專利名稱:一種電動機(jī)軟起動仿真裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù),尤其是涉及一種電動機(jī)的軟起動仿真裝置及其方法。
背景技術(shù):
電動機(jī)軟起動仿真通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算,定量地預(yù)測電動機(jī)的軟起動過程,提供各相關(guān)物理變量(電網(wǎng)電壓,電動機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等)隨時間變化的信息。電動機(jī)能否軟起動成功以及起動狀況,需要經(jīng)過準(zhǔn)確的計(jì)算和仿真。目前軟起動方式很多,如液阻軟起動、磁控軟起動、晶間管軟起動等,從起動時間、控制方式的節(jié)能效果等多方面綜合比較,以晶閘管軟起動方式最優(yōu),代表著軟起動的發(fā)展方向。對于電動機(jī)而言,軟起動的頻繁度往往是很低的。為了選擇最優(yōu)的起動策略,即對軟起動過程的電流、電網(wǎng)電壓、轉(zhuǎn)速等可測變量的時間曲線作出總體評價(jià),對軟起動過程質(zhì)量、外在條件、控制策略適宜性作出總體評價(jià), 計(jì)算機(jī)離線仿真軟件顯得十分重要。軟起動過程最優(yōu)是軟件功能實(shí)現(xiàn)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。目前較多的仿真,利用MATLAB 軟件對采用PI電流閉環(huán)控制的異步電動機(jī)軟起動系統(tǒng)建模并進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果和實(shí)際結(jié)果吻合較好,仿真方法被證明是正確有效的。目前,國內(nèi)軟起動生產(chǎn)廠家都沒有專業(yè)的電動機(jī)軟起動仿真選型軟件,主要借助于MATLAB、PSIM等仿真工具,這需要專業(yè)的技術(shù)人員才能操作,無法供普通客戶使用。國外軟起動生產(chǎn)廠家只有西門子、AB有此類軟件,但只能對低壓電機(jī)軟起動進(jìn)行比較簡單的仿真,無法對高壓電動機(jī)進(jìn)行全面的仿真。一種現(xiàn)有技術(shù)為由遼寧工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院于2008年7月31日發(fā)表在 《電機(jī)與控制應(yīng)用》2008年第7期上的論文《異步電動機(jī)軟起動的數(shù)字仿真》公開了一種電機(jī)軟啟動仿真方法。異步電動機(jī)的軟起動可控制電動機(jī)的起動電壓和起動電流,減少電動機(jī)起動過程對電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊,同時保證電動機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。本文分析了軟起動的工作狀態(tài),并建立數(shù)學(xué)模型。利用MATLAB軟件對采用PI電流閉環(huán)控制的異步電動機(jī)軟起動系統(tǒng)編制程序,通過實(shí)例進(jìn)行仿真,并對仿真結(jié)果做了分析。由于電網(wǎng)、電動機(jī)和負(fù)載數(shù)學(xué)模型的非線性和時變性,傳統(tǒng)采用經(jīng)驗(yàn)公式或人工計(jì)算的方法往往是相當(dāng)不準(zhǔn)確的。有些廠家借助于MATLAB、PSIM等工具對電動機(jī)軟起動過程進(jìn)行仿真,但搭建仿真模型、設(shè)置仿真參數(shù)等過程比較復(fù)雜,需要專業(yè)的技術(shù)人員才能完成,無法供普通客戶使用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電動機(jī)軟起動仿真裝置及其方法,該裝置及其方法同時適用于低、高壓電機(jī)的軟起動過程仿真,建模過程簡便直觀,仿真過程中通過改變參數(shù) (電網(wǎng)參數(shù)、電機(jī)銘牌參數(shù)、起動控制參數(shù)、負(fù)載參數(shù)等)可隨時觀察系統(tǒng)的動態(tài)變化情況, 仿真結(jié)果精確度高。本發(fā)明具體提供了一種電動機(jī)軟起動仿真裝置的具體實(shí)施方式
,一種電動機(jī)軟起動仿真裝置,包括電源模塊,晶間管觸發(fā)模塊,電機(jī)模塊,負(fù)載模塊,同步電壓采集模塊,移相控制模塊,起動控制模塊,信號檢測模塊,電源模塊為裝置提供工作電源,晶間管觸發(fā)模塊模擬晶閘管特征,負(fù)載模塊根據(jù)負(fù)載的速度-轉(zhuǎn)矩曲線擬合得出的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的函數(shù)方程,同步電壓采集模塊與移相控制模塊相連,產(chǎn)生同步信號作為移相控制觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn), 移相控制模塊與晶間管觸發(fā)模塊相連,發(fā)出移相控制觸發(fā)脈沖,通過控制觸發(fā)角的大小來改變晶間管的開通程度,實(shí)現(xiàn)電機(jī)模塊輸入電壓的調(diào)節(jié),起動控制模塊接收來自信號檢測模塊的檢測信號,通過控制移相控制模塊對電機(jī)模塊進(jìn)行軟起動控制,信號檢測模塊通過檢測電機(jī)模塊電流的大小進(jìn)行限流控制。作為本發(fā)明一種電動機(jī)軟起動仿真裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式,電機(jī)模塊采用電機(jī)T 型等效電路模擬分析模塊。作為本發(fā)明一種電動機(jī)軟起動仿真裝置進(jìn)一步的實(shí)施方式,電機(jī)模塊的狀態(tài)方程由以下公式定義
權(quán)利要求
1.一種電動機(jī)軟起動仿真裝置,其特征在于包括電源模塊(1),晶間管觸發(fā)模塊0), 電機(jī)模塊( ,負(fù)載模塊(4),同步電壓采集模塊(5),移相控制模塊(6),起動控制模塊(7), 信號檢測模塊(8),電源模塊⑴為裝置提供工作電源,晶閘管觸發(fā)模塊(2)模擬晶閘管特征,負(fù)載模塊⑷根據(jù)負(fù)載的速度-轉(zhuǎn)矩曲線擬合得出的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的函數(shù)方程,同步電壓采集模塊(5)與移相控制模塊(6)相連,產(chǎn)生同步信號作為移相控制觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn),移相控制模塊(6)與晶間管觸發(fā)模塊( 相連,發(fā)出移相控制觸發(fā)脈沖,通過控制觸發(fā)角的大小來改變晶閘管的開通程度,實(shí)現(xiàn)電機(jī)模塊C3)輸入電壓的調(diào)節(jié),起動控制模塊(7)接收來自信號檢測模塊⑶的檢測信號,通過控制移相控制模塊(6)對電機(jī)模塊(3)進(jìn)行軟起動控制,信號檢測模塊⑶通過檢測電機(jī)模塊⑶電流的大小進(jìn)行限流控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動機(jī)軟起動仿真裝置,其特征在于所述的電機(jī)模塊 (3)采用電機(jī)T型等效電路模擬分析模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種電動機(jī)軟起動仿真裝置,其特征在于所述電機(jī)模塊(3)的狀態(tài)方程由以下公式定義
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電動機(jī)軟起動仿真裝置,其特征在于所述的起動控制模塊(7)模擬為電機(jī)模塊(3)的定子繞組以不同電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)接向電源的模型,在一個周期的6個相等間隔內(nèi),電機(jī)模塊(3)的軟起動過程按照A相電源關(guān)斷、三相電源同時導(dǎo)通、 C相電源關(guān)斷、三相電源同時導(dǎo)通、B相電源關(guān)斷、三相電源同時導(dǎo)通的順序依次出現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電動機(jī)軟起動仿真裝置,其特征在于所述的電機(jī)模塊 (3)三相電源同時導(dǎo)通時,電機(jī)模塊(3)的各相電壓即為各相電源電壓;當(dāng)電機(jī)模塊(3)處于狀態(tài)A相電源關(guān)斷時,
6. 一種利用權(quán)利要求1或2所述的電動機(jī)軟起動仿真裝置進(jìn)行仿真的方法,其特征在于,所述的方法包括以下步驟同步電壓采集步驟同步電壓采集模塊( 產(chǎn)生同步信號作為移相控制觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn),并將同步信號輸出至移相控制模塊(6);移相控制步驟移相控制模塊(6)發(fā)出移相控制觸發(fā)脈沖至晶間管觸發(fā)模塊O),通過控制觸發(fā)角的大小來改變晶閘管的開通程度,實(shí)現(xiàn)電機(jī)模塊C3)輸入電壓的調(diào)節(jié);晶閘管觸發(fā)步驟晶閘管觸發(fā)模塊( 模擬晶閘管特征,負(fù)載模塊(4)根據(jù)負(fù)載的速度-轉(zhuǎn)矩曲線擬合得出的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的函數(shù)方程;起動控制步驟起動控制模塊(7)接收來自信號檢測模塊(8)的檢測信號,通過控制移相控制模塊(6)對電機(jī)模塊( 進(jìn)行軟起動控制;信號檢測步驟信號檢測模塊⑶通過檢測電機(jī)模塊⑶電流的大小進(jìn)行限流控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電動機(jī)軟起動仿真方法,其特征在于所述的起動控制模塊(7)步驟模擬為電機(jī)模塊(3)的定子繞組以不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)接向電源的過程,在一個周期的6個相等間隔內(nèi),電機(jī)模塊C3)的軟起動過程按照A相的電源關(guān)斷、三相電源同時導(dǎo)通、C相的電源關(guān)斷、三相電源同時導(dǎo)通、B相的電源關(guān)斷、三相電源同時導(dǎo)通的順序依次出現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電動機(jī)軟起動仿真方法,其特征在于在所述的晶閘管觸發(fā)步驟當(dāng)中,晶閘管的觸發(fā)方式使用相對觸發(fā)方式,即當(dāng)?shù)谝粋€晶閘管觸發(fā)脈沖由同步電壓采集模塊產(chǎn)生同步基準(zhǔn)后,再以第一個晶間管觸發(fā)脈沖作為下一個晶間管觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電動機(jī)軟起動仿真方法,其特征在于當(dāng)晶間管觸發(fā)脈沖到來時置位一個標(biāo)志位,確定該相電壓為0 ;關(guān)斷時,復(fù)位該標(biāo)志位對該相電壓做出相應(yīng)調(diào)整,并將該變化的電壓輸入,計(jì)算并記錄包括電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速在內(nèi)的狀態(tài)量在各個時刻的值,動態(tài)地反映軟起動的過程。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電動機(jī)軟起動仿真裝置,其特征在于所述晶間管觸發(fā)模塊( 的晶閘管與電機(jī)模塊C3)感應(yīng)電動機(jī)的外接晶閘管繞組采用星形接法進(jìn)行模擬分析。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動機(jī)軟起動仿真裝置及其方法,電源模塊為裝置提供工作電源,晶閘管觸發(fā)模塊模擬晶閘管特征,負(fù)載模塊根據(jù)負(fù)載的速度-轉(zhuǎn)矩曲線擬合得出的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的函數(shù)方程,同步電壓采集模塊產(chǎn)生同步信號作為移相控制觸發(fā)脈沖的基準(zhǔn),移相控制模塊發(fā)出移相控制觸發(fā)脈沖,通過控制觸發(fā)角的大小來改變晶閘管的開通程度,實(shí)現(xiàn)電動機(jī)輸入電壓的調(diào)節(jié),起動控制模塊接收來自信號檢測模塊的檢測信號,通過控制移相控制模塊對電機(jī)進(jìn)行軟起動控制,信號檢測模塊通過檢測電機(jī)模塊電流的大小進(jìn)行限流控制。該裝置及其方法適用于低、高壓電機(jī)的軟起動過程仿真,建模過程簡便直觀,仿真過程中通過改變參數(shù)隨時觀察系統(tǒng)動態(tài)變化情況,仿真結(jié)果精確度高。
文檔編號H02P1/28GK102368672SQ20111020153
公開日2012年3月7日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者劉斐, 史虎, 葉春明, 張少云, 張鐵軍, 彭京, 林麗, 牛穎, 陳剛, 陳廣贊, 陳雪, 龍致遠(yuǎn) 申請人:株洲變流技術(shù)國家工程研究中心有限公司