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基于模糊控制的中壓異步電機(jī)軟啟動(dòng)控制器的研究設(shè)計(jì)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):162
核心提示:

1  引言
   
  三相異步電機(jī)直接起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的危害。本文采用三相反并聯(lián)晶閘管控制導(dǎo)通電壓來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)。但要使電機(jī)的定子電壓按某一特定規(guī)律變化是很困難的,原因是:電機(jī)的續(xù)流角決定于其功率因數(shù)角,而功率因數(shù)角又與電機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān),在電機(jī)起動(dòng)過程中,電機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷變化,會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)角的變化。因此,本文提出將模糊控制應(yīng)用于中壓異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的控制中,有效解決了電流振蕩問題,獲得較好的控制效果。

2  功率因數(shù)角時(shí)變引起的電流振蕩問題
   
  根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)t型電路進(jìn)行等效,電機(jī)的功率因數(shù)角為相電壓與相電流的相位差,它等于電機(jī)單相阻抗z的阻抗角, 。當(dāng)電機(jī)參數(shù)已知時(shí),阻抗z為給定的電機(jī),在給定的頻率下其同步轉(zhuǎn)速ns是固定的。   
   
  由n=ns(1-s)及上式可得電機(jī)的功率因數(shù)角θ與電機(jī)轉(zhuǎn)速n之間的函數(shù)關(guān)系θ=f(n),即可得出某4極三相電機(jī)函數(shù)關(guān)系曲線如圖1所示。



圖1  4極三相電機(jī)函數(shù)關(guān)系曲線

  從圖1可以看到,在電機(jī)起動(dòng)過程中,電機(jī)的功率因數(shù)角θ變化非常大:電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)開始,隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速n的上升,θ角逐漸減小,當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時(shí),θ角達(dá)到最小值,如圖1中第1 段曲線所示;當(dāng)電機(jī)處于輕載運(yùn)行狀態(tài)下時(shí),其轉(zhuǎn)速可以進(jìn)一步提升,此時(shí),功率因數(shù)角θ又隨轉(zhuǎn)速n的上升而增大,如圖1中第2段曲線所示。
   
  根據(jù)晶閘管調(diào)壓電路的工作原理,額外的不可忽視的影響晶閘管輸出電壓的因素是電機(jī)的續(xù)流作用,而電機(jī)續(xù)流角的變化規(guī)律決定于其功率因數(shù)角,且該續(xù)流角便于實(shí)際測量。
    考慮晶閘管調(diào)壓型軟起動(dòng)控制器的一相電路,其工作電壓示意圖如圖2所示。


圖2  工作電壓示意圖

  所以: ,α為檢測過零后設(shè)定的觸發(fā)角,θ為功率因數(shù)角, 為實(shí)際導(dǎo)通角。晶閘管的輸出電壓有效值應(yīng)為:
     
 
  在電機(jī)軟起動(dòng)過程中,電機(jī)的端口電壓是逐漸提高的,其電壓大小取決于晶閘管的實(shí)際導(dǎo)通角 , 而又取決于α和θ的大小,而由圖1 知在啟動(dòng)過程中θ又隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)速不斷變化,如果升壓過程中α沒有及時(shí)變化,而θ變小,則會(huì)出現(xiàn)實(shí)際有效電壓下降,此時(shí)必然會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)速下降,而功率因數(shù)角θ隨之變大,則實(shí)際導(dǎo)通角又會(huì)增大,實(shí)際電壓增大,轉(zhuǎn)速升高θ又會(huì)變小,如此往復(fù)就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩振蕩,同時(shí)電流表現(xiàn)為電流震蕩,電機(jī)啟動(dòng)不起來,會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的后果。這也是本文要解決的問題。

3  系統(tǒng)的構(gòu)成及原理
   
  目前,國外的軟啟動(dòng)器主要時(shí)采用串聯(lián)晶閘管技術(shù),但是,由于晶閘管抗干擾能力不強(qiáng)容易受工作壞境的限制,而且晶閘管老化容易引起參數(shù)變化問題,使控制容易出現(xiàn)偏差。而把變壓器來隔離高壓和低壓(如圖3),變壓器的高壓繞組串在異步電動(dòng)機(jī)的定子回路中,而低壓繞組與晶閘管相連。低壓繞組的晶閘管導(dǎo)通以前,變壓器工作在空載狀態(tài),變壓器的勵(lì)磁阻抗很大,所以電網(wǎng)電壓基本上都降在三相開關(guān)變壓器上,電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。起動(dòng)時(shí),通過控制系統(tǒng)控制晶閘管的觸發(fā)角,可以連續(xù)改變低壓繞組上的電壓,進(jìn)而可以改變高壓繞組的電壓而達(dá)到連續(xù)改變電機(jī)端電壓的目的,這樣可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)。由于變壓器工作在開關(guān)狀態(tài),所以變壓器的損耗很小。


圖3  采用變壓器的軟起動(dòng)器

3.1 基于模糊的控制器
   
  恒流軟啟動(dòng)最大的障礙,就是避免進(jìn)入轉(zhuǎn)矩和電流振蕩。通常采用閉環(huán)的pid控制實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的恒流軟起動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)是高階、非線性、強(qiáng)耦合的被控對象,所以普通的pid控制難以達(dá)到理想的控制效果,從而容易造成在輕載起動(dòng)過程中發(fā)生轉(zhuǎn)矩和電流的振蕩。模糊控制不依賴于精確的數(shù)學(xué)模型,而且集結(jié)了有經(jīng)驗(yàn)的專家的多年的控制經(jīng)驗(yàn),因而可以實(shí)現(xiàn)較理想的控制。其原理圖如圖4所示。

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