版权说明：本文档由用户更好的提供并上传，收益归属内容提供方，若内容存在侵权，请进行举报或认领

  1绪论交流电动机是工农业中用得最多的一种电动机，其容量从几十瓦到几千千瓦，在国民经济的各行各业应用极为广泛。例如：在工业方面：中小型的轧钢设备、各种金属切削机床、轻工机械、矿山上的卷扬机和鼓风机等，都用交流电机来拖动；农业方面：水泵、脱粒机、粉碎机和其他农副产品加工机械，也都是用交流电动机拖动。此外，在日常生活中，交流电动机也用得很多。但是交流电机的也有缺点，特别是在其起动过程中。交流电动机起动时的大电流对电网造成了很大的冲击，急激变化的起动转距增大了电机振动与噪声，也使机械负载遭受较大冲击，影响设备精度。特别是大容量电机的起动问题，一直困扰着人们。本课题就是研究交流电机的起动方法进而解决交流电动机的软起动以及安全生产所需要的各种保护而进行的。1.1交流电动机的起动过程分析1.1.1交流异步电动机的起动分析当交流电动机加上三相对称电压，如果电磁转矩大于负载转矩时，电动机就从静止状态过渡到稳定运作时的状态。这样的一个过程就交流电动机的起动。广泛使用的异步电动机（鼠笼式）的主要起动性能是指起动电流（0）和起动转矩（M戏）。1.1.2交流异步电动机起动电流分析异步电动机起动时，转速n=0,转差率s=1，旋转磁场以同步速切割转子，在短路的转子绕组中感应很大的电流，引起定子电流也跟着飞速增加，以至定子电流很大。图（1-1）为三相异步电动机的等值电路图。图（1-1）异步电动机等值电路其中r、r几分别表示定子绕组电阻和转子绕组电阻折合值；X、X分别表示1 2 1 2

  定子漏抗和转子漏抗折合值；，、为为励磁电阻和励磁电抗；/为定子电流；广三mm 1 2为转子电流折合值；I为励磁电流；，为转差率。0由图可见（其中S=1,匕=1+x），若忽略激磁电路。可把起动时的异步电动机m看成一个由电阻］和电抗x串联的电路，其中：r=cr+c2r x=cx+c2x①=2兀fTOC\o1-5\h\zk1112; k1112;1 1。由此能够分析出起动电流有两个分量，即稳态分量和按指数规律衰减的瞬态分最。瞬态分最的时间常数xk仙r）很小，因而很快衰减，所以异步电动机的起动电流通常认为就是稳态分量，于是得起动电流为：(1-1)I=—U =U(1-1)\oCurrentDocumentstJ(cr+c2r)2+(cx+c2x)2Z%11 12 11 12k如果近似的认为c1*1则可得到:Ist U Ist U ((r+r)2+(x+x)2%1 2 1 2 （1-2）可见，异步电动机的起动电流与外加的电压U1成正比，而与短路阻抗Zk=』rk2+xk2成反比。在标称电压U.下起动，由于短路阻抗乙很小，所以起动电流很大，可达4〜7倍的额定电流q。我们再通过图（1-2）异步电动机起动矢量图分析一下其起动电流成分和功率因数及两者在电机起动过程中的变动情况。由图可见在很大的起动电流中。有功电流I1p占较小一部分，而无功电流I1Q占很大一部分，则起动时电机的功率因数cos*中。很小（0.02左右）。随着电机的起动，功率因数cos。上升，起动电流减小，并且有1功分量逐渐增加，无功分量逐渐减小。三相异步电动机起动电流过大，会造成电网电压下降，这有两方面的影响：（1）是对电动机本身，由于电压太低起动转矩下降很多（M^与M^成正比）当负载较重时，可能起动不了；（2）影响由同一台配电变压器供电的其它负载。

  图（1-2）异步电动机起动矢量从式（1-2）能够准确的看出，降低最初起动电流有如下三种方法：（1）降低电源电压；（2）加大定子边电阻或电抗；（3）加大转子边电阻或电抗。1.1.3交流异步电动机起动转矩分析电动机起动过程中，为了能让生产机械转动起来。M戏必须大于负载转矩如图（1-3）所示：曲线是异步电动机的M-s曲线是两种不同的负载特性曲线。为了能起动起来，必须要求品线段长度大于O线或O线才行。起动程中的转动方程为：M-（M2+M0）=J学 （1-3）式中J是总系统的转动惯量：超/也是异步电动机转子的角加速度。从上式看出，为了让异步电动机能顺利地加速到额定转速。在整个起动过程中，必须要求电磁转矩M始终大于负载转矩M2+M0。另外，在相同的转动惯量下，转矩差值越大，加速越快，起动过程越短。图（1-4）图（1-4）三相异步电动机直接起动从三相异步电动机机械特性中知道，如果在标称电压下直接起动电动机，由于最初起动瞬间主磁通中、约减小到额定值的一半。功率因数cos4又很低，造成了2很大的最初起动电流，而最初起动转矩却并不大。图（1-4）所示为三相异步电动机直接起动时的机械特性与电流特性，其中曲线是起动电流特性。曲线是机械特性。而最初起动转矩过小有时可能不能起动。因为只有在Mt1.1M乙的条件下。电动机才能正常起动。一般地说，如果异步电动机轻载和空载起动。直接起动的起动转矩就可以了，但是如果重载起动，例如M广Mn且要求起动过程快时，直接起动就可能不够了。图（1-3）中忽略了激磁电路的影响（Iw0）且。牝1时有Ig\I，得到最初的起动0 1 11 21转矩，ml2M（1-4）1s（1-4）代入（1-4）得到:Mst2兀Mst2兀f（1-5）式中m1是定子相数；U1是定子电压；p是电机的极对数:从上式看出，三相异步电动机的最初起动转矩M戏有以下特点:在给定电机定子频率及参数条件下，最初起动转矩M^与电压U1认的平方成正比；当电压U和频率f一定时，3r)越大，M就越小；1 1 1 2 st加大起动转矩的办法能够适当加大转子电阻。但不能过分，否则最初的起动转矩反而可能减小。综上，起动过程要考虑下列几个问题：应该有足够大的起动转矩和合适的M-s曲线；尽可能小的最初起动电流；起动的操作应该很方便，起动设各要简单、经济；起动过程中的功率损耗应尽可能少。1.2交流电动机的起动方法1.2.1交流异步电动机的起动方法交流电动机起动方法分为三大类：直接起动、降压起动和变频起动。直接起动时，通过刀闸或者接触器直接把异步电动机接到电源上。从前面的分析可知，用这种方法起动时起动电流很大(可高达额定电流的5-7倍)，会给电源带来不良影响。而降压起动，是利用某些设备或者采用电动机定子绕组换接的方法。使电动机起动时。定子绕组的端电压低于标称电压，从而减小了起动电流。不过，因为电动机的转矩与端电压的平方成正比，所以起动转矩也就减小了。对于起动转矩要求不高的生产机械，能够使用这种方法起动，降压起动一般有以下几种形式：1.2.2定子电路内接入变阻器(或电抗器)起动在电动机起动时，在定子电路内接入变阻器R，待起动完毕，再把它切除。由于电阻上有电压降，使加在定子上的端电压us低于电网电压Un。调节串入电阻R的大小，能够获得允许的最初起动电流。1.2.3星一三角(¥/△)起动如果电动机正常工作时定子绕组是三角形联接，并且有六个出线头，在起动时，可以先把定子绕组改为星形联结，等到电机转起来经历了适当的时间，再改成三角联结。这时加在定子绕组每相的电压是标称电压的1/J3，电网电流是△联接起动时的1/3,最初起动转矩也是△联接时的1/3。1.2.4自耦减压起动器起动电动机容量较大或正常运行时为星形联接的鼠笼电机，有的在定子电路中串接起动补偿器来起动。所谓补偿器，实际是一台自耦变压器。把它的原边接在电网上，副边接在异步电机的定子绕组上，待起动完毕，再把异步电机定子绕组接在电网上.采用补偿器起动时。异步电动机的最初起动电流和最初起动转矩都比直接起动时小K：倍（KA是自耦变压器副边电压和额定电压之比KAVI）。1.2.5延边三角形起动这样的解决方法也是用在正常工作时是三角形联接的电机。由于采用Y/A起动时，最初起动转矩降低到标称电压起动的1/3,只能在空载或轻载下的起动。当要求最初起动转矩降低得少些，就能够使用延边三角形法。延边三角形法起动，要求电动机每相有三个出线头，三相共有九个出线头，把每相绕组分为两部分：Y部分绕组和△部分绕组。上面几种起动办法能够在一定的条件下降低起动电流，但各有缺点：串接变阻器法起动的起动过程中，变阻器消耗大量的电能，所以这种方法不宜用于经常起动的电机上。用电抗器代替变阻器，虽没上述缺点，但需要设备费较大；¥/△起动在切换瞬间会出现很高的电流尖峰，产生破坏性的动态转矩，其引起的机械振动对电机转子、轴连接器、中间齿轮以及负载等都是有害的。自辐变压器体积非常庞大、成本高，而且还存在与负载匹配的电动转矩很难控制的缺点；而延边三角形起动存在着电机定子绕组复杂，抽头触点太多的缺点。2交流电动机软起动方法与基础原理2.1液阻软起动液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。它的阻值正比于相对的二块电极板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电导率都便于控制。液阻的热容量大。液阻的这两大特点（阻值可以无级控制和热容量大），恰恰是软起动所需要的。加上另一个十分重要的优势即低成本使液阻软起动得到普遍的应用。液阻软起动也有缺点：（1） 液阻箱容积大；（2） 移动极板需要有一套伺服机构，难以实现起动方式的多样化；（3） 液阻软起动要维护；（4） 液阻软起动装置不适合于置放在易结冰或颠簸的现场。液阻软起动装置能串在绕线电动机转子回路实现重载软起动，售价低廉，在软起动过程中不产生高次谐波等等，则是它突出的优点。2.2磁控软起动磁控软起动是从电抗器软起动衍生出来的。用三相电抗器串在电动机定子实现降压是两者的共同点。磁饱和软起动不同于电抗器软起动的主要点是其电抗值可控。总体说来，起动开始时电抗器的电抗值较大，在软起动过程中，通过反馈调节使电抗值逐渐减小，及至软起动完成后被旁路。电抗值的变化是经过控制直流励磁电流，改变铁芯的饱和度实现的，所以叫做磁控软起动。显然，电抗值的调节是静止的、无接触的、非机械式的。这就为微电子技术的介入打开了大门。所以，在工作原理上磁控软起动与晶闸管软起动是完全相同的。磁饱和软起动可以在一定程度上完成软停止，能够具有晶闸管软起动所具有的几乎全部功能。磁控软起动装置需要有相对较大功率的辅助电源，噪声较大则是其不足之处。2.3晶闸管软起动晶闸管软起动将引发软起动行业的一场革命。在低压（380伏）范围内，晶闸管软起动主要性能优良。它的体积小、结构紧密相连，几乎免维护，功能齐全，菜单丰富，起动重复性好，保护周全，这些都是其它软起动难以望其项背的。但是晶闸管软起动产品也有缺点:高压产品的价格太高，是液阻的5〜10倍；晶闸管引起的高次谐波较严重；对于绕线转子异步机无所作为。在这几个缺点中，价格高是制约其发展的重要的因素。2.3.1晶闸管调压软起动在工频电源和负载之间接入晶闸管调压器，就能改变负载端的电压。用晶闸管调压的方法有两种：一种是相控调压，另一种是斩波调压，即用双向晶闸管作为静止接触器，交替的接通与切断几个周波的电源电压，用改变接通时间与切断时间之比来控制输出电压的有效值。但是斩波调压用在异步电动机定子上，通断交替的频率不能太低。否则一方面会引起电动机转速的波动，而另一方面每次接通电流相当于一次异步电动机重合闸过程。当电源断开时，电动机气隙中的磁场将由转子中的瞬态电流来维持，并随转子而旋转，气隙磁场在定子绕组中感应的电势频率将有所变化。当断流时间间隔稍长时，这个旋转磁场在定子中感应的电势和重新接通时的电源电压在相位上可能会有相当大的差别，这样就会出现较大的电流冲击，可能危及晶闸管的安全。如通断交替频率较高，每次通断时间间隔中交流电周波数较少，采用整周波斩波操控方法可能转速不够平滑，所以在异步电动机的调压控制中多用相控技术，当然采用相控技术在输出电压波形中含有相当大的谐波，在异步电动机中会引起附加损耗，产生转矩脉动等不良影响。此外，由于异步电动机是感性负载，从电力电子学中我们学到，当交流调压电路带感性负载时，只有当移相角a大于感性负载的功率因数B时，才能起调压的作用。晶闸管相控调压的原理，系统的主回路用六个反并联晶闸管分别串联在Y接法的三相线圈上，这本种连接方式谐波比较少，调压性能最为优越。由于没中线，所以在工作时若要负载电流流通，至少要有两相构成通路，且其中一相是正向晶闸管导通，另一相是反向晶问管导通。为了能够更好的保证在电路起始工作时能使两个晶闸管同时导通，以及在感性负载与控制角较小时仍能保证不同相的两个晶闸管同时导通，要求采用能够产生大于60度的宽脉冲或双窄脉冲的触发电路，以免在aB的情况下交流调压电路中可能只有一个方向的晶闸管在工作，负载上的电压和电流波形将出现正负半波不对称的情况，产生直流分量。触发脉冲次序是从VT1到VT6相邻触发，触发相位互差60度。本系统采用脉冲序列触发方式，使得触发脉冲满足规定的要求。从电力电子学中的分析可知，在带电感性负载时这种交流调压电路控制角的最大移相范围为150度（0度a150度）；而当负载为交流异步电动机、变压器时其控制角的最大移相范围为Va150度2.3.2晶闸管变频软起动改变异步电动机的供电频率，能改变其同步转速，实现调速运行。同样也可用于电动机的起动。对异步电动机进行起动控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱则转子电流下电磁转矩小，电动机的起动能力变弱；磁通太强，则处于过励磁状态，使励磁电流过大，这就限制了定子电流的负载分量，为使电动机不过热，负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通（主磁通）是定、转子合成磁动势产生的，下面说明怎么样才可以使气隙磁通保持恒正。电动机的起动时基频以下的恒磁通变频调速的过程，所以讨论从基频（电动机额定频率f）向下调速的情况。为了保持电动机的负载能力，应保持气隙主磁通中1nM不变，这就要求降低供电频率的同时降低感应电动势，保持E/f=常数，即保持电动势与频率之比为常数。属于恒转矩方式。但是，难于直接检测和直接控制。变频器装置也是一种软起动装置，它是比较理想的一种。价格贵是制约其推广应用的重要的因素。变频调速装置从来都是着眼于调速，不会仅仅为了软起动。在电动机定子回路，通过串入有限流作用的电力器件实现软起动，叫做降压或限流软起动。它是软起动中的一个重要类别。3交流异步电动机的数学模型异步电动机是一个个多输入多输出的多变量系统。由于其输入变量（电压、频率）与输出变量（转速、磁通）之间又互相影响，系统还是一个强耦合的多变量系统；其次，磁通乘以电流产生转矩，转速乘以磁通得到旋转感应电动势，各个量是同时变化的，其数学模型中就含有两个变量的乘积项，使数学模型成为非线形的；最后，由于三相异步电动机定子有三个绕组，转子也可以等效为三个绕组，每个绕组产生磁通时都有自己的电磁惯性，加上运动系统的机电惯性，即使不考虑别的因素，系统也至少是七阶的。总而言之，异步电动机的数学模型是一个高阶、非线性、强藕合的多变量系统。为便于研究，在工程上允许的条件下，常作如下假设：A，忽略空间谐波。认为三相绕组是对称的，空间互差120O电角度，故所产生的磁动势沿气隙圆周按正弦规律分布；B，忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是线性的；C，忽略铁芯损耗；D，不考虑频率和气温变化对绕组电阻的影响。为进一步简化电动机的研究分析，通常将电动机的磁路坐标进行变换，以得到简便的表达式。本章讨论以交流异步鼠笼电动机为主要对象。3.1交流异步电动机的a-b-c数学模型不管电机转子是绕线式还是鼠笼式的，都将其转子等效成绕线转子，并折算到定子侧，折算后的每相匝数都相等。根据这种方法，可将实际电机绕组等效成三相异步电动机的物理模型，如图3-1所示。图中，定子三相轴线A，B，C在空间是固定的，以A轴为参考坐标轴，转子绕组a，b，c。轴线随转、子旋转，转子a轴和定子A轴之间的电角度B为空间角位移变量。如果规定各绕组电压电流磁链、的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则，能够获得由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成的数学模型。图（3-1） 三相异步电动机的物理模型3.1.1电压方程三相定子绕组的电压平衡方程为u=iR+的）.TOC\o1-5\h\zAA1 dt\oCurrentDocumentu=iR+—b （3-1）BB1 dt.「d中u=iR+—^cc1dt,三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为u=iR+二TOC\o1-5\h\za a2 dtu=iR+—b （ 3-2）b b2 dt.「d中广式中u,u,u,u,u,u为定子和转子相电压的僻时值；ABCabci,i,i,i,i,i为定子和转子相电流的瞬时值；ABCabc平，平，甲，甲，甲，平为定子和转子各相，绕组的全磁链;ABCabcR1，R2为定子和转子绕组电阻将电压方程写成矩阵形式，如下：

  「「]R00 0 0 0「i]A1Au0R0 0 0 0i中B1BBU00R0 0 0i中C=1C+PC000R0 01中a2aau000 0R0i中b2bbU00000Ri_lc■- 2-1cc(3-3)或与成： u=Ri+p寸 (3-4)3.1.2磁链方程每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和，中A中B中C中中A中B中C中a中b中cLAALBALCALaALbALcALLAB ACLLBB BCLLCB CCLLaB aCLLbB bCLLcB cCLAaLBaLCaLaaLbaLcaLL一「i]AbAcALLiBbBcBLLiCbCcCLLiabacaLLibbbcbLLLi」cbccc(3-5)或与成：4=Li (3-6)式中：匕了•为i相绕组对j相绕组的互感（i丰j）L为i相绕组的自感。分析能得出，与电机绕组交链的磁通主要有两类；一类是只与某一相绕组交链而不穿过气隙的漏磁通，另一类是穿过气隙的相间互感磁通，后者，是主要的。将定子各相漏感称为定子漏感L，由于对称性，各相漏感值相等；将转子各相漏11感称为转子漏感L.，同样，它们也相等；将与定子一相绕组交链的最大互感磁通称为定子互感1洲，将与转子一相绕组交链的最大互感磁通称为转子互感Lm2，由于折算后定转子绕组匝数相等，且各绕组间互感磁通都通过气隙，磁阻相等，故可以认为L—L。由于每相绕组所交链的磁通是互感磁通与漏磁通之和，所以能得到定子各相自感为：L=L=L=L+LAABBCCml11

  cosG-120。)cos0将磁链方程（3-5）代入电压方程（3-3）得展开后的电压方程(3-15)didL _di8L(3-15)u=Ri+p(Li)=Ri+L—+一i=Ri+L—+一i①dt dt dt80 r式中：L幽是电磁感应电动势中的脉变电动势；dt8LF如是电磁感应电动势中与转速。r成正比的旋转电动势。80r3.1.3运动方程电动机的转矩等于电流不变而只有机械位置变化时，磁场储能对机械角位移0的偏导数（尸=1），故1 8L.1 8L.2~80l（3-16）°1「•”一1、

  802L」_（3-16）得到电动机的运动方程为：d20 d20 d①dtdt11iT与—TJ280l（3-17）式中：J为电动机轴上的集总转动惯量T为负载转矩①r为电动机转子角速度，①=岑

  3.1.4转矩方程i+i+ii+ii)sinG-120AcBaCbT=pL(ii+ii+ii)sir0+(ii+ii+ii)sinG+120)+GnmlLAaBbCc AbBcCa(3-18)上式是在磁路为线性、磁动势在空间按照正弦分布的假定条件下得出的，但对定、转子电流的波形未作任何假定，式中的下标为l都是瞬时值。由（3-4），（3-15）和（3-17）得三相异步电动机的完整数学模型为：u=Ri+L—+①i （3-19）dt r60（3-20）也竺=1[1iT华i—T一 （3-20）dt2 dtJL2 60 L_分析上述方程能够准确的看出，方程阶次高耦合强，且耦合程度还与转子的位置有关，即方程是非定常的，其数学模型是很复杂的，应当通过一些方法将其简化。较常用的方法是坐标变换到d-q或其他坐标系。3.2交流异步电动机的d-q数学模型异步电机在A，B，C坐标系统的数学模型很复杂，坐标变换的目的是简化数学模型。把它变换到两相坐标系上，由于两相坐标轴相互垂直，两相绕组之间没有磁的祸合，仅此一点，就会使数学模型简化许多。（a）三相/二相旋转变换（b）三相/二相静止变换（a）三相/二相旋转变换（b）三相/二相静止变换图（3-2）三相/二相变换两相坐标系中d、q系统是以任意转速旋转的坐标系，有了d-q系统中异步电机的数学模型，要求出某一具体两相坐标系中的模型就非常容易了。把定子和转子电压、电流、磁通都变换到图（3-2）所示的d-q系统，定子各量用脚注1表示，转子各量用脚注2表示。则可得到d-q系统的数学模型为:3.2.1d-q电压方程ud1uqudud1uqud2uLq2」r+pL1s①LpLm(w顷)L—wLr+pL1s—(w—w)LpLmpLmw1Lmr+pL2r(w—w)L—wLpLm—(w—w)Lr+pL2ri•d1ii…id21-q2」（3-21）式中w=p6为d-q系统的旋转速度；11w=p0为转子旋转角速度；wi—w=p（q—6）=pO2=w^为转差角速度;Lm为坐标系定子与转子同轴等效绕组间的互感Lm=（3/2）L^L为d-q坐标系定子等效绕组的自感，L=Lm+%,L为d-q坐标系转子等效绕组的自威，L=Lm+L2.3.2.2d-q系统转矩方程利用变换把转矩公式中的定子、转子三相电流用d-q系统变量代换，简化后得到d-q系统转矩方程为：T=nL(ii—ii) (3-22)epmqld2q2d13.2.3d-q系统转矩平衡方程：（3-23）Jd26Dd6 + =nL(ii+ii)—Tndt2ndtpmq1d2q2d1 L（3-23）3.2.4d-q系统磁链方程：W=Li+Lid1sd1md2（3-24）W=Li+Li（3-24）q1sq1mq2I W=Li+Lid2rd2md1W=Li+Liq2rq2mq1由于变换到d-q坐标系上以后，定子和转子等效绕组都落在d-q轴上，而且两

  轴相互垂直，它们之间没有互感的耦合关系，互感磁链只在同轴绕组之间有，所

  以式中的每个磁链分量只剩下两项了。但是，由于定、转子绕组与坐标轴之间都有

  第16页共42页相对运动，它们都属于伪绕组，每轴磁通在与之垂直的绕组中还要产生旋转电动势，这些电动势项都与相对旋转角转速气、也成正比。d-q坐标系上的数学模型比A，B，C坐标系统的数学模型简单得多，阶次也降低了，但是，它的非线性、多变量、强祸合性质并未改变。3.3交流异步电动机的M-T数学模型为进一步简化模型再次进行坐标变换到M-T坐标系°M-T坐标系下，即将M轴定向到W2的方向，由于W2固定在M轴的方向所以转子磁链在T轴没有分量即：W2=W2，V七2=0。异步电机数学模型的电压方程、电磁转矩方程、磁链方程如（3-25）、（3-26）、（3-27）、（3-28）式所示（笼型转子电机转子短路则U2=U广0）「U「U]-R+Lp—3LLp—3L「i]mll slsmlmmlU3LR+Lp3LLpitllslslmmtl0Lp0R+Lp0i.m2 rm2_0J3L03LRismsr2t2（3-25）电机的电磁转矩方程：（3-26）电机的磁链方程：Li+Li=w （3-27）TOC\o1-5\h\zmmlrm2 2Li+Li=0 （3-28）mtl rt2式中：R，R分别为定、转子电阻；L，L，L分别为定、转子自感、互1 2 ^rm感；气，巴，3叫叶味分别为M-T系统的旋转速度、转子角速度、转差角速度；U，U分别为M轴、T轴定子电压；U，U分别为M轴、T轴转子电压；i，

  ml tl m2 12 mli分别为M轴、T轴定子电流；i，i分别为M轴、T轴转子电流；V为M轴转子tl m2t2 2磁链；°T分别为电磁转矩、负载转矩；P为微分算子；np为极对数。4交流异步电动机起动过程的计算机仿真仿真的基本思想是利用物理的或数学的模型来类比模仿现实过程，以寻求过程和规律。由于在实际工程中，系统可能太复杂，无法求解，所以有必要通过仿真来简化系统，突出其主要矛盾。实物仿真是对实际行为和过程进行仿真，它的优点是直观、形象。但是它的缺点是建立实物模型周期长，而且很难改变系统参数。计算机仿真是利用计算机对所研究系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的主动者一人的思维过程和行为，进行动态性的比较和模仿，利用建立的仿真模型对系统来进行研究和分析，并可将系统过程演示出来。计算机仿真和实物仿真相比，具有很大的优越性。在计算机上对构成的系统模型进行实验，为模型的建立和实验提供了巨大灵活性和方便性。利用计算机，使得实物模型的求解变得更方便、快捷和精确，能解决的问题的领域也大大扩展了。计算机仿真非常适合于解决那些规模大，难以解析以及不确定的系统。4.1仿真软件Matlab的简单介绍首先，它的功能强大。不但在数值计算和符号计算方面具有强大的功能，而且在计算结果的分析和数据可视化方面有着其他类似软件难以匹敌的优势。其次，界面友好，编程效率高。Matlab是一种以矩阵计算为基础的程序设计语言，其指令表达方式与标准教科书的数学表达方式非常接近。最后，扩展性强。这个特点使得用户能自由地开发自己的应用程序。Matlab的这些特点使它获得了对应用学科，特别是边缘学科和交叉科学的极强的适应能力，并很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真以至教学等必不可少的基础软件。Matlab提供的Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。Simulink的目的是让用户能把更多的精力投入到模型设计本身，它首先提供了一些基本模块，这些模块放在浏览器里面，用户都能够随时调用。当模型构造好之后，用户都能够进行仿真，等待结果，或者改变参数，再运行。Simulink有两个特点，一是层次性，层次性的好处是所建立的模型在结构上非常清晰整齐，让人一目了然，而且用户都能够选择从上到下建模，还是从下到上建模。二是封装性，用户都能够对子系统进行封装，并定义该子系统的图标和设置参数对线交流异步电动机的Simulink仿真模型M-T坐标系的数学模型是所得的数学模型中较为简单、直观的，较适用与仿线）变换得：i=♦「L m2Lr将式（4-1）代入式（3-25）矩阵的第三行联立解得：（4-1）V=m——i2Tp+1ml2将式(3-28)变换得：（4-2）；—L； i——―mi12Ltl

  —=3.145 nL/L=1.940 L/L=0.97T pmr mr2np/J=100 K=60/2兀 1/L疽29.412把以上计算的数值代入到仿真模型中相应的环节中，则可对此电机进行仿线全压空载起动仿真结果部分的电机采用在全压空载起动，尤其是中小型电机。以下对此起动方式来进行仿线)仿线)A相电压波形其中，Tl为负载此为空载即为零，Ua、Ub、Uc分别是电源输入，其中Ua波形如图(4-6)。运行仿真可得到其起动特性曲线)：

  起动电流曲线:起动转距曲线:起动转速曲线:从起动电流曲线可得到：起动最大电流约为20安空载运行电流约为0.5安起动电流曲线:起动转距曲线:起动转速曲线:从起动转距曲线可得到：起动最大转距约为26牛•米图（4-7）起动特性曲线）起动特性曲线从仿真结果看可知，电机全压空载起动时，起动电流冲击大，达到20/2.6=7.69倍，而且起动转距在起动瞬间急剧变化。大的电流冲击会对电网的电压造成较大的影响，特别是大容量电机，转距的急剧变化会对电机本体结构产生一定的影响，增大电机

  的振动和噪声，这都是电机起动时所不希望的。4.3.2全压负载起动仿真结果全压负载起动只是在全压空载仿真的基础上把Tl为负载值（Tl=6牛.米），电压不变。起动特性曲线）。起动电流曲线:起动转距曲线:起动转速曲线:从起动电流曲线可得到：起动转距曲线安从起动转距曲线） 起动特性曲线） 起动特性曲线全压负载起动过程与全压空载起动时起动性能基本不变，起动时依旧是电流冲击大，起动转距急激变化。为改进电机的起动，减小起动电流，平稳起动转距，一般会用改变起动电压的方法。4.3.3电压斜坡空载起动完后突加负载仿真结果电压斜坡空载起动一种较为简单的软起动方式，起动时电压从零开始在设定的时间内线性的增加到标称电压，则空载起动完毕，之后电机要带动负载，此时负载是在电机空载运行下突然加上去的，电机在突加负载后电机的运行性能会有较大变化，以下仿真其起动过程，分析各参数。仿线秒线伏，其中一相的斜坡电压信号生成模块如图(4-9)，负载在1.5秒时通过突跳给定，大小为6牛•米，图(4-10)是仿线)斜坡电压信号模块图（4-10）仿真结构图电机起动的斜坡电压波形如图（4-11）图（4-11）电压斜坡起动电压波形仿真运行后得到电机的起动性能曲线），起动电流曲线:从起动电流曲线得到：最大起动电流约为7安空载运行时电流约为1.6安负载运行时电流约为2.4安起动转距曲线:从起动转距曲线得到：最大起动转距约为4牛•米起动转速曲线）电压斜坡起动性能曲线从仿真得到的起动性能曲线能明确的知道：电压斜坡空载起动后突加负载起动时，起动电流较小约为7/2.6=2.69倍，起动转距平滑上升，无冲击。对于可空载起动再加负载的场合是较好的软起动方式。4.3.4电压斜坡负载起动仿真结果对于一些不能空载起动的场合，负载是始终加载在上电机的，但是这种负载是随着电机的转速而增加的，负载曲线）负载曲线从起动转距曲线得到：最大起动转距约为10牛•米从起动转距曲线得到：最大起动转距约为10牛•米仿真运行后得到电机的起动性能曲线），起动电流曲线:从起动电流曲线得到：最大起动电流约为10安负载运行时电流约为2.6安起动转距曲线） 电压斜坡负载起动性能曲线从仿真得到的起动性能曲线能明确的知道：电压斜坡负载起动，起动电流较小约为10/2.6=3.84倍，起动转距平滑上升，无冲击。对于电机带负载起动也是较好的软起动方式。通过仿真的根据结果得出，电压斜坡起动无任是空载起动还是负载起动都是一种较理想的电机软起动方式，减轻了对电机、电网、机械负载的负面影响，提高了电机的的起动性能。5软起动器的设计异步电动机电子软起动器是一种集电机软起动、软停机、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，相比于传统的起动器，它突出的优点体现在能够连续无级的调节电机起动、冲击转矩和冲击电流小、控制简便、起动重复性好以及体积小等方面，本章简略介绍异步电机电子斜坡电压软起动器的设计，并研制其实现的硬件框图和软件流程图。本章内容有以下几部分：1、 软起动器的控制思想方法2、 软起动器的硬件框图3、 软起动器的软件流程图5.1软起动器的操控方法模糊自动控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。从线性控制与非线性控制的角度分类，模糊控制是一种非线性控制，具有快速的响应和较小的过调整。模糊控制器具有如下特点：（1） 模糊控制器是一种语言控制器，采用控制集理论实现对过程的控制。不需要确切了解对象的数学模型。（2） 是一种采用比例因子进行参数设定的控制器，有利于自适应控制。（3） 是一种非线性控制器，具有较强的鲁棒性，对对象参数变化时有较强的适应性。在生产实践中，对那些没有办法获得数学模型或模型复杂的、非线性的、时变的、或是耦合十分严重的系统，无论是经典的PID控制，还是现代控制理论的各种算法，都很难实现控制。但是一个熟练的操作工人或技术人员却能凭借自己的经验，靠眼、耳等感觉器官的观察，经过大脑的思维判断，给出控制量，再经手动操作。就能达到较好的控制效果。因此我们大家可以把人的操作经验归纳成一系列规则，存放在微机中，利用模糊集理论将它定量化，使控制器模仿人的操作策略，这就构成了模糊控制器。用模糊控制器构成的系统就是模糊控制管理系统。Dsp以其运算速度快、稍度高以及逻辑判断能力强的特点，使模糊控制器能借助于微机而容易实现。所以模糊控制是一种智能控制，它已成为一种重要的、大有发展前途的微机控制管理系统。模糊控制器，这一控制器的规则是两输入、单输出，即输入给定量的误差和误差变化率，输出控制变量，其中给定值为设定值，实际值为每设定时长实测的值，控制器的输出为改变控制的量。整个模糊控制过程的目的是通过输入实际值变化求得应该调整的相应控制变化量，再来控制。5.2软起动器的硬件框图本起动器硬件框图如下图（5-1）所示，整个软起动控制器主要可分为六个部分：晶闸管电路、触发控制电路、同步电路、检测保护电路、键盘显示电路和电源电路。本起动器控制主回路是利用晶闸管构成的三相交流调压电路。如图（5-2）所示，FA—FC为快速熔断器，FL1—FR3为压敏电阻，SCRi（i=1-6）为晶闸管，其他的还有并联于晶闸管两端的RC保护电路。其中晶闸管参数选择的依据一是它所承受的最大峰值电压小于其标称电压，二是通过它的最大电流小于其通态平均电流。标称电压即晶闸管的反向峰值电压，采用5-2所示电路时晶闸管所承受的最大电压峰值为380.173V，而通态平均电流要根据电机的容盈和起动时的最大电流来确定。另外晶闸管受过压和过流的能力很差，很短时间的过压和过电流就能把器件损坏。为了使器件能够长期可靠的工作，除了留有余地的合理选择晶闸管外，必须对其进行恰当的过压和过电流保护。凡是超过晶闸管在正常工作时承受的最大峰值电压U的都算过电压。一种是由于晶闸管装置的拉闸、合闸和器件关断等电磁过程引起的过电压，叫操作过电压；另一种是由于雷击等原因从电网侵入的偶然性的浪涌电压，压敏电阻保护主要是针对浪涌过电压进行保护；它可能比操作过电压还要高，与晶闸管并联的阻容保护电路主要是针对操作过电压。图（5-2）晶闸管主回路快速熔断器是晶闸管装置中应用最广泛的过电流保护的方法，它的熔断时间在10ms以内。在选择时，快熔的额定电压大于线路的正常工作电压，熔体的额定电流I按经验应满足1.571II其中I是晶闸管的实际在做的工作电流有效值。kp TAkpT T5.2.2触发控制电路为了简化电路设计。提高可靠性和稳定能力，采用了专为晶闸管及晶闸管整流模块配套使用而设计的固态触发器。用于三相全控桥式整流与逆变装置的触发器，每个交流周期内产生三路相位相差120度的6个双触发脉冲。5.2.3同步电路在对晶闸管的控制过程中，同步信号占有很重要的地位，它决定着系统与电网的同步程度及晶闸管导通的对称度和精度。同步采集电路用于把三相正弦信号变为对应的三相矩形波信号。5.2.4检测及保护电路本系统的保护电路除了前面介绍的对晶闸管的过压和过流保护电路外，还有针对电机的保护电路，这些保护电路主要对电机提供防止缺相、逆相序、过流过压、短路等的各种保护，这些保护大部分由软件实现，反应灵敏、保护可靠。传统对电机的保护一般都会采用熔断器、自动空气开关和电磁式电流继电器作短路保护；用双金属片式温度继电器、热敏电阻式温度继电器作三相不平衡保护；用自动空气开关、电磁式电流继电器和温度继电器作过载保护，这些保护的方法效果较好但具有如装里复杂、事先整定复杂、易产生误动作、精度不高等缺点。而本起动器正是克服以上缺点，在进行三相电流转换的荃础上，通过程序就可以实现上面的各种保护。5.2.5键盘显示电路本软起动器在起动和运行过程中需要显示和输入多组数字量和状态信号。例如：起动前的预定时间、软起动基值电压、起动后的电流值、电压值、故障发生的原因、软制动基值电压、软制动时间等。采用四位七段数码管作为显示器，可采用动态扫描的显示方式。5.2.6电源电路本软起动器采用开关电源电路为每个部分提供电源，为满足系统各部分互相隔离的需要.共提供了四组电源：1、 产生+5V：为数字电路芯片提供电源。2、 VD+(+15V),VD-(-15)为同步电路提供电源，和+5V共地。3、 VDN+(+15V),VDN-(-15)：为测量电压的互感器提供电源.4、 15V：为其它两组电压互感器提供电源。5.3软起动器的软件流程图在电机控制管理系统中引入微机控制技术是本课题的一个很重要的部分，优化电机的起动性能是进行本课题研究的目的。而其中系统软件的设计在控制管理系统中有着举足轻重的地位，它关系到系统能否正常运行、能否较好的满足系统的设计的基本要求。在本控制系统中，为了简化硬件、提高系统的可靠性，很大一部分硬件功能由软件来实现，因此软件设计关系到整个系统性能。

  图（5-3）主程序框图5.3.1主程序图（5-3）为DSP的主程序框图，主要负责的是系统管理，如完成故障诊断、系统保护、起停检测等功能。5.3.2系统初始化程序系统初始化模块的功能主要是进行系统的自检、初始化。系统初始化模块流程图如图（5-4）所示。为了能够更好的保证系统的正常和安全运行，希望对于一些可能的系统故障尽量在系统运行前就发现并及时做处理，团此在主程序中设置自检功能是很重要的。系统自检主要系统内存和I/O口进行仔细的检测，若发现故障即显示并报警，并做出相应的处理。系统初始化的主要对象有:将工作内存初始化清零。设置中断屏蔽控制字。事件管理器初始化。I/O口初始化。初始化显示部分。初始化控制标志。图（5-4）系统初始化模块流程图5.3.3系统运行模块程序运行处理模块是总系统的核心单元。该模块主要是依据键盘的设定对系统的额定电流，起始电压，起动方式的起动允许电流、起动时间和制动方式等参数做处理，并在不同的起动方式下起动、稳定运转及制动。程序框图如图（5-5）所示。

  在这个模块中，系统要完成以下功能：给定参数初始化、触发脉冲序列的发生、运作时的状态的切换（起动状态，稳定运作时的状态、制动状态）、等。图（5-5）系统运行模块程序5.3.4软停车模块程序软制动开始让电压线性下降，然后在指定的时间内线性下降到切断电压，接着就发封锁脉冲关断晶闸管使电机完全制动。软制动过程也在定时器中断中完成，在主程序中只是设置软制动状态标志。图（5-6） 软停车模块程序结束语三相异步电动机是电力机械的最主要的原动机：三相异步电动机用电占全国总用电量的60%以上，这些电动机拖动着90%以上以电为能源的运动机械。所以研究怎么样平稳地起动电动机减小电动机对电网的冲击和节约能源方面具备极其重大的意义。本文着眼于解决交流异步电动机起动过程中的大电流冲击和安全生产所需要的各种保护两方面的问题，通过建立电机数学模型进行计算机仿真为软起动器的起动方式的选择进行了探索与验证。为软起动实现奠定了理论基础。从而能够研制出了一种具有软起动和各种保护的超高的性价比中、大功率交流异步电动机多功能控制器。在控制中运用了模糊控制的方法，实现了电动机的斜坡起动过程。模糊控制在电动机控制过程中应用，能取得了较好的控制效果。采用具有超高的性价比的Dsp作为控制的核心，并采用晶闸管触发器作为对晶闸管的移相控制。简化了硬件和软件的设计，提高了系统的可靠性。利用微机对电动机进行短路、过流、过压、缺相、逆相序等全方位的保护。为智能化的电机控制保护器应用于实际生产提供了参考。参考文献《交流电机及其系统的分析》高景德、李发海 清华大学出版社1993《电动机的起动、制动和调速》周希章、周全 机械工业出版社2001《电气工程学概论》［美］dell 清华大学出版社2003《试论软起动》李德楷 《煤矿设计》2000年第1期《电机软起动器的探讨》韩永清、齐永杰 《自动化博览》《电机软起动控制模块的功能及其应用》石光峰 《电气传动》2002年第1期《软启动器及其应用》贾培亮 《山西建筑》2002年12月《三相笼型异步电动机的起动》张明、刘季平、许红 《锦州师范学院学报》（自然科版）2001年9月《Simulink4建模及动态仿真》王沫然 电子工业出版社2002《基于Matlab的动态模型与系统仿真工具一Simulink3.0/4.X》邱晓林立天柁 西安交通大学出版社2003《DSP芯片的原理与开发应用》张雄伟 电子工业出版社，1997《感应电动机变频调速矢量控制度系统的研究》崔纳新 电机与控制学报，1999致谢在完成本文以及即将结束大学学习和生活之时，于此我谨表达如下谢意：首先感谢我的指导老师彭晓教授，从选题开始到成文，他一直都给予了我悉心的指导和帮助，并提出了许多宝贵的意见和建议，使我得以顺利完成本文。在我毕业设计期间，老师严谨的治学态度，以及他对我的谆谆教诲，使我终生受益。我还要感谢在课题的研究和论文的撰写过程中，给予我指导和帮助各位老师。此外，对于电气工程系的老师们4年来对我的教育和培养，我也表示深深地的谢意。另外，在课题的研究和论文的撰写过程中，我还得到同学和朋友的全力支持和帮助，在此我向他们表示感谢。最后，我要感谢的是我的亲人们，他们一直是我成长的坚强后盾，他们的支持、关心和鼓励使我得以顺利完成大学学习。

  1. 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。

  2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，若需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。

  3. 本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。

  5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。

  7. 本站不保证下载相关资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这一些下载相关资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

  2022年四川省成都市普通高校对口单招计算机基础自考真题(含答案带解析)

  本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接被用户来下载，本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人(含作者)所有。人人文库仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对上载内容本身不做任何修改或编辑。若文档所含内容侵犯了您的版权或隐私，请立即通知人人文库网，我们马上给予删除！

  山西省河曲县以政府购买服务方式招考40名大学毕业生到村工作【共500题附答案解析】模拟试卷

  2022安徽滁州市凤阳县事业单位公开招聘【共500题附答案解析】模拟试卷

  2022浙江丽水市百山祖国家公园龙泉保护中心公开招聘国家公园管理员6人【共500题附答案解析】模拟试卷

  2022中国环境科学研究院流域水环境污染综合治理研究中心博士后公开招聘（北京）【共500题附答案解析】模拟试卷

  浙江宁波市镇海区委党校公开招聘编外人员1人【共500题附答案解析】模拟试卷

  2022安徽淮北市烈山区事业单位公开招聘【共500题附答案解析】模拟试卷

  2022浙江宁波市鄞州区住房和城乡建设局下属住宅管理中心公开招聘编外人员1人【共500题附答案解析】模拟试卷