ｈ ｒ ｃ
摘 要 ： 对 晶 闸 管 控 制 的 异 步 电 机 在 轻 载 软启 动过 程 中 常 会 出现 的 电 流 以及 转 速 振 荡 现 象 ， 立 了 异 步 针 建
电机 软 启 动 通 用 仿 真 模 型 ， 对 该 软 启 动 过程 中 的振 荡 现 象 进 行 仿 真 。分 析 了软 启 动 中 电机 的启 动 电 压 以 及 并 电机 的机 械 特 性 并 研 究 了 电机 在 软 启 动 过 程 中产 生 振 荡 现 象 的 因 素 和 原 因 。 实 施 了在 电机 软 启 动 控 制 系 统 中 ， 用 晶 闸 管续 流角 闭环 反 馈 控制 的策 略 。实 验 证 明 ， 方法 改 善 了 电机 软 启 动器 的性 能 。 应 该 关 键 词 ： 步 电机 ； 荡 ； 流 角 ； 环 反 馈 异 振 续 闭
交流异步电动机固态软启动器技术及仿真研究
交流异步电动机固态软启动器技术及仿真研究随着现代化工业的发展，异步电动机的应用越来越广泛。
在工业界中，异步电动机一直是主流电动机种类。
它结构简单、可靠性高、成本低，因此在工业设备控制中受到广泛应用。
尽管异步电动机在许多应用领域使用广泛，但它们面临的最大挑战之一是启动时的大电流问题。
为了解决这个问题，今天我们将讨论交流异步电动机固态软启动器技术及仿真研究。
固态软启动器是一种最大限度降低异步电动机启动时电流冲击的控制装置。
与传统的直接启动相比，固态软启动器可以实现电流的平稳变化，从而提高设备的可靠性，延长设备的使用寿命。
与此同时，软启动器还可以降低设备的能源消耗，并减少对电网的影响。
因此，研究交流异步电动机固态软启动器技术已经成为当前电动机控制的热点问题。
交流异步电动机固态软启动器技术主要包括两个模块：前端整流模块和后端逆变模块。
前端整流模块是将交流电源转换为直流电源的过程，后端逆变模块可以根据需要将直流电压转换为交流电压。
在软启动过程中，前端整流模块可以根据需要调整输出电压和输出电流，以平稳的方式将异步电动机加速到工作速度。
为了验证交流异步电动机固态软启动器技术的可行性和有效性，本文采用Matlab仿真平台进行了实验。
仿真结果表明，软启动器可以平稳、低电流地启动电机，从而避免了传统的直接启动带来的电流冲击。
此外，仿真结果还表明，软启动器能够满足工业生产的实际需求，是一种可行的电动机控制方案。
总之，交流异步电动机固态软启动器技术及仿真研究是当前电动机控制的热点问题之一。
通过对软启动器的设计和仿真分析，可以实现电机的平稳启动，保护设备安全，延长设备寿命，降低能源消耗，从而在工业自动化控制、能源管理等方面发挥重要作用。
除了软启动功能，交流异步电动机固态软启动器技术还具有很多优点。
例如，它们不仅可以大大降低起动时的电流冲击，而且可以在电机运行中保证高效率、低噪声和平滑的运行。
此外，软启动器还减轻了电网的压力，保护了电源和设备。
晶闸管软起动器的MATLAB仿真研究
全 电压 起动 ，仿真 结 果如 图６ 所 示 。可 以看 出 ，起 动
电流很大 ，峰值 接近 １ ６ ０ ０ Ａ；起动 时 间很短 （ 为缩 短 仿真时 间，电机 的转动惯量采 用很小的数值 ）。
个普 通 晶 闸管反 向并 联 而成 。 触发 器 是 实现 控 制 的 重要 部 分 。不带 零 线 的３
系 ， 只能 采 取 尝 试 的办 法 ，控 制 器 的 内部 计 算 程
序 如 图７ 所 示 。仿真 结 果见 图８ 。
图３ 晶闸管３ 相 交 流 调 压 模 块 子程 序
图７ 控 制 器 算法 程 序
图８ ～ 图９ 为 采 用 速 度 反 馈 控 制 时 的 触 发 角 和 相 应 的转 速 和 电 流 波形 曲 线 。 此 时 ，动 时 起 动 电
机 、电 机 测 量 部 分 、 晶 闸管 调 压 器 模 块 、 相 移触
发器 模块 和 控制 电路 模块 组 成 。 ３ 相 晶闸管 交 流调 压 器模 块 子程 序 如 图３ 所 示 ， 由于 库 元件 中没 有双 向晶 闸 管器 件 ，故 采 用２
訇 出
２ 仿真结果及分析
摘
要 ：构建了晶闸 管交流调压器 用于感应 电动机软起动器 的ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 仿真模型 ，一些相 关的问题也 进 行了讨论 。本文通 过仿真 实例 说明 ，晶闸管 软起动器在 具体应用 时 ，必须 依据机械 负载特 性和实 际异 步 电机 的特性 ，合 理调 整相 控角 输入 曲线 方来 改善 电机 的起 动过 程 ，而本 文的 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 仿真模型可为各 种控制方 法与参数选择 提供仿真模拟平台。
异步电机重载软启动技术研究
异步电机重载软启动技术研究1. 引言1.1 背景介绍异步电机重载软启动技术通过控制电流和电压的变化，使电动机在启动阶段逐渐达到额定转速，避免了突然启动对设备的冲击。
这项技术在提高电动机启动效率的也减少了设备的损坏率，提高了设备的可靠性和稳定性。
随着工业生产对设备性能要求的不断提高，异步电机重载软启动技术在各行业得到了广泛的应用。
在研究中，研究人员将通过对该技术的概述、技术原理、研究方法、实验结果与分析以及应用前景展望等方面进行深入探讨，以期为工业生产提供更加先进和可靠的设备和技术。
1.2 研究意义异步电机是工业生产中常用的一种电机类型，其在启动阶段容易出现重载现象，给设备带来安全隐患和损坏风险。
研究异步电机重载软启动技术具有重要的意义。
采用软启动技术可以有效减轻电机启动时的冲击力，降低设备的振动和噪音，延长设备的使用寿命。
通过对电机启动过程进行控制和调节，可以实现电机的平稳启动和运行，提高设备的工作效率和稳定性。
异步电机重载软启动技术的研究还有助于节约能源、减少能源消耗，符合现代工业对于节能减排的要求。
研究异步电机重载软启动技术对提高设备运行安全性、稳定性和能效性具有重要意义，对促进工业生产的可持续发展也具有重要价值。
2. 正文2.1 异步电机重载软启动技术概述在异步电机重载软启动技术概述部分，我们首先要了解什么是异步电机以及为什么需要使用软启动技术。
异步电机是工业中常见的一种电动机类型，其运行过程中存在启动电流大、启动冲击效应明显等问题。
为了减小这些问题带来的影响，需要引入软启动技术来实现电机平稳启动、降低电网冲击，保护设备等目的。
异步电机重载软启动技术是针对某些需要高起动扭矩的场合设计的一种技术方案。
通过控制电机启动的过程，可以有效提高电机的启动性能、降低启动电流、降低机械振动等问题。
该技术一般由软启动器、控制系统、保护装置等组成，通过软启动器对电机的启动电流进行控制以实现优化启动过程。
在实际应用中，异步电机重载软启动技术已广泛应用于电梯、空调、水泵等设备中，取得了良好的效果。
基于双向晶闸管的软并网异步发电机系统仿真分析
基于双向晶闸管的软并网异步发电机系统仿真分析作者：潘文来源：《科技创新导报》 2014年第10期潘文(中山火炬职业技术学院广东中山 528436)摘要：软并网技术是通过晶闸管导通角的逐步打开控制并网电流，实现异步发电机的平稳并网。
这种方法是目前大型异步风力发电机组并网的关键控制技术。
在实际应用中，多为直接逐步开放晶闸管的导通角，其控制效果并不理想。
该文提出了一种采用晶闸管导通角逐步放开加电流闭环PI调节相结合的软并网控制方法。
在Matlab/Simulink环境下搭建了一种基于双向晶闸管的软并网异步发电机系统，仿真验证了控制方法的有效性。
为异步风电机组软并网系统的研制提供了必要的参考依据。
关键词:异步发电机软并网仿真晶闸管中图分类号：TM306 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)04(a)-0076-01软并网技术是目前大型异步风力发电机组并网的关键控制技术，本文所建立的风电机组软并网控制系统的仿真模型,在晶闸管导通角逐步打开的同时，引入电流PI闭环调节，计算晶闸管触发角的调整量，实现了有效的实时控制，采用双向晶闸管的软并网技术，可以得到一个平稳的并网过渡过程,而不会出现冲击电流[1]，使并网冲击电流控制在1.2～1.5倍额定电流以内，得到一个比较平滑的并网过程，为软并网控制系统的研制提供参考依据。
1 采用软并网技术的异步发电机系统1.1 软并网系统结构和控制原理软并网闭环控制器原理如图1所示，我们已知当系统检测到发电机转速接近同步速（99%），发电机输出端断路器闭合，发电机经双向晶闸管接入电网，晶闸管触发角此时开始由180o到0o逐渐打开[2]。
为使软并网过渡时间尽可能短，晶闸管完全导通的时刻与电机到达同步转速的时刻应尽可能接近。
但是如果晶闸管导通速度过快会产生较大的冲击电流，所以导通角又需缓慢放开。
据此，我们可以确定晶闸管触发角随时间的基本变化趋势，即从接近同步速时开始导通到电机达到同步速，触发角由180°缓慢放开到0°。
电机软启动器的MATLAB仿真分析
(5)
给出 MATLAB 运算程序 [ 5 ] :
sym s U2 U02 U01 U0 apha om ega t;
T = 1 /50; om ega = 100 3 p i; u = sqrt ( 2) 3 U2 3
sin (omega3 t) ;
U0 = 1 / (p i/omega) 3 int ( u^2, t, apha /om ega, p i/
参考文献 :
( a)电流波形
( b)转矩波形 图 6 电机软启动电流 、转矩波形
[ 1 ] 胡红明. 分级交 - 交变频高转矩启动器原理和仿真 [ J ]. 电气传动 , 2009 (2) : 16.
[ 2 ] 刘红樱. 异步电机软启动器设计 [ J ]. 机电工程 , 2007,
24 (3) : 74 - 76. [ 3 ] 周定颐. 电机及电力拖动 [M ]. 北京 : 机械工业出版
Abstract: The soft starter is a kind of new equipment for controlling squirrel cage induction motor. The paper com2 pares AC p ressure regulating and speed control w ith ordinary one in the start - up p rocedure, and simulates it w ith MA TLAB. Key words: induction motor; soft starter; MATLA (U0) ; U0 =U0^(1 /2) 程序运行后得到 :
U0 = ( (p i + cos ( apha) 3 sin ( apha) - apha) 3
利用晶闸管交流调压器实现大功率三相异步电动机的软启动
利用晶闸管交流调压器实现大功率三相异步电动机的软启动收藏此信息打印该信息添加：用户发布来源：未知摘要：简述三相异步电动机因启动而产生的影响和破坏作用、常用启动方法及其弊端，提出利用晶闸管交流调压器实现软启动的研发课题。
本文介绍了晶闸管交流调压的原理，通过应用实例说明了利用该调压器实现软启动的可行性。
关键词：晶闸管交流调压器；大功率；三相异步电动机；软启动中图分类号：TM423 文献标识码：B三相交流异步电动机在启动时都会产生2~6倍于额定电流的启动电流。
对大功率电机来说，无疑会对电网、控制装置造成降压、跳闸等影响，同时也对电机本身的定子、转子的绝缘性能以及输出机械产生较大的破坏作用。
目前常用的Y△启动、自耦变压器启动和变频调速启动对大功率电机来说，Y△启动仍能产生较大的电流；自祸变压器启动具有启动不便、体积大、滑块触点氧化等缺点；而变频调速启动对于规律负载来说就显得“大材小用”了，且造价高昂。
随着可控硅技术的发展，利用晶闸管交流调压器实现大功率三相异步电动机的软启动，已成为国际上研发的课题之一。
一、调压原理利用相位控制实现电机的三相调压。
如图1所示，把三对反并联的晶闸管（或双向可控硅）与电机的三相输入端连接，三相电阻一电感负载是电动机的等效电路，此时负载可按Y或△连接。
此电路中由于没有中线，所以在工作时若要负载电流流通，至少要有两相构成通路。
为保证启动时两个晶闸管同时导通，及在感性负载与控制角较大时仍能保证不同相的正反向两个晶闸管同时导通，要求采用＞60°的宽脉冲角或双脉冲触发电路。
为保证输出电压对称并有一定的调节范围，要求晶闸管的触发信号除了与相应的交流电源有一致的相序外，各触发信号之间还须保持一定的相位关系。
这就要求三相调压电路中各晶闸管触发脉冲的序列应如图1中的KZ1、KZ2、KZ3、KZ4、KZ5、KZ6，相邻两个晶闸管的触发脉冲信号相位差为27π/3。
由于电机自感电势的作用，电流要滞后一个角度才能为零关断晶闸管。
毕业设计三相异步电动机软启动仿真研究[管理资料]
本科毕业设计(论文)三相异步电动机软启动仿真研究Three-phase asynchronous motor soft startsimulation research学院:专业班级:学生姓名: 学号:指导教师:年月毕业设计(论文)中文摘要三相异步电动机软启动仿真研究摘要: 为了减小常规启动方法对负载设备的影响，提高电动机的启动性能，本论文采用软启动控制方案，通过对软启动系统组成和实现方式的分析，提出了限流启动与斜坡电压启动两种控制方式结合在一起的方案，设计了软启动系统的结构图，建立了相应的软启动仿真模型。
本论文首先对异步电机的的启动特性做了理论分析，其次运用仿真的方法对异步电机常规启动和软启动的启动性能进行研究。
根据软启动的工作原理，利用晶闸管交流调压电路作为软启动的主电路，并引入电流负反馈控制作为控制回路，建立了软启动仿真模型，经过理论分析，表明模型的搭建是合理的。
对软启动模型进行仿真，仿真结果表明，限流部分采用电流反馈的闭环控制方法可以达到预期的控制效果，即可以便电动机平稳可靠地启动。
关键词:三相异步电动机:晶闸管:软启动:仿真毕业设计(论文)外文摘要Three-phase asynchronous motor soft start simulation researchAbstract: In order to reduce the influence of conventional boot method for load equipmen t，improve the start performance of motor，soft st盯t control scheme i s applied in 由is paper，through the analysis of soft start system and way of implementation，proposed 由e current limit start with slope voltage start toge由ertwo kinds of control mode，d esign of s tru cture of soft st缸t system，es t ablished th e soft start of the simulation mode l.First startup of the characteristics of asynchronous motor 由is paper made theοretical analysis，secondly using the simulation method of conventional starting and soft start of asynchronous motor startup performance were studied. According to th e working principle of sof t start，the use of thyristor ac voltage regulation circuit as the main circui t of soft start，and current feedback contro l is introduced into model as control circuit，the soft s t町t simulation model i s established，through th eoretical analysis，s how s 也at the construction of the model is reasonable. Soft start model sim ulation，the simulation results show that the current limiting p盯t with curren t feedback closed loop control method can achieve the desired control effect，which can make motor start smoothly and reliably.Keywords: Three-phase as严lchronous motor; Thyristor; Soft start; Simulation目录1绪论.............................................................. (1)课题研究的目的及意义…·国内外研究现状.....主要研究内容 (2)3 三相异步电动机的启动特性研究 (3)三相异步电动机的等效模型 (3)三相异步电动机的机械特性 (4)3三相异步电动机的常规研究 (6)直接启动 (6)降压启动 (10)4 三相异步电动机的软启动 (17)软启动的实现方式..............….................….......................软启动的调压原理 (17)软启动的仿真 (20)启动性能比较 (29)结论 (30)致谢............................................................................................但参考文献. (32)1 绪论课题研究的目的及意义电动机作为各种机械设备的动力装置，已被广泛地应用于社会生产各个部门和社会生活各个方面。
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为了研究异步电机的起动和停机时 的电压、电流、 转矩 等变量 的关系, 我们在此 给出异 步电机的 数学模 型。在研究变频 调速时, 我们多 采用 基于状 态方 程的 数学模型, 而对于软起动而言, 一般采用异步 电动机的 基于集 中参 数 等 效 电路 数 学 模 型 [ 4~ 5] , 如 图 1 所 示。 其中, U1 为电网相电压有效值, rm 、xm 分别为励 磁电阻 和励磁电抗, r1、x1 分别 是定 子的 电阻 和漏 抗, r 2、x 2 分别为电动机转子电阻和漏抗的折算值, s为转差率。 由电 机学的 原理可以 知道, 三 相异步 电动机机 械特性
钟庭剑, 刘清平
( 江西电力职业技术学院, 江西 南昌 330032)
摘 要: 为了减小异步电机在起动过程中过高电流对电网的冲击 , 消除传统降压起动对电气和机械设备的不利影响, 提
高电机的起动特性, 本文对电机的软起动进行了研究, 并对其进行改进, 得出 新型具有泵 控制功能 的软起动器, 它不但 具有一
T st =
2!f1 [ ( r1 +
3pU21 r2 r2 ) 2 + (x1
+
x2
)2]
(2)
因 为 ( r1 + r 2 ) + j( x1 + x2 ) 要 比 ( r1 + rm ) +
j(x1 + xm ) 小得多, 所以在起动时:
Zk
( r1 + r2 ) 2 + ( x1 + x2 ) 2
图 3 泵控制软起动器的转矩 /转速曲线
4 仿真研究
图 2 转矩闭环控制策略
本文利用 M ATLAB6. 5 中的 S mi u link 库与 S mi Pow erSystem s库建立了异步电机泵控制起动方式的软起动 器仿真模型, 如图 4所示, 泵控制软起动器的仿真模型
图 4 仿真原理图
第 2期
冲击, 优化了电机的起动性能。
关键词: 软起动器; 泵控制; 转矩; 晶闸管
中图分类号: TM 343
文献标识码: A
文章编号: 1673- 0097( 2010) 02- 0009- 04
0 引言
电机传统的起动方式可分为直接起动和 降压起动 两种, 降压起 动又可 分为 Y - 起 动、自 耦降压 起动、 定子串电抗器起动等。由于传统起动方式很 难在起动 过程中精确地调整电机参数以满足电机按照 某种要求 平滑地起动, 并且会对电 网造成一 定的冲 击 [ 1~ 2] , 为了 解决这一问题, 我们 开始研 究异步 电机 的软 起动。一 般的软起动器 [ 3]都具有电压斜坡起动和限电 流起动两 种起 动方式, 本文所 研制的软 起动器 以晶闸管 作为执 行机构, 通过控制单元发出 PWM 波来控制晶闸管触发 脉冲, 以控制晶闸管的导通, 从而实现对电机 起动的控 制。所以, 晶闸管 的调压 电路在 整个 软起动 器的 功能 实现 方面具 有重要的 意义, 本 文主要 利用晶闸 管的调 压原理和调压电路的工作状态来研究软启动的特性。
般软起动器的电压斜 坡起动和限电流起动功能, 而且其泵控制功能够降低 水泵起动和停 止时造成 的水锤, 减轻管路系 统的振
动, 使软起动器的功能更加完善。文中利用 M ATLAB搭建三相交流调压电路系 统的仿真模型, 并且对所设 计的软起动 器进行
了试验测试, 仿真结果表明这种带泵控制功能的软起动器不仅可以有效地 减小电机起动 时对电网 的冲击, 还能够减轻 水锤的
图 8 泵控制起动电流 ia 图 9 泵控制起动 T e, TL
12
江西电力职业技术学院学报
第 22卷
5 结论
从仿真的结果 可以 看出, 采 用泵控 制的 软起 动器 能够 最大程 度地降低 加速转 矩和起动 电流, 它 的性能 要比 一般软 起动器要 优越得 多, 能够 很好地控 制异步 电机的起动过程。
钟庭剑等: 基于晶闸管的带泵控制功能 异步电机软起动的仿真研究
11
主要由三相电 源模块、触发 脉冲模 块、晶闸 管模 块、测
量模块、控制模 块等 构成。其中 的三 相交流 电压 源模
块 是用三个 单相交 流电压源 通过星 型接法连 接而成,
通过正 确 设 定相 位 与 幅值 关 系 构 成 电压 源 模 块。 A
[ 7] Zeng inobuz, G. C ed irc i,l Erm is, M. B arlark. C. So ft star ting o f la rge induction m oto rs at constant current w ith m inim ized sta rting to rque pulsa tions [ C ]. Conference R ecord o f the 2000 IEEE, 2000, 3( 11): 1593~ 1604.
步电压经延迟 R elay环 节与同 步电压正 半周等 宽的方
波, 该方波经斜率设定 ( R ate L mi iter)产生锯齿波, 锯齿
波与移相控制电压 (输入端 In2 ) 叠加 调节锯齿 波的过
零点, 再经 延迟 R elay1 产 生 前沿 可调, 后 沿固 定 的晶
闸管出发脉冲, 设置各模块参数见表 1。
R is ing s lew rate 1000 Fall ing s lew rate 1 e8
R elay2、R elay4
Sw itch O n po int ep s Sw itch O f f poin t ep s O utput when on 1 O utput when off 0
参 考文献: [ 1]李国 厚, 高 淑萍, 宗剑. 软 启 动器 应用 技 术 [ J] . 电 工技
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性及应用技术 [ J]. 电力建设, 1999, ( 8): 3~ 5. [ 3]徐晓松, 钱存元, 谢维 达. 异 步电机 泵控制 软起动 器的软
触发电路 各分支 模块的波 形如图 5所示, 从 上到
下依次是同步 信号、半 周等 宽方波、锯齿波、叠加 移相
控制和触发信号。
图 6 六路脉冲输出
的平 方成正 比, 近似地 拟合一 条泵类负 载的泵 特性曲 线, 如图 7所示。泵控制起动方式的电流和 转矩波形, 如图 8和图 9 所示, 从图中我们可以清楚地 看到, 采用 泵控制方式, 不但起动电流得 到进一步限 制, 只有 30A 左右, 电机输出转矩更是得到了较好地控制, 最大转矩 也不过 55 , 并且电磁转矩和负载转矩的近似 保持了一 致上升, 大大减小了加速度转矩, 从而能够减 小水锤冲 击。
停控制 [ J] . 电力电子技术, 2001, 35( 3): 41~ 44. [ 4]王毓东. 电机学 [M ]. 杭州: 浙江大学出版社, 1990. [ 5]高景德, 王祥衔, 李发海, 交流电机及其系统分析 [ M ]. 北
京: 清华大学出版社, 1993. [ 6]厉无咎.智能化软起动器 [ J]. 低压电器, 2000, ( 1): 16~ 19.
2 泵控软起动的原理
对 传统 的 起动 方式 及一 般 软起 动的 电 压斜 坡起 动 [ 6]和限电流 起动 [ 7~ 8] 方 式进 行分 析可 知, 常规 的降 压起 动方法 有一个共 同特点: 不能精 确地调节 电机参 数以 适应特 殊的起动 要求, 而 且在某 种场合中 不能采 用。比如初始转 矩和初 始电流 虽然 降低了, 但是 如果 要求在恒定的加速转矩下以及电流限制到特 定值以下 起动, 通过降压起动是不能够实现的; 并且这 种起动方 式维护和保养复杂, 安装费用高, 不可能完全 避免电流 冲击和力矩冲击, 容易导致电网中器件 的损坏。因此, 我们 提出了 泵控制软 起动, 该 软起动 器以晶闸 管作为 执行机构, 通过控制单元发出 PWM 波来控制晶闸管触 发脉冲, 以控制晶闸管的导通, 由导通的时间 来决定控 制电机的电压; 若导通 时间 越长, 则 输出的 电压 越大, 能更好地实现对电机的启动, 若导通时间 越短, 则输出 电压越低, 在启动中就会存在困难, 所以在控 制晶闸管 导通时, 一定要满足启动的需要, 从而实现对 电机起动 的控制 [ 9~ 10] 。其闭环控制框图如图 2 所示。
收稿日期: 2010 - 04- 27 作者简介: 钟庭剑 ( 1981- ), 男, 江西玉山人, 助教.
图 1 异步电机单相等 效电路图
方程表达式为:
Tem = P em = 1 2!f1 [ ( r1 +
3pU21
r2 s
r2 s
)2 +
( x1
+x2
)2]
(1)
在电机刚起动时, 转子转速为 n2 = 0, 转差率 s= 1, 此时电机的机械特性方程为:
第 23卷 第 2期 2010年 6月
江西电力职业技术学院学报 Journal o f Jiangx iV ocationa l and T echnical Co llege o f E lectr ic ity
V o.l 23 N o. 2 Jun. 2010
基于晶闸管的带泵控制功能异步电机软起动的仿真研究
相、B 相、C 相 的 峰 值 电 压 ( Peak amp litude) 均 设 为
312V, 电压频率 ( F requ en cy) 设为 50H z, 相位 ( Phase)分
别为 0!, 120!, 240!; 触发电路由同步、锯齿波 形成和移
相控制环节组成; 电路的输入端是同步电 压输入端, 同
泵控制其 实是一 种转矩控 制, 采用 PID 控制 来调 节电磁转矩 [ 11~ 12] , 要求控制电机起动时 的电磁 转矩按 照泵 特性曲 线上升, 即 尽量使 加速转矩 保持在 一个稳 定的范围, 而且数值不大, 电磁转矩刚刚超过 负载转矩 即可。泵控制 功能 的 软起 动器 的转 矩 /转速 图 如图 3 所示, 为了与 一般软起 动的电 压斜坡起 动和限 电流起 动法 进行比 较, 还给出 了直接 起动和电 压斜坡 起动的 转矩特性曲线。我 们可 以从图 中比 较直接 起动、电子 式降压起动以及专用泵控制软起动的 转矩 /转速曲线: 使用 了泵控 制功能后, 电机转 矩一直和 泵负载 的转矩 相差 一个近 似恒定且 数值不 大的一个 值, 使起 动过程 产生 的加速 转矩大大 地降低, 使输出转 矩得到 了完善 的控制。