【正文】 39。 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） 交流電機軟啟動的技術原理與仿真 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 — 電機極對數(shù)， eT — 電磁轉(zhuǎn)矩。電力系統(tǒng)模型庫模塊的使用與 SIMULINK 模塊的使用不同，電力系統(tǒng)模型庫的模塊必須連接在回路中使用，因此每個模塊都有輸入端和輸出端，在回路中流動的是電流，并且電流通過每個元器件時產(chǎn)生電壓降。 本文 Matlab 版本， Simulink 為 版本。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內(nèi)容，以此類推，從而可以看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理解模型的結構和各模塊之間的相互關系。核心部分中有數(shù)百個核心內(nèi)部函數(shù)。 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 A 的特征值組成的向量 e， e=eig（ A）。 MATLAB最突出的特點就是簡潔。隨著變頻器價格的逐漸下降，可靠性的進一步提高，也隨著技術人員水平的提高，僅僅為軟啟動而選用變頻器將不再會被人們認為是一種奢侈。在生產(chǎn)工藝兼有調(diào)速要求時，當然采用變頻裝置，在沒有調(diào)速要求的使用場合下，啟動負載較輕時（例如 風機、水泵）采用晶閘管軟啟動，在重載或負載功率特別大的時候，才用變頻軟啟動。大功率交流電機軟啟動，有著較好的節(jié)能效果，適用了社會的需要，在未來交 流電機啟動市場，將會扮演更重要的角色。 （ e）附加損耗 adP 。1 ????????nFe UUP ，顯然鐵耗隨 39。 （ 5）電壓控制啟動 電壓控制啟動是用在輕載啟動的場合，在保證啟動壓降的前提下使電動機獲得最大的啟動轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短啟動時間，是最優(yōu)的輕載軟啟動方式。斜坡恒流軟啟動一般適用于輕載或空載的啟動。但是由于變頻器價格高，所以軟啟動器還是被廣泛采用。 由 ?? cos2ICT T? 可知：當磁通 ? 不變時，即可保證轉(zhuǎn)矩 T 基本不變。圖 14 所示為星形－三角形啟動的原理線路圖。由變壓器原理，得 121 WWUUx ? (12) 設 xI 為定子電壓 xU 時的啟動電流， stI 則為全壓啟動時的啟動電流，則： 陜西科技大學畢業(yè)論文（設計說明書） 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 ，定子啟動電流 xI 也降低到 stIWW )( 12 。 減壓啟動（降壓啟動）具體方式選擇跟廠家經(jīng)濟情況和交流電機本身有關。但是，全電壓直接啟動也存在諸多缺點。使用這種降壓方式，當配電系統(tǒng)中的電流下降到全壓啟動時的 1/2 時，電動機轉(zhuǎn)矩沒有降到原來的 1/4，只降到原來的 1/2，因而啟動轉(zhuǎn)矩較大。對電動機繞組來說，星型連接比三角形連接的端電壓降到 31 。傳統(tǒng)的降壓啟動方式， 無論是星 三 角啟動或自耦變壓器降壓啟動等啟動方式，雖然減少了啟動電流，但啟動轉(zhuǎn)矩也同時減少，只能應用在輕載或空載啟動場合。 關鍵字： 交流電機，軟啟動，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。 傳統(tǒng)的啟動技術 三相交流異步電機一般不采用直接啟動的情況下可以考慮傳統(tǒng)的降壓啟動方式。這種啟動方式，降低了電動機的啟動電壓和啟動電流。首先，直接啟動設備簡單，不需額外添加啟動設備，降低成本和維修費用。如果電機功率大于，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下 式要求者，電動機也允許直接啟動 。 自耦變壓器降壓啟動 自耦變壓器降壓啟動是利用自耦變壓器降低加到電動機定子繞組的電壓，以減小啟動電流。這樣，啟動時連接成星形的定子繞組電壓與電流都只有三角形時的 31 ，由于三角形連接時繞組的電流是線路電流的 31 ，而星形連接時兩者相等。 另外，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動機的降速和停機是通過逐漸減小頻率來實現(xiàn)的，所以通常需要加入能耗制動環(huán)節(jié)。 （ c） 變頻器可短時間超載啟動 ， 而軟啟動很難 做 到 。 下面介紹三種晶閘管軟啟動的方式 ： a）斜坡恒流軟啟動： 斜坡恒流軟啟動的啟動電流逐步平穩(wěn)增加，啟動轉(zhuǎn)矩由小逐漸增大（如圖 22 所示）。 （ 4）轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動 轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動與轉(zhuǎn)矩控制器啟動一樣也是用在重載啟動的場合。從電動機軟啟動器的節(jié)能效果分析異步電動機的損耗分交流電機軟啟動的技術原理與仿真 15 為以下 5個部分： （ a）鐵耗 FeP 。 2 11 ?????? ??????????? SSVVPP NNCuCu （ d）定子銅耗 2CuP 。也就是取同一相電壓與電流的下降沿過零的相位差作為反映電機負載情況的反饋信號 ， 通過功率因數(shù)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生一個合適的給定電壓 ， 控制電機在效率較高的狀態(tài)下運行。使用較多的是16位機，如 INTEL公司的 8XC196系列單片機，此外，還有使用 8位和 32位機，有的正在開發(fā)使用 DSP作為控制元件的軟啟動器。顯然，主管技術人員知識老化的單位，是不會樂意選用高技術含量產(chǎn)品的。 開放性使 MATLAB廣受用戶歡迎。解線性方程的程序用 FORTRAN和 C這樣的高級語言編寫，至少需要四百多行，調(diào)試這種幾百行的計算程序可以說很困難。由于MATLAB 的程序不用編譯等預處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，所以速度較慢。 SIMULINK 包含有 SINKS（輸入方式）、 SOURCE（輸入源）、 LINEAR（線性環(huán)節(jié)）、 NONLINEAR（非線性環(huán)節(jié)）、 CONNECTIONS（連接與接口）和 EXTRA（其他環(huán)節(jié)）子模型庫，而且每個子模型庫中包含有相應的功能模塊。使用 Simulink 可以迅速建立各種線性或非線性模型，用戶可以任意觀測系統(tǒng)各處的動態(tài)變化，而且仿真速度快。模型庫中包含了各種交直流電源、大量電氣元器件、和電工測量儀表等。 （ c）三相異步電動機定子有三個繞組，轉(zhuǎn)子也可等效為三個繞組，每個繞組產(chǎn)生磁通時都有自己的電磁慣性，再加上運動系統(tǒng)的機電慣性，即使不考慮變頻裝置中的滯后因素，至少也是一個七階系統(tǒng)。39。39。39。電力系統(tǒng)模型庫中包含了7 個子模型庫，其中 Extra Library(其他電氣子模塊庫 )還包含了六個二級子模型庫。打開后， simulink 工具箱如圖 32 所示： 圖 31 Matlab 主界面圖 圖 32 Simulink仿真平臺 在 simulink 仿真界面上，可以看到有連續(xù)系統(tǒng)元件庫（ Continuous），離散系統(tǒng)仿真元件庫（ Discrete），功能和表格庫（ Functionamp。采用 SCOPE 模塊和其他的畫圖模塊，在仿真進行的同時，就可觀看到仿真結果。功能性工具箱用于多種學科。 （ c）運算符豐富。以下簡單介紹一下 MATLAB的主要特點。這樣做的目的是節(jié)能，消除無謂的損耗。系列生產(chǎn)的晶閘管軟啟動裝置的最高電壓等級為 12KV，最大容量為 5000KW。它利用晶閘管降壓軟啟動負載較輕時功率因數(shù)低，通過降低控制電壓，提高功率因數(shù)，達到輕載節(jié)能效果。由以上分析可見，在滿足以下條件時，異步電動機在輕載降壓運行時可達到明顯的節(jié)能效果：一是電動機鐵耗在總損耗中所占的比重較大；二是空載電流 0I 較大，且在低負荷運行時， 0I 仍在 1I 中占較大的比重；三是電機電源電壓偏高。反映摩擦和風阻等機械損耗，與機械特性有關。 （ b）在啟停時過度自然，不易傷害設備，節(jié)電效果良好。 c）脈沖恒流軟啟動： 該方式是所介紹的啟動方式中啟動轉(zhuǎn)矩最大的一種，該啟動方式在啟動初始階段有一個較大的啟動沖擊電流，該電流值大于設定的恒流啟動值 I，從而產(chǎn)生較大的沖擊矩去克服較大的靜摩擦轉(zhuǎn)矩，使設備能夠啟動，然后即進入恒流啟動階段直至啟動完畢，如圖 24 所示。它實現(xiàn)了交流電機軟啟動、軟停止，功能完善，性能優(yōu)異，能滿足工業(yè)電機控制的廣泛需要，是降壓、星 三 角等傳統(tǒng)啟動控制方式的理想換 代產(chǎn)品。對不同的負載，可采用不同的調(diào)速方式。電機停止轉(zhuǎn)動時，可直接斷開電源開關 Q1，并應立刻斷開開關Q2，并放在中間位置，否則下次啟動時將造成直接啟動，這是不允許的。具體應用還可根據(jù)實際情況向廠家定購。 型異步電動機減壓啟動方法 籠型異步電動機為封閉轉(zhuǎn)子，降壓只能在定子端考慮，綜合各種文獻，可 知減壓啟動方法大致有三種。最后，直接啟動對容量較小的電網(wǎng)造成較大的電網(wǎng)壓降，影響其它同電網(wǎng)負載工作。同時， 軟啟動控制在空載和輕載運轉(zhuǎn)時具有節(jié)能效果。 （ 2）定子串電阻降壓啟動方式： 在定子三相繞組串入電阻或電抗器，可在電動機啟動時分擔電壓，在電動機速度到達額定轉(zhuǎn)速后，切除串接電阻或電抗器。 交流電機直接啟動的弊端及限制條件 直接啟動是最簡便的啟動方式，啟動時通過閘刀或接觸器將電機直 接接到電網(wǎng)上。然后分別對每種啟動方式的優(yōu)缺點進行了說明，得出了 比較好的啟動方式是電壓控制啟動、轉(zhuǎn)矩控制啟動和轉(zhuǎn)矩加突跳控制 啟動， 并且對變頻調(diào)速做了淺談使之與軟啟動進行比較得出了軟啟動的優(yōu)缺點。因此對電動機直接啟動有以下限制條件： （ a） 生產(chǎn)機械是否允許拖動電動機直接啟動，這是先決條件； （ b） 電動機的容量應不大于供電變壓器容量的 10～ 15%； （ c） 啟 動過程中的電壓降△ U 應不大于額定電壓的 15%。雖然轉(zhuǎn)子串 電阻能有效抑制啟動沖擊電流，但是，它沒法避免電網(wǎng)壓降，同時還產(chǎn)生了大量的能源浪費。 （ e）電壓控制啟動：它是用在輕載啟動的場合。 （ b）當不符合全壓啟動的條件時，電動機宜降壓啟動，或選擇其它合適的啟動方式。 串聯(lián)電抗器啟動為有級降壓啟動，啟動過程中轉(zhuǎn)矩會有二次突變，仍會產(chǎn)生較大的機械沖擊，對機械及電機仍會有損傷，只是程度有所降低 。自耦變壓器減壓啟動的主要缺點是在開關切換的過程中，仍然有較大的轉(zhuǎn)矩突變，對電動機及機械設備仍有較大的傷害，操作過電壓方面與電抗器的情況一樣。 變頻器有以下特點： （ a）可很好地實現(xiàn)異步電動機的無級調(diào)速； （ b）可方便地進行恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速； （ c）調(diào)速范圍廣、平滑性較好、機械特性較硬； （ d）可實現(xiàn)有效的節(jié)能。 而且用在 啟動、停 車 時 ； 并 且 要 對轉(zhuǎn)矩要求不高 。主要用在輕載啟動和負載的降壓啟動，其輸出電壓從零開始迅速增長，直到其輸出電流達到預先設定的電流限值 mI ，然后再保持輸出電流 mII? 的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓，使電動機轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。這種啟動方式的特點是啟動電流相對較大，但啟動時間