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

1、<p>　　交流電動(dòng)機(jī)減壓軟起動(dòng)系統(tǒng)仿真</p><p>　　1 設(shè)計(jì)要求與方案 </p><p>　　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=0.19kg·m2。</p>

2、<p>　　要求完成的主要任務(wù): </p><p>　?。?）設(shè)計(jì)軟起動(dòng)器原理圖；</p><p>　?。?）建立軟起動(dòng)器仿真模型；</p><p>　?。?）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。</p><p><b>　　2 原理和參數(shù)</b></p>

3、<p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　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

4、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。</p><p>　　圖1

5、晶閘管軟起動(dòng)的原理圖</p><p>　　圖2 晶閘管軟起動(dòng)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(rèn)。</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(rèn)。</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(rèn)。</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(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

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(dòng)機(jī)起動(dòng)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(jī)直接起動(dòng)</p><p>　　直接起動(dòng)仿真圖如圖6所示。</p>

9、<p>　　圖6 交流電機(jī)直接起動(dòng)仿真圖</p><p><b>　　3 仿真波形分析</b></p><p>　　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。</p><p>　　圖7 軟起動(dòng)電機(jī)定子電流ia</p>

10、;<p>　　圖8 軟起動(dòng)電機(jī)定子電流ib</p><p>　　圖9 軟起動(dòng)電機(jī)定子電流ic</p><p>　　圖10 軟起動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速曲線</p><p>　　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)勢很明顯。</

11、p><p>　　圖11 軟起動(dòng)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩曲線</p><p>　　圖12 軟起動(dòng)電機(jī)輸入電壓有效值</p><p>　　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。</p><p>　　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。</p><p>　　圖13 直接起動(dòng)電機(jī)定子電流ia&

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

13、gt;　　設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)，題目要求難度并不大，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：</p><p>　　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。</p><p>　　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)

14、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。</p><p>　　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。</p><p>　　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

15、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。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[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,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(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.北京:電子工業(yè)出版社,2008</p><p>　　[5]許鎮(zhèn)琳.運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)mat