论文总字数：19623字

摘 要

本文主要针对对感应电机在软起动过程中存在的电流、电磁转矩以及转速振荡问题进行仿真分析并就相关现象提出解释。论文首先通过三相带三相负载软起动电路进行仿真研究了三相交流调压电路的工作情况，之后又建立了感应电机直接起动时仿真电路加深了对电机起动的认识。然后根据感应电动机的数学模型，建立了感应电动机软起动的仿真电路，比较分析了晶闸管触发角度、机组的转动惯量、负载转矩以及转子电阻这四个因素对振荡的影响，探讨了振荡出现的原因。结果表明：在某种情况下，电机起动过程中转子的转速会大过同步转速，当转子转速围绕同步转速变化时，续流角Ф会在晶闸管触发角α附近大幅度变化，而这会引起三相调压电路的输出电压的振荡，从而使软起动过程中出现的电流、转速以及电磁转矩的振荡现象。

关键词：感应电动机 软起动 振荡 仿真

The Research of Induction motor’s Oscillation Phenomenon controlled by Thyristor

Abstract

The paper of mine makes theory analyses and simulation research on the oscillation of current,electromagnetic and speed during the soft-starting of three-phase induction motor.Firstly ,we study about how the three-phase AC voltage regulator circuit works through three-phase load soft-start circuitry and then through the establishment of a direct induction motor when starting emulation circuit deepen the understanding of the motor starter.Then according to the mathematical model of the induction motor, establishing the emulation circuit of an induction motor soft-start.

Secondly,the effects of thyristor’s angle,induction motor and its load’s equal moment of inertia ,load torque and rotor’s resistance on oscillation are analyzed.According to the analysis ,the cause of oscillation of current, electromagnetic and speed is discussed.During the starting process of induction motor,when the rotor speed reaches the synchronous speed and varies around it,the displacement angle will change in a wide range .When the displacement angle oscillates around the thyristor’s firing angle ,the voltage of AC voltage regulation circuit will oscillate.The output voltage oscillation will be intensified during the interaction between stator’s and rotor’s magnetic fields.It is important that rotor speed doesn’t oscillate around low speed,but oscillates around synchronous speed during the soft-starting process.

Key Words: Induction motor;Soft-starting;Oscillation;Simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2感应电机常见的起动方式 1

1.3针对感应电机软起动振荡现象国内外的研究现状 5

1.4本文的研究内容 6

第二章 晶闸管调压电路的建模与仿真分析 7

2.1晶闸管的结构及工作原理 7

2.2晶闸管调压电路的工作原理 9

2.3晶闸管调压电路建模与仿真分析 11

第三章 异步电机数学模型及其直接起动仿真模型 16

3.1异步电动机的数学模型 16

3.2异步电机直接起动仿真 19

第四章 晶闸管控制异步电机建模与仿真分析 21

4.1 晶闸管控制异步电机建模与仿真 21

4.2晶闸管控制异步电机过程中的振荡现象研究 22

4.2.1晶闸管触发角对振荡的影响 22

4.2.2机组转动惯量常数对振荡的影响 27

4.2.3负载转矩对振荡的影响 31

4.2.4转子电阻对振荡的影响 33

4.3晶闸管控制异步电机振荡现象产生的原因分析 36

第五章 结论 38

附录 39

参考文献 40

致谢 41

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

自1831年，电磁感应现象被法拉第发现以来，并利用该原理发明了世界上第一台可以说是真正意义上的电机——法拉第圆盘发电机之后。电机就开始广泛的应用于现代工业的生产建设之中，在诸如钢铁厂、各种制造加工厂以及发电厂等。

在社会的不断进步中作出了很大贡献的同时，电机自身也处在不断发展之中。1885年8月，Tesla提出两相感应电动机模型，并于1887年制造出两相感应电机。1889年,AEG公司发明制造出首台三相鼠笼式电机，1891年，美国汤姆逊休斯公司制成美国第一台三相感应电动机......在经过一百多年的研究和探索，电动机的功能得到了很大的提高，其中比较有代表性的如控制电动机、功率电动机、信号电机。虽然如今对电机有了很深的认识与应用，但时到如今对感应电机的研究和改进依然层出不穷。虽然制造电机的材料和技术都发生了天翻地覆的变化，但是其利用的电磁转换这一原理的本质始终未改。

自电机发明的一百多年时间以来，电机在我们生活的方方面面都发挥着其不可忽视的作用，给人类生活带来了巨大的影响。从发电机发出的电能是现代社会最重要的能源之一，电动机广泛应用于交通，机械及控制等领域。经过2011年统计所得出的数据可以看出，我国近些年的电机的保有量约有1700兆瓦，这些电机耗耗费电力的总量量约3万亿kwh，占据了社会在所有生产实际活动中所用电总量的百分之六十四左右，而这在之中在工业生产方面中所用到的电机的总耗电量已经达到了2.6万亿kwh，约占工业用电的75%。而异步电机又是在生产中最被广泛使用的电动机，因此，对异步电机的研究就显得很有必要性。虽然对于异步电机研究来说主要有两个方面，一是改进异步电动机的结构，提高材料的利用率，改善其性能;二是对感应电机进行控制所需的系统进行恰当合适的选用。但是，更进一步考虑的话可以发现，要实现对异步电机系统进一步的控制，只有依赖于对异步电机的实时控制。

1.2感应电机常见的起动方式

目前，在工矿行业中使用着大量的异步电机，其中的大部分使用的是直接起动的方式。直接起动是起动电机所能用的最为简单直接的方式，顾名思义，就是在电机起动时闭合接触器或者闸刀，从而直接将电机连接到电网上。直接起动这种方式通常又被称为全压起动。全压起动这种方式具有很多显而易见的优势，如起动的时候转矩较大、起动所需的时间比较短、所需用到的设备简单等，同时直接起动所需进行的操作也很方便而且容易对其维护，并且所需资金较少以及设备发生故障的概率也比较低。所以，只要所操作的设备器械能够满足直接起动时所要求的条件，能够承受住起动过程中所带来的冲击力矩，而且在起动过程中所导致的电压降也在允许值的范围之内，就优先考虑以直接起动这一方式来进行电机的起动。但直接起动同时也存在着一些很明显的局限性，如起动过程中的电流较大，对于常用的鼠笼式异步电机来说，起动时的电流往往可以达到其电流的额定值的五到八倍。对于功率比较大的电机来说，配电系统的电压会因为直接起动时的起动而出现显著下降的现象，同时较大的起动电流也会对接在同一线路上的其他设备的正常运转造成干扰，对电机的绝缘性造成难以避免的损坏，同时严重影响电机的正常使用年限。并且电网也会受到其干扰，从以下两个电就可以看出：

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