电子式软启动下感应电机的启动过程.doc

电子式软启动下感应电机的启动过程 摘要：用混合变量改进方法建立感应电机模型，通过控制单元在主电路拓扑的变化下，采用双向晶闸管控制高压电机软启动。该过程利用Matlab/Simulink仿真模拟电机启动时定子电流和转矩变化情况，整个操作控制精确，效果明显，对实际应用有较大的参考价值。  1前言  中大功率电动机直接启动电流大，在配电系统产生较大压降，影响同母线连接的设备运行，尤其是过大启动转矩对电机及传动机械产生巨大的冲击，加速电机的老化及机械的损坏。软启动能抑制电动机启动电流,在限定时间内将它驱动到额定转速。软启动装置兼有若干保护功能，当短路、过载、启动超时、欠电压和系统异常等故障出现时，该装置能做出相应防护并发出警示信号。  软启动装置在启动时，可以采用限流和限压两种方式。限流启动时输出电流从零迅速增加，直到其达到设定电流幅值，启动过程保证输出电流不大于该值，电压逐渐上升，最后达到稳定状态。限压启动模式根据负载情况和工艺要求进行U0（保证一定启动转矩可正常启动负载）和上升时间t设定，启动过程按设定曲线控制输出电压到额定值UN，从而获得满意启动特性。如果能够离线获得软启动过程的动特性，将对软启动器的选型、启动参数设定，有一定指导意义。  软启动过程以计算机为工具，利用Matlab/Simulink软件，通过建立输入电动机、电网和负载数学模型，根据选定控制策略作出离线模拟。软启动离线仿真研究可以预知在硬启动过程中电机转速、电流、线电压和其他机械特性，对产品设计和用户使用有重要的指导作用。  虽然通用逆变器兼有软启动功能，但其装置复杂，造价昂贵，对仅需软启动而不需调速的设备使用变频器可谓大材小用。电子式（晶闸管式）感应电机软启动器采用微处理器和晶闸管电子元件组成启动器控制。启动器开启时，微处理器发出脉冲加到晶闸管触发极上，采用相控的方式控制晶闸管导通角，输出电流电压大小由触发脉冲宽度决定。缓慢调节微处理器，控制晶闸管输出电压由零缓慢升至全压，此时，电动机转速也由零升至额定转速。当发出停机指令后，微处理器监测电压、电流和电动机反馈信号，通过控制晶闸管可使输出电压按一定要求下降，当输入电压过零时，流过管子电流小于维持电流而自然关断，使机端电压由全压逐渐降为零而实现软停止。  实际应用中，软启动具有如下优点：(1)启动电流小，通过调节启动转矩实现低速启动、频繁启动和软停止；(2)在起停时过渡自然，不易伤害设备，节电效果良好；(3)当多台同容量电机工作时，可采用一台电子式软启动器轮流启动，操作方便。  2 感应电机模型  电机在静态时基频和谐波等效电路，它们用来预测电机的启动。 基频等效电路中：  r1和l1——定子电阻和漏感；  r2和l2——转子电阻和漏感；  rM——铁损电阻；  lM——励磁电感。  谐波等效电路中：  r1k和l1k——k次谐波的定子电阻和漏感；  r2k和l2k——k次谐波的转子电阻和漏感。  由于转子铜条的集肤效应，转子参数r2，l2，r2k和l2k与频率有关，一般交流感应电机在工频下工作。但启动时由于采用相控调压，会产生一定谐波，r2k和l 2k的值应和谐波频率kf对应（f为启动频率，k为谐波系数），铁损等效电阻与之有关，但电动机漏感对谐波有抑制作用。由于启动时间很短，一般启动过程可忽略谐波影响。数字仿真中，定子电压由电机和负荷网络一起决定。软启动过程中，感应电机和三对可控晶闸管相连接，负荷网络拓扑根据开关关系改变，从而影响系统等式。在Matlab模块中，感应电机模型用磁链表示变化关系，两个定子电压作为输入而不能改变。考虑仿真速度，不用大电阻模拟可控晶闸管关闭状态，而是改变定子电压等式，用定子参考结构和定子相电流作为关系变量来处理负荷网络拓扑变化。  3 电路结构  3.1系统框图  信号采集及对应的处理电路采集同步信号作为相角移 动控制基础参考，确保信号正确触发；信号感应电路对信号发生反应，如电流和功率因数角等，为启动控制和保护控制提供必要信息；启动控制电路为软启动选择合适控制策略；保护控制电路对过压、过流等进行监控，确保电机安全运行；相角移动控制电路产生脉冲，控制触发角时刻和大小。  3.2 感应电机软启动主电路  软启动器是从速度控制装置得到，三对可控晶闸管形成固态三相电压调节器，通过控制晶闸管触发角灵活控制电机启动过程。  3.3 控制电路模型  控制电路模型是由4个控制子系统构成。每个子系统直接由仿真模块建立。在交流电路模块控制角开始时，每相电压为零，同步信号应