鼠笼式异步电动机软起动装置的可靠性和起动电流控制方法的研究

摘要

该文主要深入的分析和研究了交流调压软启动电路的可靠性和恒流控制问题.首先,从触发方案选择和移相范围的确定两方面出发,研究了各触发方案的可靠性.在分析了三相交流调压电路的有限状态机模型的基础上,提出了交流调压电路的触发稳定性问题,并以此为工具重点分析和比较现有触发方案(电压同步双脉冲触发、电压同步宽脉冲触发和电流同步双脉冲触发等)的可靠性;确认了六路触发电压同步的宽脉冲方案最佳,电流同步双脉冲方案次之,而简单的电压同步双脉冲方案不可取,并通过仿真和实验验证了这些结论,对三相交流调压软启动电路的研究和设计有一定的指导意义.然后,研究了交流调压鼠笼式异步电机的三种工作模态:三相导通、两相导通和三相全不通,并推导了各个模态的计算公式,推导两相导通模态的计算公式时,运用坐标旋转的方法来解耦有一定的新意,最终得到了交流调压鼠笼式异步电机在不同模态下的状态方程模型.同时重点研究交流调压鼠笼式电机的仿真程序的构造方法,包括应用MATLAB/Simulink/Power System Blockset工具箱的构造方法、应用MATLAB中M文件建模仿真的方法以及基于自动状态机理论用MATLAB/Stateflow(状态流)构造模型的方法,并对各种建模仿真方法进行比较分析.其中基于自动状态机理论构造的模型有一定的新意.最后,采用多种控制方法对交流调压鼠笼电机的起动电流实施控制,在电流闭环控制系统的基础上重点提出了基于电流-截止角双闭环的控制系统,并对这两种控制系统进行了分析和比较;针对传统PID控制的不足之处,将模糊控制和传统的PID控制相结合,设计了模糊PID控制器,并获得了比传统PID控制明显优良的控制效果.

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第1章绪论

1.1鼠笼式电动机及其起动问题

1.1.1感应电动机的稳态机械特性

1.1.2鼠笼式电动机的全压起动

1.1.3鼠笼式电动机的降压起动

1.1.4鼠笼式电动机的变频起动

1.1.5鼠笼式电动机的各种起动方法的比较

1.2交流调压及基于交流调压的软起动器的研究现状

1.2.1三种交流调压的方法

1.2.2移相式晶闸管交流调压的主回路拓扑结构和控制触发芯片现状

1.2.3移相式晶闸管交流调压电路-异步电动机系统运行的可靠性

1.2.4移相式晶闸管交流调压电路-异步电动机系统的建模仿真方法现状

1.2.5移相式晶闸管交流调压系统的控制方法研究现状

1.3本文的主要内容及创新点

第2章晶闸管交流调压的触发方案研究

2.1三相交流调压电路的工作原理

2.1.1三相交流调压电路的主回路及其有限状态机模型

2.1.2三相交流调压电路的移相范围

2.2电压同步双脉冲触发方案

2.2.1电压同步双脉冲触发方案的组成

2.2.2三路触发和六路触发方案

2.2.3脉冲宽度的影响

2.2.4电压同步双脉冲触发的稳定性

2.3触发方案的改进

2.3.1用电流信号限位的电压同步双脉冲触发方案

2.3.2电压同步宽脉冲触发方案

2.3.3电流同步双脉冲触发方案

2.3.4各种触发方案的比较

2.4各种触发方案对R-L负载的仿真与实验结果

2.4.1电压同步双脉冲触发方案的仿真与实验波形

2.4.2电压同步宽脉冲触发方案的仿真与实验波形

2.4.3电流同步双脉冲触发方案的仿真与实验波形

2.5各种触发方案对鼠笼电动机负载的仿真与实验结果

2.5.1电压同步双脉冲触发方案的仿真波形

2.5.2电压同步宽脉冲触发方案得到的仿真波形

2.5.3电流同步双脉冲触发方案得到的仿真波形

2.6本章小结

第3章交流调压软起动电路的建模与仿真

3.1移相式交流调压软起动电路中鼠笼式异步电机的三种工作模式分析

3.1.1三相导通模式

3.1.2两相导通模式

3.1.3三相全不导通模式

3.2异步电机的仿真方法研究

3.2.1异步电机仿真的“Power System模型”

3.2.2异步电机仿真的“Simulink模型”

3.2.3验证

3.3交流调压软起动电路的两种较成熟的仿真方法

3.3.1交流调压软起动电路的“Power System模型”

3.3.2用M文件编写交流调压软起动电路的仿真程序

3.4交流调压软起动电路的状态流(Stateflow)模型

3.4.1状态流(Stateflow)简介

3.4.2鼠笼式异步电动机交流调压“状态流模型”的构造

3.5本章小结

第4章交流调压鼠笼式电机软起动电流控制方法研究

4.1传统PID控制器的设计

4.1.1传统PID控制器的结构

4.1.2 PID参数的整定方法

4.2闭环系统中各种触发方案的可靠性

4.2.1电压同步双脉冲触发方案

4.2.2电流同步双脉冲触发方案

4.2.3电压同步宽脉冲触发方案

4.3基于电流—截止角双闭环控制系统的PID控制器的设计

4.4模糊PID控制器的设计

4.4.1模糊控制器设计原理

4.4.2模糊PID控制器的设计过程

4.5本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文

附录B模糊控制器中各语言变量的隶属度函数设定(MATLAB语言表达形式)