摘 要

交流电动机是生产生活中常见的电力设备，但是因为交流电动机的起动特性，在直接全压起动时会产生过大的起动电流和转矩，进而同时对电力系统和相关设备造成很大的冲击，影响相关设施的使用寿命。本文通过研究交流电动机的几种起动模型和起动方法，分析电动机驱动过程中的性能指标，对电动机的起动进行讨论和研究。

本次毕业论文设计的目的是研究交流电动机的起动模型及起动方法，重点研究电动机的几种软起动模型和控制算法。

首先，通过了解交流电动机起动模型及起动方法研究的目的意义及研究现状，找出本次论文研究的关键问题和技术难点，确立研究的主要内容。

其次，通过对交流电动机几种起动模型的性能对比分析，总结了不同起动模型的优缺点，并得出不同起动模型的性能指标关系。

其三，研究了交流电动机软起动的几种起动方法，并分析每种方法的优缺点及适用场合，同时了解了软起动过程中应用比较广泛的PID算法，以及他们的类型和原理。

最后，对不同类型的交流电动机直接全压起动和软起动方法都展开了建模与仿真的分析和对比，验证了软起动方法的可行性，以及通过软起动方法起动交流电动机的实用性和有效性。

本文通过原理的研究和仿真的分析，比较了各种起动模型和起动方法的性能和特点，证明了软起动方法的正确性和可行性，为交流电动机起动模型和起动方法的研究提供了参考依据。

关键词:起动模型；起动方法；软起动；控制算法；Matlab/Simulink

Abstract

AC motor is the production of electricity in the common power equipment, but because the starting characteristics of the AC motor, there is too much starting current and torquein the direct full pressure start, and thus the power system and related equipment caused a great impact, affecting the service life of the relevant facilities. In this paper, several starting models and starting methods of AC motor are studied, and the performance indexes of the motor drive process are analyzed, and the starting of the motor is discussed and studied.

The purpose of this thesis is to study the starting model and starting method of AC motor, and focus on several kinds of soft starter model and control algorithm of motor.

Firstly, by understanding the purpose and research status of AC motor starting model and starting method, the key problems and technical difficulties of this paper are found out, and the main contents of the research are established.

Secondly, through the comparison and analysis of the performance of several starting models of AC motor, the advantages and disadvantages of different starting models are summarized, and the performance indexes of different starting models are obtained.

Thirdly, several starting methods of AC motor soft start are studied, and the advantages and disadvantages of each method and the application are analyzed. At the same time, we understand the widely used PID algorithm and the type and principle of soft start process.

Finally, the analysis and comparison of the modeling and simulation are carried out on the direct start and soft start methods of different types of AC motors. The feasibility of the soft start method and the practicality and effectiveness of starting the AC motor by the soft start method.

In this paper, the performance and characteristics of various starting models and starting methods are compared by the analysis of the principle and the analysis of the simulation. The correctness and feasibility of the soft starter method are proved, which provides a reference for the research of AC motor starting model and starting method.

Key words: starting model; starting method; soft start; control algorithm; Matlab / Simulink

目 录

第1章 概论 1

1.1 交流电动机起动模型及起动方法研究目的及意义 1

1.1.1 交流电动机起动模型及起动方法研究的目的 1

1.1.2 交流电动机起动模型及起动方法研究的意义 1

1.2 交流电动机起动模型及起动方法研究的国内外现状 2

1.2.1 国内外交流电动机起动模型及起动方法研究现状 2

1.3 研究交流电动机起动模型及起动方法的关键问题和技术难点 3

1.3.1 研究交流电动机起动模型及起动方法的关键问题 3

1.3.2 研究交流电动机起动模型及起动方法的技术难点 3

1.4 论文主要研究内容及章节安排 4

第2章 交流电动机起动模型构建 6

2.1 交流电动机等效电路 6

2.2 直接全压起动 7

2.2.1 交流直接全压起动过程分析 8

2.2.2 交流电动机直接全压起动的优缺点 8

2.3 变频器软起动 9

2.3.1 变频器软起动原理 9

2.3.2 变频器软起动的优缺点 10

2.4 自耦变压器降压起动 10

2.4.1 自耦变压器降压起动基本原理 10

2.4.2 自耦变压器降压起动的优缺点 11

2.5 晶闸管调压软起动 12

2.5.1 晶闸管调压软起动的基本原理 12

2.5.2 使用晶闸管进行调压软起动的优缺点 13

2.6 液阻软起动 13

2.6.1 串液阻软起动基本原理 13

2.6.2 串液阻的软起动的优缺点 14

2.7 本章小结 15

第3章 起动方法的研究 17

3.1 软起动的起动方法 17

3.1.1 斜坡恒流起动的原理及控制 17

3.1.2 斜坡电压起动的原理及控制 18

3.1.3 脉冲突跳起动的原理及控制 20

3.2 软起动的控制算法研究 21

3.2.1 控制算法的介绍分析 21

3.2.2 PID控制算法 22

3.2.3 模糊控制算法 23

3.3 本章小结 24

第4章 交流电动机起动过程的建模与仿真 25

4.1交流电动机直接全压起动的建模与仿真 25

4.1.1 7.5kW/380V/15A交流电动机直接全压起动的建模与仿真 25

4.1.2 1800kW/6kV/220A交流电动机直接全压起动的建模与仿真 27

4.1.3 交流电动机直接全压起动的仿真分析 28

4.2 交流电动机软起动的建模与仿真 29

4.2.1 7.5kW/380V/15A交流电动机软起动的建模与仿真 29

4.2.2 1800kW/6kV/220A交流电动机软起动的建模与仿真 33

4.2.3 交流电动机软起动仿真分析 34

4.3 交流电动机直接全压起动和软起动的对比分析 35

4.4 本章小结 36

第5章 总结与展望 37

5.1 总结 37

5.2 展望 37

参考文献 38

致谢 39

附录A 晶闸管式可变电抗器仿真模型 40

附录B 交流电动机直接起动仿真模型 41

附录C 交流电动机晶闸管式可变电抗软起动仿真模型 42

第1章 概论

交流电动机是电力器械中最重要的原动力，交流电动机主要是由一个产生磁场的电磁绕组或者分布的定子绕组还有一个转子或旋转电枢组成。电动机的原理是磁场中的通电线圈因受力而转动的现象制成的，它相比于直流电机有许多明显的优点。电动机的应用场合和用途十分广泛，是大部分电力机械的主要动力来源。其中，三相异步交流电动机相比于直流电机具有运行可靠、结构简单、过载能力强及使用、价格便宜、维护、安装方便等优点，广泛应用于各种电力场合。但是交流电动机在使用时的的缺点也相当明显，尤其是当交流电动机在起动过程中对于国家主要电力中的网络机械以及相关生产设备的冲击都比较大。

交流电动机在起动过程中的起动电流非常大，一般情况下起动电流是额定电流的5-7倍，由于交流电动机负载在整体上为感性负载，使其起动时功率因数很低，以致于起动转矩很低。在这种情况下，较大的起动电流会导致在线路上产生较大的压降，会严重影响到同一线路上其他设备的正常运行以及安全，同时，也有可能出现由于起动转矩太小带来的不能正常起动的现象。在这种情况下，对于一些需要经常起动的电力设备，会加快线路的老化，同时，也会严重影响使用寿命。所以，如何降低交流电动机起动时的电流以及压降对于整个电力网络都十分严峻。