基于simulink仿真的他勵直流電機分級啟動設(shè)計比較

1、<p>　　基于SIMULINK仿真的他勵直流電機分級啟動設(shè)計比較</p><p>　　[摘 要]在他勵直流電機設(shè)計過程中，啟動過程電樞電流不能過大是一個硬性要求。本文利用Matlab對他勵直流電機串電阻多級啟動進行了有效仿真與相應(yīng)的計算，通過分析參數(shù)的變化曲線得出了隨著級數(shù)增加啟動過程中沖擊電流小，啟動過程快速平滑，啟動轉(zhuǎn)矩足夠的優(yōu)點，最后為了便于分析最大啟動電流，提出了一種新的設(shè)計方案，并且該方案得

2、出了理論上可以實現(xiàn)最大啟動電流便為額定電流的結(jié)論。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]他勵直流電機 串電阻多級啟動 新方案 啟動電流 </p><p>　　中圖分類號：TM30-4 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）41-0325-02 </p><p><b>　　1.前言 </b></p><p>

3、;　　直流他勵電動機調(diào)速靈活，被應(yīng)用范圍廣泛。在其啟動過程中，為了限制啟動電流的大小，采用電阻串接方式，隨著轉(zhuǎn)速的上升，再將電阻逐級切除。本文通過MATLAB仿真實驗得出，隨著切除電阻次數(shù)增多理論上可以實現(xiàn)最大啟動電流越接近額定電流，那么相比于級數(shù)較低的啟動方式啟動轉(zhuǎn)矩更足，啟動更加平滑。那么我們通過MATLAB仿真可以驗證：在滿足足夠大轉(zhuǎn)矩，較為理想的啟動時間，合理的能耗前提下，通過增加啟動級數(shù)，啟動電流減小進而得出在理論上可以降低到

4、額定值。由于傳統(tǒng)串電阻啟動設(shè)計方案電流往往是額定值的2倍左右，這對繞組材料要求非常高。本文所提出的新的方案增加級數(shù)的方法雖然啟動時間增加了，但是啟動電流大大降低，所以有著更好的安全可靠性能。這一規(guī)律可以應(yīng)用到不同的場合即輕載比重載的啟動級數(shù)要小，也可以通過控制系統(tǒng)對串入的電阻按照一定方式連續(xù)切除，實現(xiàn)啟動電流便為額定的電流的工況。 </p><p>　　2.他勵直流電機數(shù)學模型 </p><p

5、>　　2.1 電壓平衡方程 </p><p>　　U=R*Ia+w*If*Laf </p><p>　　式中U，Ia―電源電壓、流入電樞繞組的電流 </p><p>　　If為勵磁繞組電流； </p><p>　　W―轉(zhuǎn)子的角速度； </p><p>　　Laf電樞繞組和勵磁繞組的互感系數(shù) </p>

6、<p>　　2.2 電磁轉(zhuǎn)矩方程 </p><p>　　Te=Laf*if*ia </p><p>　　2.3 轉(zhuǎn)矩平衡方程 </p><p>　　Te=pJw+Bm+TL </p><p>　　式中：Bm為機械阻尼系數(shù)； </p><p><b>　　TL為負載轉(zhuǎn)矩； </b><

7、;/p><p>　　J為電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量； </p><p><b>　　P為微分算子； </b></p><p>　　求解上式并代入不同狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速初值便可得出該狀態(tài)下的直流電機的關(guān)于時間t電力拖動狀態(tài)方程 </p><p>　　w（t）=C1/C2*exp（-C3*t）+C4； </p><p>

8、　　Ia（t）=（U-w*If*laf）/R； </p><p>　　其中C1=1/（laf^2*if^2+AR（t）） </p><p>　　C2=w（i）*laf^2*if^2-R（ti）*U*laf*if+A*w（i）*R（ti） </p><p>　　C3=（laf^2*if^2+AR（ti））/JR </p><p>　　C4=R*

9、U*laf*if/C1； </p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　w（i）為第i階段轉(zhuǎn)速的初值，且w（0）=0； </p><p>　　A為轉(zhuǎn)速與負載轉(zhuǎn)矩的比值，且TL=Aw； </p><p>　　R（ti）為在ti時刻切除電阻后第i階段內(nèi)剩余電樞回路總阻值； </p><

10、;p>　　3.第一種設(shè)計方案： </p><p>　?。?）選取最大啟動電流 </p><p>　　I1=（1.5～2.0）In，I2=（1.1～1.2）In </p><p>　?。?）求出電流的啟切比 </p><p><b>　　β=I1/I2 </b></p><p><b&g

11、t;　?。?）級數(shù)選擇 </b></p><p>　　m=lg（R（t0）/ra）/lgβ </p><p>　　（4）啟動電阻的計算 </p><p>　　I1=（U-w*If*laf）/R（ti）； </p><p>　　I2=（U-w*If*laf）/R（ti-1）； </p><p>　　β=I1/

12、I2=R（t0）/R（t1）=R（t1）/R（t2）=.....=R（tm-1）/R（m）=R（tm-1）/ra； </p><p>　　式中I1，I2分別為切換后電流和切換前的電流 </p><p>　　4.第二種設(shè)計方案： </p><p>　　（1）根據(jù)設(shè)計要求確定最大啟動電流I1. </p><p>　?。?）各階段的Ia隨時間的變化

13、情況是可以解析的，各階段啟動電流是隨時間變化而減小的對各階段進行迭代運算，求出t0-t1階段w（t），ia（t）； </p><p>　?。?）切換時間的計算 dw/dt=0或者dia/dt=0； </p><p>　?。?）切換電阻的計算 </p><p>　　將切換時間代入ia（t）求出i2，應(yīng)切除的電阻值為R（ti-1）-R（ti）=R（ti-1）*（1-I1

14、/I2） </p><p><b>　?。?）檢驗 </b></p><p>　　若剩余的串入電阻完全切除后，電流值小于或者等于I1，那么該次切除為最后一級切除，否則繼續(xù)對2），3），4）迭代運算； </p><p>　　5.不同級數(shù)啟動方式仿真比較 </p><p>　　5.1 仿真電路圖及電機參數(shù)（圖1） </

15、p><p>　　一臺他勵直流電動機，額定電壓為240v，額定電流為16.2A額定轉(zhuǎn)速為1220rpm； </p><p>　　電樞與勵磁繞組間的互感系數(shù)為1.8H，電樞電阻為0.6Ω，電樞繞組自感系數(shù)為0.012H勵磁繞組自感系數(shù)為120H；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量=1kg*m^2 </p><p>　　5.2 第一種設(shè)計方案： </p><p>　　直接選

16、取I1=2.25*In=36A，I2=1.1*In=17.6A， </p><p>　　求出m=3；R1=3.6； R2=1.64； R3=0.74；切除時間分別為2.8s，4.8s，6.8s， </p><p>　　5.3 第二種設(shè)計方案： </p><p>　　I1=In=19，計算出Rm=U/I1=12Ω； </p><p>　　利用上

17、式運算迭代求得切除電阻值分別為[5.5，2.4，1.27，0.7，0.45，0.33，0.23，0.17，0.14，0.09] </p><p>　　切除時間分別為[4.11，8.1，12，15，17，19，20.5，22，23.5，25] </p><p>　　Ia（t）的仿真結(jié)果如圖2： </p><p>　　5.3 仿真結(jié)果分析 </p><

18、;p>　　對比兩種方法的仿真結(jié)果可知：傳統(tǒng)方法要求切換前的電流近似相等約為1.1Ian，且到達額定轉(zhuǎn)速的時間較短，而第二種的方法的仿真出的切換前電流并不相等而是呈現(xiàn)遞增趨勢，切換后的電流（除了最后一級切除）近似相等。在啟動過程中第二種方法由于采取了更多級的啟動，最大啟動電流明顯降低，這正是更多級別啟動的優(yōu)點。最后可以得出以下推斷，如果控制系統(tǒng)能夠?qū)Υ腚娮璋凑找欢ǚ绞竭B續(xù)的切除，那么可以實現(xiàn)啟動電流保持在額定電流很小的范圍內(nèi)波動，

19、所以第二種方法在最大沖擊電流的控制方面具有優(yōu)勢。 </p><p><b>　　6.結(jié)束語 </b></p><p>　　在分級啟動中，第一種方案當啟動級數(shù)較低時，切換前的電流有可能大于I2所以當輕載啟動比重載最低啟動級數(shù)要小。由于第一種方案切換電阻時角加速度不為0，I1和I2相差不大，對電機的機械損傷小，但是對I1及I2選擇具有局限性。第二種方案對I1是按照實際需要

20、選取的更可以無限接近額定值，并且I2選取在Te=TL時刻，相比于用相同級別啟動的第一種設(shè)計方案更加充分發(fā)揮了各階段電磁轉(zhuǎn)矩的加速能力。且各階段最大啟動電流近似相等，級數(shù)較多，及時的對電阻進行了有效切除，能耗降低，在相同切換級別下的第二種方法雖然增加了啟動時間但是差別不大，符合實際要求，且新方法最大啟動電流發(fā)生在切換前di/dt=0的時刻，所以第二種方法在設(shè)計階段對最大啟動電流的計算更加精確，對最大啟動電流的有更大的選取范圍。 </