【正文】 技術(shù)人員知識(shí)老化的單位，是不會(huì)樂(lè)意選用高技術(shù)含量產(chǎn)品的。據(jù)我了解，發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的液態(tài)軟啟動(dòng)產(chǎn)品，一律用在中壓繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)中。使用較多的是16位機(jī)，如 INTEL公司的 8XC196系列單片機(jī)，此外，還有使用 8位和 32位機(jī)，有的正在開(kāi)發(fā)使用 DSP作為控制元件的軟啟動(dòng)器。這類(lèi)負(fù)載采用晶閘管電子軟啟動(dòng)方式，能很好的減小啟動(dòng)沖擊電流，而且在停機(jī)時(shí)可以采用軟停車(chē)，避免水錘效應(yīng)。也就是取同一相電壓與電流的下降沿過(guò)零的相位差作為反映電機(jī)負(fù)載情況的反饋信號(hào) ， 通過(guò)功率因數(shù)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一個(gè)合適的給定電壓 ， 控制電機(jī)在效率較高的狀態(tài)下運(yùn)行。實(shí)際上，由于電動(dòng)機(jī)的型式、容量不同以及被拖動(dòng)負(fù)載的性質(zhì)和工作狀態(tài)不同，節(jié)能效果都不一樣，不可一概而論。 2 11 ?????? ??????????? SSVVPP NNCuCu （ d）定子銅耗 2CuP 。當(dāng)降壓時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)差率 s 略有增加，機(jī)械損耗降低不多。從電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的節(jié)能效果分析異步電動(dòng)機(jī)的損耗分交流電機(jī)軟啟動(dòng)的技術(shù)原理與仿真 15 為以下 5個(gè)部分： （ a）鐵耗 FeP 。 （ d）軟啟動(dòng)離線仿真研究可以預(yù)知在硬啟動(dòng)過(guò)程中電機(jī)轉(zhuǎn)速，電流，線電壓和其它機(jī)械特性，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和用戶有重要的指導(dǎo)作用。 （ 4）轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng) 轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制器啟動(dòng)一樣也是用在重載啟動(dòng)的場(chǎng)合。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)。 下面介紹三種晶閘管軟啟動(dòng)的方式 ： a）斜坡恒流軟啟動(dòng)： 斜坡恒流軟啟動(dòng)的啟動(dòng)電流逐步平穩(wěn)增加，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩由小逐漸增大（如圖 22 所示）。 新型的電子式軟啟動(dòng)器 [8]的主回路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路，調(diào)壓電路由六只晶閘管兩兩反向并聯(lián)組成，串接與電動(dòng)機(jī)的三相供電線路上。 （ c） 變頻器可短時(shí)間超載啟動(dòng) ， 而軟啟動(dòng)很難 做 到 。這種電壓脈沖序列可以大大減小負(fù)載電流中的高次諧波分量。 另外，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)的降速和停機(jī)是通過(guò)逐漸減小頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以通常需要加入能耗制動(dòng)環(huán)節(jié)。 停車(chē)方式有三種：一是自由停車(chē)，二是軟停車(chē)，三是制動(dòng)停車(chē)。這樣，啟動(dòng)時(shí)連接成星形的定子繞組電壓與電流都只有三角形時(shí)的 31 ，由于三角形連接時(shí)繞組的電流是線路電流的 31 ，而星形連接時(shí)兩者相等。啟動(dòng)時(shí)先合 3Q，再合 KM1，電動(dòng)機(jī)的定子繞組通過(guò)自耦變壓器接到三相電源上降壓?jiǎn)?dòng)。 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng) 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)是利用自耦變壓器降低加到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓，以減小啟動(dòng)電流。 定子串電阻或電抗器減壓?jiǎn)?dòng) 串電抗器后，啟動(dòng)電流成正比減小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩則成平方關(guān)系地減小，因此電抗器阻值的選擇必須依據(jù)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)阻力矩的情況，只有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于阻力矩電機(jī)才能順利啟動(dòng)。如果電機(jī)功率大于，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下 式要求者，電動(dòng)機(jī)也允許直接啟動(dòng) 。這個(gè)前提是對(duì)具體電動(dòng)機(jī)在具體的電網(wǎng)中，選擇合適的啟動(dòng)方式。首先，直接啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，不需額外添加啟動(dòng)設(shè)備，降低成本和維修費(fèi)用。目前的軟啟動(dòng)器一般有以下幾種啟動(dòng)方式： （ a） 限流軟啟動(dòng)：限流軟啟動(dòng)顧名思義就是在電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程中限制其啟動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值 (mI )的軟啟動(dòng)方式。這種啟動(dòng)方式，降低了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)電流。從而有效抑制交流電機(jī)啟動(dòng)沖擊電流，減小啟動(dòng)沖擊轉(zhuǎn)矩。 傳統(tǒng)的啟動(dòng)技術(shù) 三相交流異步電機(jī)一般不采用直接啟動(dòng)的情況下可以考慮傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式。 但是直接啟動(dòng)有著不可避免的危害，并且存在很大的弊端，在這里我們就簡(jiǎn)單得從以 下幾個(gè)方面看一下直接啟動(dòng)的弊端： （ a） 對(duì)電網(wǎng)的沖擊： 過(guò)大的啟動(dòng)電流（空載啟動(dòng)電流可達(dá)額定電流的 4～ 7 倍 [2]，負(fù)載啟動(dòng)時(shí)可達(dá) 8～ 10 倍或更大），其轉(zhuǎn)速要在很短的時(shí)間內(nèi)從零升至額定轉(zhuǎn)速，會(huì)在啟動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生沖擊，造成電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備，還可能引起欠壓保護(hù)動(dòng)作，造成設(shè)備的有害跳閘。 關(guān)鍵字： 交流電機(jī)，軟啟動(dòng)，仿真， matlab，節(jié)能 II Simulating and Analysis about Softstarting Theory of Induction Motor ABSTRACT This article first elaborated the alternating current machine line start, elaborated the line start harm like electrical work impact, the machinery impact, to produces the machinery to have the impact and so on, narrated the alternating current machine line start limiting condition。 其次詳細(xì)論述了幾種主要的交流電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)原理。傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式， 無(wú)論是星 三 角啟動(dòng)或自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)等啟動(dòng)方式，雖然減少了啟動(dòng)電流，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也同時(shí)減少，只能應(yīng)用在輕載或空載啟動(dòng)場(chǎng)合。 （ c） 對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊： 啟動(dòng)過(guò)程中的壓力突變往往造成泵系統(tǒng)管道、閥門(mén)的損傷，縮短使用壽命， 影響傳動(dòng)精度，甚至影響正常的過(guò)程控制。對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組來(lái)說(shuō)，星型連接比三角形連接的端電壓降到 31 。在啟動(dòng)初時(shí)，轉(zhuǎn)子回路串入電阻，相當(dāng)于增大轉(zhuǎn)子電阻，串入電阻器分壓限流作用。使用這種降壓方式，當(dāng)配電系統(tǒng)中的電流下降到全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的 1/2 時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩沒(méi)有降到原來(lái)的 1/4，只降到原來(lái)的 1/2，因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。 （ c）轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)：主要用在重載啟動(dòng)，它是按電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓。但是，全電壓直接啟動(dòng)也存在諸多缺點(diǎn)。 （ c）配電母線上未接其它用電設(shè)備時(shí)，可按保證電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件要求確定：對(duì)于低壓電動(dòng)機(jī)，還應(yīng)保證接觸器線圈電壓不低于釋放電壓。 減壓?jiǎn)?dòng)（降壓?jiǎn)?dòng)）具體方式選擇跟廠家經(jīng)濟(jì)情況和交流電機(jī)本身有關(guān)。 選用電抗器時(shí)便會(huì)陷入這樣的矛盾之中：為了減小啟動(dòng)電流總希望電抗值大一些，但這樣又容易造成啟動(dòng)失敗，尤其是當(dāng)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定和負(fù)載狀況經(jīng)常變化時(shí)；為了保證啟動(dòng)的成功率，電抗值就要小一些，但這樣啟動(dòng)電流又偏大。由變壓器原理，得 121 WWUUx ? (12) 設(shè) xI 為定子電壓 xU 時(shí)的啟動(dòng)電流， stI 則為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流，則： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 6 1UUII xstx ? (13) 將式 12 代入式 13，得 12WWIIstx ? (14) 再利用變壓器原理，得 121 WWIIx ? (15) 再將式 14 乘以式 15，得 2121 ????????? WWIIst (16) 由式 1式 1式 15和式 16可知，利用自 耦 變壓器后，電壓 xU 降低到 112 )( UWW ，定子啟動(dòng)電流 xI 也降低到 stIWW )( 12 。這是它優(yōu)于串電抗器啟動(dòng)的地方。圖 14 所示為星形－三角形啟動(dòng)的原理線路圖。變頻器產(chǎn)生于 20 世紀(jì) 60 年代。 由 ?? cos2ICT T? 可知：當(dāng)磁通 ? 不變時(shí)，即可保證轉(zhuǎn)矩 T 基本不變。 變頻軟啟動(dòng)與軟啟動(dòng)的比較 （ a）兩者所具有的功能不同， 軟啟動(dòng)器只有啟動(dòng)一個(gè)功能，但變頻器有三個(gè)功能：?jiǎn)?dòng)、調(diào)速、節(jié)能；但是軟啟動(dòng)器的價(jià)格只有變頻器的十分之一，且軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)任務(wù)完成后，能從回路中切除，但變頻器不能，一直連接在回路中，因此變頻器會(huì)發(fā)熱，這樣會(huì) 減少 其使用壽命。但是由于變頻器價(jià)格高，所以軟啟動(dòng)器還是被廣泛采用。 圖 21 電子軟啟動(dòng)的基本原理圖 所謂“軟啟動(dòng)”，實(shí)際上就是按照預(yù)先設(shè)定的控制模式進(jìn)行的降壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程。斜坡恒流軟啟動(dòng)一般適用于輕載或空載的啟動(dòng)。改進(jìn)的方法是采用雙斜坡啟動(dòng)：輸出電壓先迅速上升至U1， U1 為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 所需的最小轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電壓值，然后按設(shè)定的速率逐漸升壓，直交流電機(jī)軟啟動(dòng)的技術(shù)原理與仿真 13 至達(dá)到額定電壓。 （ 5）電壓控制啟動(dòng) 電壓控制啟動(dòng)是用在輕載啟動(dòng)的場(chǎng)合，在保證啟動(dòng)壓降的前提下使電動(dòng)機(jī)獲得最大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短啟動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟啟動(dòng)方式。而雜散損耗 ( stW )是由漏磁通以及高次諧波磁通引起的損耗。1 ????????nFe UUP ，顯然鐵耗隨 39。1U 的降低導(dǎo)致氣隙磁通 F 下降，而電磁轉(zhuǎn)矩 emT 正比239。 （ e）附加損耗 adP 。圖 210是軟啟動(dòng)節(jié)能控制器的原理框圖 [11]。大功率交流電機(jī)軟啟動(dòng)，有著較好的節(jié)能效果，適用了社會(huì)的需要，在未來(lái)交 流電機(jī)啟動(dòng)市場(chǎng)，將會(huì)扮演更重要的角色。當(dāng)有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，如恒壓供水等水泵群?jiǎn)?dòng)中，常利用一臺(tái)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。在生產(chǎn)工藝兼有調(diào)速要求時(shí)，當(dāng)然采用變頻裝置，在沒(méi)有調(diào)速要求的使用場(chǎng)合下，啟動(dòng)負(fù)載較輕時(shí)（例如 風(fēng)機(jī)、水泵）采用晶閘管軟啟動(dòng)，在重載或負(fù)載功率特別大的時(shí)候，才用變頻軟啟動(dòng)。 軟啟動(dòng)的發(fā)展方向 （ 1）短期展望：軟啟動(dòng)將仍然以各種形式的降壓（限流）軟啟動(dòng)為它的主要形式。隨著變頻器價(jià)格的逐漸下降，可靠性的進(jìn)一步提高，也隨著技術(shù)人員水平的提高，僅僅為軟啟動(dòng)而選用變頻器將不再會(huì)被人們認(rèn)為是一種奢侈。 交流電機(jī)軟啟動(dòng)的技術(shù)原理與仿真 19 3 Matlab/Simulink 工具箱的簡(jiǎn)介 matlab 簡(jiǎn)介 MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（ Matrix Laboratory）之意。 MATLAB最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。 （ b）具有 FORTRAN和 C等高級(jí)語(yǔ)言知識(shí)的讀者可能已經(jīng)注意到，如果用 FORTRAN或 C語(yǔ)言去編寫(xiě)程序，尤其當(dāng)涉及矩陣運(yùn)算和畫(huà)圖時(shí)，編程會(huì)很麻煩。 Ax=b，其中： A=32 13 45 67 23 79 85 12 43 23 54 65 98 34 71 35 b= 1 2 3 4 解為： x=A\b；設(shè) A 的特征值組成的向量 e， e=eig（ A）。 （ f）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。核心部分中有數(shù)百個(gè)核心內(nèi)部函數(shù)。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過(guò)對(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。用戶可以從最高級(jí)開(kāi)始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來(lái)查看其下一級(jí)的內(nèi)容，以此類(lèi)推，從而可以看到整個(gè)模型的細(xì)節(jié)，幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。 在本文后面，常利用 Matlab/Simulink 工具箱對(duì)交流電機(jī)進(jìn)行仿真分析，對(duì)交流電機(jī)仿真模型應(yīng)用較多。 本文 Matlab 版本， Simulink 為 版本?；蛘呦冗x取信號(hào)輸出元件，按住 Ctrl 鍵，再用鼠標(biāo)點(diǎn)擊信號(hào)接受元件，即可快速連線。電力系統(tǒng)模型庫(kù)模塊的使用與 SIMULINK 模塊的使用不同，電力系統(tǒng)模型庫(kù)的模塊必須連接在回路中使用，因此每個(gè)模塊都有輸入端和輸出端，在回路中流動(dòng)的是電流，并且電流通過(guò)每個(gè)元器件時(shí)產(chǎn)生電壓降。 圖 34 SimPowerSystem 的 7個(gè)子模塊庫(kù) 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 24 4 交流電機(jī)軟啟動(dòng)系統(tǒng)仿真建模 交流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型 三相異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型的建立要考慮三個(gè)方面： （ a）異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)需要進(jìn)行電壓和頻率的協(xié)調(diào)控制，有電壓、電流和頻率兩種獨(dú)立的輸入變量，如果考慮電壓是三相的，實(shí)際的輸入變量數(shù)目還要多。 定子電壓： dtdiru 1111 ??? ??? （ 41） dtdiru 1112 ??? ??? （ 42） 轉(zhuǎn)子電壓： 22212 ???? ??? rdtdiru ??? （ 43） 22212 ???? ??? rdtdiru ??? （ 44） 定子磁鏈為： 211 ???? iLiL ms ?? （ 45） 交流電機(jī)軟啟動(dòng)的技術(shù)原理與仿真 25 211 ???? iLiL ms ?? （ 46） 轉(zhuǎn)子磁鏈為： 122 ???? iLiL mr ?? （ 47） 122 ???? iLiL mr ?? （ 48） 電磁轉(zhuǎn)矩為： )( 1221 ???? iiiiLNT mpe ?? （ 49） 式中 pN — 電機(jī)極對(duì)數(shù)， eT — 電磁轉(zhuǎn)矩。39。3