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启动电路MATLAB仿真详解.docx.docx
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启动电路MATLAB仿真详解.docx.docx
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1
启动电阻的计算应当满足启动过程的要求,即启动转矩要求大些,但也不能
太大,因为电动机允许的最大电流受到换向器和机械强度的限制,一般最大允许
电流约为额定电流的 2-2.5 倍。从经济上要求启动设备简单、便宜而且可靠。为
此启动电阻段数要少些,但太少则启动过程快速性和平滑性就要受到影响。由此
可要求在保证不超过最大允许电流条件下尽可能平滑和快速启动。这就要求各段
启动电阻都对应相同的最大电流和切换电流,启动段数一般约为 3-4 段。现以串
三段电阻启动进行启动过程的分析,启动时电气原理图和机械特性如图所示:
图 1 启动原理图 图 2 机械特性
2.2.1 原始数据
所用 Z4-180-31 他励直流电动机的铭牌数据为:
额定电压 U
N
=440V
额定电流 I
N
=97A
额定转速 n
N
=1000r/min
额定功率 P
N
=37kW
电枢电阻 R
a
=0.332Ω
2.2.2 分级启动电阻的计算
下面先对他励直流电动机串电阻分 3 极启动的步骤和过程进行说明和分析。
1、启动过程如下
Rad1,Rad2,Rad3 为启动电阻,KM1-KM3 为接触器的常开触头。R1=Ra+
Rad1 ;R2= Ra + Rad1 + Rad2 ;R3= Ra + Rad1 + Rad2 + Rad3 .先将电动机励
磁,将 KM1-KM3 断开,此时电枢回路总电阻为 R3,接通电源电压 UN,在 n=0 时,
启动电流 I1=UN/R3,启动点为 R3 对应的机械特性与横轴的交点 b。显然,
I1>IL,即 T1>TL,电动机由 b 点开始启动,变化过程沿 R3 曲线由 b→A。为得到较
2
大的加速转矩,到 A 点时闭合 KM3,切除 Rad3 ,一般称切换电阻时的电流 I2 为
切换电流,对应的转矩称为切换转矩。切除 Rad3 后的电枢电阻为 R2= Ra + Rad1 +
Rad2 ,对应的特性如图中的 R2 曲线。在切换瞬间,转速不能突变,电枢电势保
持不变,可知此时电流从 I2 突增至 I1 ,运行点由 A 过渡到 B。电动机转矩 T 从
T2 突增到 T1,得到与开始同样大的加速转矩。变化过程沿 R2 曲线由 B→C。同
样,为得到较大的加速转矩,到 C 点时再闭合 KM2,切除 Rad2 电枢总电阻为
R1=Ra+ Rad1 。因切除电阻瞬间,转速来不及变化,电枢电势保持不变。此时,
电流和转矩再次突增到 和 ,运行点从 R2 曲线上 C 点过渡到 R1 曲线上的 D 点,
电动机又获得与开始启动时同样大的加速转矩。变化过程沿 R1 曲线由 D→E.等
运行点到达 E 点时,最后闭合 KM1,切除 Rad1 ,运行点从 R1 曲线上的 E 点过渡
到固有特性上的 F 点,电流、转矩再一次突增到 I1 , T1,加速过程一直持续到
H 点。在 H 点,T=TL, n=n
h
,系统稳定运行,启动过程结束。
2、启动电阻的计算
取 I1=2IN=2×97A=194A,已知 m=3,故末级电阻为
Rm=R3=UN/I1=440/194=2.27Ω
启动电流比λ=
3
=
3
=1.9
校验切换电流 I2=I1/λ=2IN/1.9=1.05IN,I2>IL
故满足启动要求,各级电阻如下:
R1=λRa=1.9×0.332=0.631Ω
R2=λR1=1.9×0.631=1.199Ω
R3=λR2=1.9×1.199=2.27Ω
各分段电阻如下:
Rad1=R1-Ra=0.631-0.332=0.299Ω
Rad2=R2-R1=1.199-0.631=0.568Ω
Rad3 =R3-R2=2.27-1.199=1.071Ω
2.3 降压启动
在启动之前,将调压器的输出电压调为较小值,保证电动机堵转电流在允许
范围内,一般为额定值的 2-2.5 倍。启动时,电动机由堵转开始加速,随着电动
机转速的建立,反电动势逐渐增加,这时平滑地增加调压器的输出电压,使电枢
3
电流始终在最大值上,电动机将以最大加速度启动。由于调压器输出电压可连续
调节,故启动方法可恒加速启动,使得启动过程处于最优状态。虽然降压启动它
启动平稳,启动过程中能量损耗小,但它需要专用的可调电源,设备投资较大。
2.3.1 他励电动机降压启动原理
图 3 电路图 图 4 机械特性
启动过程分析。启动步骤如下:
① 枢回路电压为
1stU
的启动:
启动前双刀双掷开关 S 断开,电枢回路中存在电枢电阻
aR
。在励磁回路中加上
励磁电压
U
f
,保持励磁电流
I
f
为额定值不变,然后使双刀双掷开关 S 置左,此
时他励直流电动机以电枢回路两端电压为
1stU
启动。这是电动机的机械特性如图
4 中的人为特性 n
1
a
1
。刚启动时,电压
1stU
比较低,启动电流
stI
不大。由于启动
转矩
T
1
远大于负载转矩
T
L
,电动机拖动生产机械开始启动,工作点沿人为特性
n
1
a
1
由 a
1
点向 b
1
点移动。
② 枢回路电压由
1stU
切换到
2stU
的过程:
当工作点到达 b
1
点,即电磁转矩
T
等于切换转矩
T
2
时,双刀双掷开关 S 置右,
将电枢回路电压由
1stU
切换到
2stU
,此时电枢回路两端电压为
2stU
。这时电动机的
机械特性变为人为特性 n
2
a
2
。切换的瞬间转速来不及改变,工作点由特性 n
1
a
1
上
的 b
1
点平移到特性 n
2
a
2
上的 a
2
点,使得这时的电磁转矩
T
仍等于
T
1
,电动机继
续加速,工作点沿特性 n
2
a
2
由 a
2
点向 b
2
点移动。
根据以上步骤可逐步升高电枢回路两端电压
aU
,直至升至额定电压
NU
,启动过
程结束。
4
在升压的过程中,电枢回路两端电压
aU
不能升得太快,否则电流还会发生较大
的冲击。现在可以利用控制系统,使电源电压连续升高,启动过程更短,更平稳。
2.3.2 降压启动启动电压的计算选择
① 选择启动电流
I
1
和切换电流
I
2
为保证与启动转矩
T
1
对应的启动电流不会超过运行的最大电枢电流
I
amax
,选择
aNII )0.2~5.1(1 �
(1)
对应的启动转矩
NTT )0.2~5.1(1 �
(2)
为保证一定的加速转矩,减小启动时间,一般选择切换转矩为
LTT )2.1~1.1(2 �
(3)
若
T
L
未知,可用
T
N
代替。对应的切换电流
T
2
为
LII )2.1~1.1(2 �
(4)
I
L
是与
T
L
对应的稳态电枢电流。若未知,可用
I
aN
代替。
② 求出起切电流(转矩)差
β
12 II ��β
(5)
③ 确定切换电压源次数
m
m
的计算公式为
a
mN
R
UU
m
β
�
�
(6)
式中,
aMU
为
m
级启动时的电枢启动总电压。
1IRU am ��
该公式的推导过程如下:由于
12 cb nn �
,故
12 cb EE �
,即
22 IRUIRU aNaN ���
)( 22 IIRaUU NN ���
aN RUU � 2
(7)
由于
12 ba nn �
,故
12 ba EE �
,即
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