基于Matlab/SimPowerSystem的 交流调速系统的仿真

三相交流异步电动机是应用最为广泛的电气设备。常用的三相异步电动机结构简单,价格便宜,而且性能良好,运行可靠。但它直接起动时产生的电流冲击和转矩冲击会对电网、电动机本身及其负载机械设备带来不利影响。对于小容量电动机,只要供电网络和变压器的容量足够大,而供电线路并不太长,可以直接通电,操作很简便。对于容量较大的电动机,这些危害就尤为严重。

中、大容量电动机的起动电流大,会使电网压降过大,影响其他用电设备的正常运行,甚至使该电动机本身根本起动不起来。这时,必须采取措施来降低其起动电流,常用的办法是降压起动。

当电压降低时,起动电流将随电压成正比地降低,从而可以避开起动电流冲击的高峰。但是,起动转矩与电压的平方成正比,起动转矩的减小将比起动电流的降低更快,降压起动时又会出现起动转矩够不够的问题。因此,降压起动只适用于中、大容量电动机空载(或轻载)起动的场合。传统的降压起动方法有:星-三角()起动、定子串电阻或电抗起动、自耦变压器(又称起动补偿器)降压起动等。这些传统起动器价格低廉,通过降低电动机的起动电压来建设起动电流,它们都是一级降压起动,起动过程中电流有两次冲击,其幅值都比直接起动电流低,而起动过程时间略长,如图1所示。

基于Matlab/SimPowerSystem的 交流调速系统的仿真_电子技术

图2-1 异步电动机的起动过程与电流冲击

(a-直接起动 b-一级降压起动 c-软启动器)

随着电力电子技术的进步,一种称为软起动器(或固态软起动器)的新型起动设备正在工业中推广应用。这种软起动器使电动机起动平稳,对电网冲击小,并且具有电动机过载、缺相等保护功能,能实现电动机轻载节能运行。同时还可以实现电动机软停车、软制动。与传统起动设备相比,软起动器具有更好的起动控制性能及保护性能。

现代软起动器主要有变频调速及晶闸管调压软起动器两种软起动器方案。其中,变频器调速软起动器价格昂贵,常用于控制要求起动转矩较大的中压电动机。晶闸管调压软起动器的价格略高于自耦变压器起动器和起动器,系统工作时对电网无过大冲击,可大大降低系统的配电容量,机械传动系统振动小,起动、停车平滑稳定,可提高电动机的使用寿命和经济效益。

交流异步电动机软起动器的原理如图2所示,软起动电路由三相晶闸管调压电路和软起动控制器(给定积分器)、触发器等组成,起动时通过控制器使晶闸管控制角从大到小变化,而电动机电压从小到大逐渐上升。

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图2-2 交流异步电动机软起动器原理图



2.3 仿真模型的建立

根据图2-2所示的原理图建立Simulink仿真模型如图2-3所示。

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图2-3 交流异步电动机软起动器的仿真模型

根据建立的仿真模型和设置的仿真参数得到交流电动机减压软起动的仿真波形如下:

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图2-8 软起动电动机转速变化过程

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图2-9 软起动电动机转矩变化过程

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图2-10 软起动电动机电流(瞬时值)


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