感应电动机软起动过程中的振荡问题研究

摘要

本文对感应电动机软起动过程中存在的电流、电磁转矩以及转速振荡问题进行了系统的理论分析和实验研究.论文首先根据感应电动机的数学模型,利用MATLAB仿真工具建立了感应电动机软起动的通用仿真模型,其次分析了晶闸管触发角度、机组的转动惯量、负载转矩以及转子电阻这四个因素对振荡的影响,进而探讨了感应电动机软起动过程中出现电流、电磁转矩以及转速振荡的原因.结果表明:在感应电动机软起动过程中,当转子转速达到同步转速并在其附近变化时,电动机的续流角会大幅度变化,当续流角围绕晶闸管的触发角变化时,三相交流调压电路的输出电压会产生振荡,在电动机定、转子磁场的相互作用下会使振荡加剧,因而就会造成电动机电流、电磁转矩以及转速的振荡.特别需要指出的是电动机在软起动过程中出现的转速振荡是在同步转速附近振荡而并非象有些文章所说的在低速下振荡.根据上述原因,本文提出了采用关断角控制的新型控制策略,这种控制策略是使电动机在起动过程中的电流关断角由某一初始值逐渐减小到零,利用该方法可以使感应电动机起动过程中的续流角始终小于晶闸管的触发角,这样续流角的变化就不会引起电动机端电压的振荡,因而就从根本上消除了感应电动机软起动过程中的振荡现象.文中首先通过仿真验证了该控制策略的正确性,在此基础上研制了基于关断角控制的感应电动机软起动装置的硬件电路和软件程序,并进行了样机试验,实验结果验证了理论分析的正确性.另外,文中还探讨了软起动对于感应电动机起动过程中转轴扭矩振荡的影响.大型感应电动机驱动大转动惯量负载直接起动时,其转子轴上会出现过大的扭矩振荡,这是由于定子绕组中电源频率的电流与转子中直流电流相互作用产生的具有转差频率的电磁转矩分量造成的.采用软起动会使电动机起动时转子中产生的直流电流分量大为减小,进而可以减小电磁转矩的转差频率分量,故可以有效地抑制感应电动机起动过程中作用在转轴上过大的扭矩振荡.

目录

文摘

英文文摘

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符号说明

第一章引言

§1.1感应电动机的起动问题

§1.2感应电动机常用起动方法

§1.2.1感应电动机传统起动方法

§1.2.2感应电动机软起动方式

§1.2.3感应电动机软起动过程中的振荡问题

§1.3本课题的研究内容

第二章感应电动机软起动过程中振荡问题的研究

§2.1感应电动机的数学模型

§2.2感应电动机软起动仿真模型

§2.3感应电动机软起动过程中振荡问题的仿真研究

§2.3.1晶闸管触发角对振荡的影响

§2.3.2机组转动惯量常数对振荡的影响

§2.3.3负载转矩对振荡的影响

§2.3.4转子电阻对振荡的影响

§2.3.5感应电动机软起动过程中振荡现象产生的原因分析

§2.4感应电动机软起动过程中振荡问题的解决方法

§2.4.1感应电动机软起动的关断角控制方式

§2.4.2采用关断角控制时感应电动机软起动过程的仿真研究

第三章基于关断角控制的感应电动机软起动装置

§3.1基于关断角控制的软起动装置的硬件电路

§3.1.1软起动装置的功能介绍

§3.1.2软起动装置的系统组成

§3.1.3系统外围电路设计

§3.2基于关断角控制的软起动装置的软件设计

§3.2.1主程序

§3.2.2中断服务程序

§3.2.3子程序

第四章软起动对感应电动机起动过程中转轴上扭矩振荡的影响

§4.1系统的数学模型

§4.2系统的仿真模型

§4.3感应电动机起动过程中的转矩分析

§4.3.1感应电动机的电磁转矩

§4.3.2感应电动机转轴上的扭矩分析

§4.4软起动对扭矩振荡的影响

第五章实验

第六章结论

附录 参数表

参考文献

致谢

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