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。负半周触发脉冲的产生与上述过程一样。这三部分还可以通过一个同步6脉冲触发器来代替,但需将自然换向点转换为对应相电压的过零处才可以实现。
Relay、Relay2参数设置如图4-11(a)所示,Relay1、Relay3参数设置如图4-11(b)所示,Rate Limiter、Rate Limiter1参数设置如图4-12所示。
(a) (b)
图4-11 延迟模块参数设置
图4-12 斜率设定模块参数设置
从图4-13的波形可知,通过改变偏移电压的输入值,就可以调节示波器中第四通道的锯齿波的过零点,第五、第六通道中脉冲的相位随之改变,得到输出宽度相等且后沿固定,相位互差180?的两路触发脉冲,从而可以改变晶闸管的导通情况,最终实现调压。
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图4-13 触发电路各部分波形
(3)软启动控制环节。如图4-14所示,此环节根据电流反馈情况来控制晶闸管的开通时间,从而实现软启动的控制过程。
图4-14 软启动控制环节
将一相电流的有效值Ib作为反馈信号,对其取绝对值后与给定限流值Im进行作差比较,输出差值经延迟模块后转化为宽度不等的矩形波序列。再乘以预设电压上升速率ku,得到幅值扩大后的矩形波。该波经积分环节后,高电平转换为从零开始以ku为斜率线性上升的曲线,而低电平则转换成输出值保持不变的直线。积分后的输出电压要跟起始电压给定值U0作差,偏差经限幅模块后限制它的上下幅值。这样我们就得到了随电流反馈值变化的UC,即改变了脉冲产生的时刻,从而控制晶闸管的触发角。当Ib?Im时,触发角不变化,待电流减小后触发角随之减小,而输出电压开始增大,因此这一环节完成了软启动的闭环控制。
4.3.4 仿真结果分析
系统的仿真Start time为0,Stop time设为2,仿真算法选择其中的ode23tb,把上述所有参数要求设置完成后,即可仿真。得到图4-16所示的图中分别给出了转子电流ir(a)、定子电流is(a)、转速n和电磁转矩Te的仿真波形。
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图4-16 软启动波形
由上图可知:软启动能很好的将启动电流从零平滑上升至限定值的峰值42A以内(启动电流一般都限制为?1.5~2?IN,即有效值在25A~35A范围内,峰值在35A~50A范围内),使电机逐渐平稳地启动。因为电机带的负载转矩很小,所以在启动结束后,电机的运行电流接近于额定电流,转速接近额定转速
nN=750r/min。虽然启动转矩初值并不大,但随着电压的不断增加,转矩也逐渐上升,结束后可以达到额定转矩。
需说明的是在启动最初阶段内有2.1s的时间无电流流过,电动机没有启动,这是由于在这段时间内积分电路的输出值要跟起始电压值(此处给定起始电压为110V,起始电压在额定值的25%~75%可调)作比较,在积分输出达到这个电压之前正向晶闸管都处于断态,此时只有很小的漏电流。
当限定电流值Im在允许的范围内变化时,启动时间会随着Im值的不同而发生变化。现在分别给定25A、35A时,定子电流is(a)和转速n波形如下:
图4-17 (a) 限流25A波形变化图
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图4-17 (b) 限流35A波形变化图
从图4-17(a)、(b)中可以得到结论,限流越低,转速上升的越慢,启动时间就越长。虽然电机的启动过程相对较长,但是启动过程更加平滑,对电网电压,对负载机械的冲击会变得更小。
起始电压U0如果设定的值小一些,则启动时间将会缩短。现在设定U0分别为95V、110V时,定子电流is(a)和转速n波形如下:
图4-18(a) 起始电压95V波形变化图
图4-18(b) 起始电压110V波形变化图
从图4-18(a)、(b)中可以得出结论,起始电压设定的越低,转速上升的越快,启动时间就越短。
改变预设的电压上升速率ku,也可决定启动时间。现在使ku分别为250、300时,定子电流is(a)和转速n波形如下:
图4-19(a) 上升斜率250波形变化图
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图4-19(b) 上升速率350波形变化图
从图4-19(a)、(b)中可以得出结论,上升速率设定的越大,转速上升的越快,启动过程就越短。
由于软启动环节使用了晶闸管之类的电力电子器件,所以在启动过程中会引起谐波干扰。图4-20(a)、(b)、(c)分别为启动下的三个不同阶段的电流的放大图形:
图4-20(a) 初始阶段电流波形
图4-20(b) 中间阶段电流波形
图4-20(c) 结束阶段电流波形
从图4-20(a)、(b)、(c)中可以分析得到:采用晶闸管调压,会使电流波形发生畸变,会对电机产生谐波干扰。当启动过程结束,电流波形接近于正常波形。
4.4 启动性能比较
异步电动机传统的降压启动方式通常都是靠接触器切换电压来达到降压的目的,存在明显缺点,即无法从根本上解决启动瞬间电流尖峰的冲击,但它们没有谐波污染。
软启动具有传统降压启动不可比拟的优势,首先启动电流可控制在限定范围以内,且对设备无冲击转矩、对电网无冲击电流,对其他设备的影响非常小,还可满足不同的负载启动特性。最大的缺点是由于采用晶闸管移相控制,故会产生高次谐波,影响其他设备的用电质量。
由于软起启动属于一种造价较高的技术方案,虽然软启动能够将启动电流降到电流限定值以内,但对于不经常启动又不需要调速的大型动力设备来说,仅仅为了启动而加大设备投资,太不经济。