【正文】 導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)使用壽命的大大縮短。在解決恒流控制問(wèn)題中，采用PID控制器對(duì)交流調(diào)壓鼠籠電機(jī)的啟動(dòng)電流實(shí)施控制，并利用Matlab／Simulink工具箱建立電機(jī)模型，對(duì)結(jié)果進(jìn)行了仿真。在分析了三種交流調(diào)壓電路的有限狀態(tài)機(jī)模型的基礎(chǔ)上對(duì)交流調(diào)壓電路觸發(fā)的穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步分析和比較了現(xiàn)有的觸發(fā)方案(電壓同步雙脈沖觸發(fā)和電壓同步寬脈沖觸發(fā))的可靠性，確認(rèn)了電壓同步寬脈沖觸發(fā)方案為最佳，并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些結(jié)論，對(duì)三相交流調(diào)壓軟啟動(dòng)電路的研究和設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。但是隨著其性能的不斷提高，它在啟動(dòng)過(guò)程中存在的諸多問(wèn)題也不斷的被暴露出來(lái)，尤其是對(duì)于大功率的三相交流異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)其弊端則更顯突出。由于啟動(dòng)電流I和電源電壓U成正比，因此適當(dāng)降低電壓U可以達(dá)到控制啟動(dòng)電流過(guò)大的目的，但是又由于電磁轉(zhuǎn)矩T與電源電壓U成正比，所以啟動(dòng)電流的減小是以犧牲啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為代價(jià)的，因此這種啟動(dòng)方法主要應(yīng)用在對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的生產(chǎn)機(jī)械上。在啟動(dòng)的過(guò)程中，要逐個(gè)的切除外加電阻，直到啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。其不足之處在于由于不限流，那么在電機(jī)起動(dòng)的過(guò)程中，有時(shí)產(chǎn)生的較大的沖擊電流會(huì)使晶閘管損壞，對(duì)電網(wǎng)影響比較大，所以實(shí)際應(yīng)用較少。 斜坡恒流軟啟動(dòng) (3)階躍啟動(dòng)。脈沖恒流軟啟動(dòng)方式的啟動(dòng)沖擊轉(zhuǎn)矩大，適用于重載啟動(dòng)，如皮帶輸送機(jī)、破碎機(jī)的帶載啟動(dòng)等。軟起動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中保持恒流，確保電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)。最后確認(rèn)了電壓同步的寬脈沖觸發(fā)方案更好。通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)改變加到定子端的電壓。電路中所有元器件的工作情況的組合構(gòu)成了該電路的一個(gè)工作狀態(tài)。當(dāng)電路工作在“三相全導(dǎo)通——兩相導(dǎo)通”交替工作模式時(shí)，設(shè)定相電壓的零相位點(diǎn)為觸發(fā)角的起始點(diǎn)，那么顯然，是電流開(kāi)始上升那一點(diǎn)滯后于電壓零相位點(diǎn)的電角度。 “三相全導(dǎo)通”和“兩相導(dǎo)通”交替出現(xiàn)的有限狀態(tài)機(jī)模型 假設(shè)電路初始的工作狀態(tài)是三相導(dǎo)通狀態(tài)，即A+B+C，那么當(dāng)A相電流過(guò)零時(shí)，晶閘管Thl由于電流過(guò)零而被關(guān)斷，電路進(jìn)入兩相導(dǎo)通B+C狀態(tài)，當(dāng)A相電壓負(fù)相的觸發(fā)脈沖觸發(fā)Th4，使得A相導(dǎo)通時(shí)，電路便又進(jìn)入了三相導(dǎo)通AB+C狀態(tài)，依次類推。如果每一相的兩個(gè)反向并聯(lián)的晶閘管(如Th2和ThThl和Th4，Th3和Th6，)共用一組觸發(fā)脈沖，稱之為三路觸發(fā)方案。一般可將觸發(fā)脈沖的最小寬度取為，但根據(jù)雙脈沖的組成原理，每個(gè)觸發(fā)脈沖的寬度又不能超過(guò)60，即脈沖寬度路中，考慮了觸發(fā)脈沖的寬度問(wèn)題以后，如果，即第一個(gè)脈沖的后沿在電流過(guò)零之后到達(dá)，與此同時(shí)第一個(gè)脈沖還存在，則對(duì)應(yīng)的晶閘管可能被觸發(fā)，為了使其可靠工作，要求留給電流上升的電角度要大于，即或者，這樣才能在觸發(fā)脈沖消失以前使電流上升到掣住電流。觸發(fā)不穩(wěn)定的電路不但無(wú)法正常工作，嚴(yán)重的還會(huì)引起事故。首先，它使電機(jī)不能正常工作，有可能會(huì)使電機(jī)的機(jī)械部分由于受到劇烈震動(dòng)而損害，更為嚴(yán)重的是它會(huì)向電網(wǎng)注入直流分量，而由于變壓器及各種電氣設(shè)備線圈的直流電阻很小，很少的直流分量就會(huì)產(chǎn)生巨大的直流電流而燒毀設(shè)備。此觸發(fā)方案由于采用電源電壓作為同步信號(hào)，不需要實(shí)時(shí)檢測(cè)電流信號(hào)，但是由于要保證脈沖寬度，因此這種觸發(fā)方式要求脈沖變壓器的容量要足夠大，這是此種觸發(fā)方式的缺點(diǎn)，克服這一缺點(diǎn)的辦法是采用脈沖序列代替寬脈沖。其電流波形在轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定以后出現(xiàn)不規(guī)則情況。 利用MATLAB進(jìn)行電機(jī)動(dòng)態(tài)特性仿真，首先最為關(guān)鍵的是建立起一個(gè)便于仿真的電機(jī)數(shù)學(xué)模型。進(jìn)一步由及式()有 () 再代入式（）可將其第一行解耦出來(lái)，其余三行組成一個(gè)三階方程組 () () 令 就可以將式（）寫(xiě)成 () 整理上式得到： () 式（）是狀態(tài)方程形式的鼠籠電機(jī)的BC兩相導(dǎo)通的數(shù)學(xué)模型。 AC兩相導(dǎo)通時(shí)的變量變換過(guò)程的變換，成功將式()中的第一行解耦出來(lái)，得到鼠籠式異步電機(jī)AC兩相導(dǎo)通的數(shù)學(xué)模型對(duì)于C相電流截止的情況，其處理方法與B相電流截止的方法相似，用到的公式()、()和()分別與公式()、()和()對(duì)應(yīng)。圖中integrator為積分器。 首先，程序的初始化部分包括電機(jī)參數(shù)選擇、仿真步長(zhǎng)設(shè)定、仿真總時(shí)間設(shè)置(是其步長(zhǎng)的整數(shù)倍)、電流極小值設(shè)定(如果某相電流的絕對(duì)值小于，則認(rèn)為該相電流為零)以及電流截止建(或觸發(fā)角)設(shè)定等。 程序進(jìn)入三相全不導(dǎo)通模塊后，則等待觸發(fā)脈沖的到來(lái)，如果BC相被觸發(fā)則進(jìn)入BC兩相導(dǎo)通模塊。另外，由于轉(zhuǎn)速變化的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電流變量的變化速度，這里計(jì)算轉(zhuǎn)速變量時(shí)采用一階歐拉積分法，如式()所示。圖中的被控對(duì)象為交流調(diào)壓電路和鼠籠式異步電機(jī)，輸入量c為系統(tǒng)給定，即為電機(jī)最大啟動(dòng)電流的設(shè)定值。響應(yīng)曲線法的整定過(guò)程是：將比例系數(shù)置為1，積分系數(shù)和微分系數(shù)都置為0，得到開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，并從該響應(yīng)曲線上獲取相關(guān)的信息，最后由經(jīng)驗(yàn)公式算出PID控制器的各參數(shù)。由該響應(yīng)曲線可以看出，在啟動(dòng)過(guò)程的絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，響應(yīng)值都小于給定值，即存在一定的“靜差”。a) A相定子電流波形和轉(zhuǎn)速波形b) A相定子電流波形和觸發(fā)脈沖波形本節(jié)的仿真結(jié)果再次驗(yàn)證了第二章得出的結(jié)論。根據(jù)交流調(diào)壓鼠籠式電機(jī)的啟動(dòng)電流控制系統(tǒng)的特征，將PID控制器應(yīng)用于該控制系統(tǒng)，給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并通過(guò)MATLAB進(jìn)行了驗(yàn)證?！?】 王淑紅、朱玉紅．三相異步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)．機(jī)床電氣。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我?！?2】 R．S．Janardhana Iyengar and v．v．Sastry．Fuzzy Logic Based softstart for Induction MotorDrives．Conference Record ofthe 1995 IEEE，2005，1：121—128。【4】 余洪明．“軟起動(dòng)”的由來(lái)和應(yīng)用．電工技術(shù)雜志。在查閱了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)以上問(wèn)題，本文對(duì)晶閘管移相交流調(diào)壓鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)電路的觸發(fā)方案穩(wěn)定性和啟動(dòng)電流的控制方面展開(kāi)了深入的研究和分析。 Kp=Ki=150、Kd=O時(shí)的定子電流曲線(3)引入微分作用首先將Kd按經(jīng)驗(yàn)值設(shè)置，并由小到大加入，若曲線超調(diào)量大而衰減慢，則需要增大Kd，若曲線振蕩厲害，則應(yīng)減小Kd，觀察曲線，在適當(dāng)調(diào)節(jié)Kp和Ki，反復(fù)調(diào)試直到得到滿意的過(guò)渡過(guò)程曲線為止。采用湊試法的具體整定步驟：(1)首先調(diào)節(jié)KpKp、Ki和Kd為零，在使K，為某一經(jīng)驗(yàn)初值的條件下，將系統(tǒng)投入運(yùn)行，再根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)來(lái)整定K口。但是，對(duì)于一定的系統(tǒng)，合理的參數(shù)組并不唯一，PID參數(shù)的整定是一項(xiàng)實(shí)踐性很強(qiáng)的、與現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)的非常細(xì)致的工作。PID控制是應(yīng)用最為廣泛的一種控制規(guī)律，PID控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、控制效果好和魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，且PID算法原理簡(jiǎn)明，參數(shù)物理意義明確，是一種公認(rèn)的良好控制方案。(包括各相相電流曲線、轉(zhuǎn)速曲線和轉(zhuǎn)矩曲線等)。若三相的電流都沒(méi)有過(guò)零，則返回到三相導(dǎo)通模式。對(duì)該模型仿真得到的定子電流、。其仿真模型包括四個(gè)主要部分：電源電壓部分、Park變換部分、電機(jī)模型部分和Park逆變換部分。下面以B相電流截至情況為例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明，具體方法如下：式(3．1)中等號(hào)右邊的三相坐標(biāo)變量是按照ABC順序排列的，因此其等號(hào)左邊的變量均為基于該順序的兩相坐標(biāo)變量。 為得到、坐標(biāo)系下一部電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，首先要對(duì)三相電源電壓進(jìn)行如式()的派克(Park)變換，式()中的x變量可以是電源電壓變量、電流變量、磁鏈變量，將三相電壓變換為、坐標(biāo)下的兩相電壓（)。a）A相電流波形和轉(zhuǎn)速波形b)A相電流波形以及對(duì)應(yīng)的觸發(fā)脈沖波形和電源電壓波形采用電壓同步寬脈沖觸發(fā)方案得到的仿真波形如圖2．19所示。m、T=118N可控整流電路的寬脈沖觸發(fā)是用一個(gè)寬度大于60的脈沖代替原來(lái)的每相中的雙脈沖，但對(duì)于交流調(diào)壓電路這還不夠，其寬度還要使式()和式()的左側(cè)成立，即和，這樣才可以避免上述不穩(wěn)定現(xiàn)象的產(chǎn)生。而每相雙脈沖中的第一個(gè)觸發(fā)脈沖是在反向的晶閘管斷開(kāi)以前到達(dá)的，所以沒(méi)有發(fā)揮任何的作用。此時(shí)，功率因數(shù)角、觸發(fā)角為=1脈沖寬度P=15，顯然，能滿足式()，但式()不成立，由于采用的觸發(fā)電路不同，所以得到的電流波形完全不同，、電源相電壓和A相晶閘管Thl的觸發(fā)脈沖波形。因?yàn)榱酚|發(fā)方案可以減少晶閘管控制極的損耗，從觸發(fā)的邏輯上看也十分清晰；而三路觸發(fā)方案電路的實(shí)現(xiàn)雖然簡(jiǎn)單，又可以節(jié)省硬件資源，但當(dāng)正向(負(fù)向)觸發(fā)脈沖對(duì)負(fù)向(正向)晶閘管產(chǎn)生誤觸發(fā)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電路的失控。 。而當(dāng)≥150時(shí)，由于電流流入相的(例如B相)相電壓已經(jīng)高于流出相(例如A相)的相電壓，三相繞組實(shí)際上已經(jīng)不可能通電，電機(jī)也不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。下面是用大寫(xiě)字母表示的導(dǎo)通器件所屬的相，用“+”表示流向負(fù)載端，用“表示流向電源端，即A+、A、B+、B、C+、C分別表示晶閘管Thl、ThThThThTh2導(dǎo)通。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)完成以后，即當(dāng)其端電壓升高至額定電壓時(shí)，三相旁路接觸器吸合，使電動(dòng)機(jī)直接并網(wǎng)運(yùn)行。 第2章 交流調(diào)壓軟啟動(dòng)電路的觸發(fā)方案的研究交流電動(dòng)機(jī)的傳