基于MATLAB的起重机械起升电机调速方式的仿真研究.pdf

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1、能源技术与管理2016年第41卷第1期174EnergyTechnologyandManagementVo1_41No．1doi：10．39696．issn．1672—9943．2016．O1．067基于MATLAB的起重机械起升电机调速方式的仿真研究王超，孙琳，陈慧，刘中祥(江苏三联安全评价咨询有限公司，江苏南京211112)[摘要]针对起重机起升电机的不同调速方式，分析了它们各自的机械特性。运用MATLAB／Simulink工具分别给出了转子串电阻、定子调压和变频调速三种调速方式的仿真模型，仿真得出的不同调速方式的特性曲线印证了理论

2、分析的结果。[关键词]起升机构；调速方式；动态仿真；MATLAB／Simulink[中图分类号]TB492[文献标识码]B[文章编号]1672_9943f2016)01-0174-040引言起升电机是起重机械中主要的动力装置，也是起重机械中的主要耗能设备。起升电机通常是按静止一加速一匀速一降速一静止方式循环往复间隙工作的，即起升电机是变速运行的大功率电机。其调速运行的方式对于起升机构的安全运电磁转矩／N·nl行、使用寿命和节约能源具有直接的影响。起升电图1改变转子电阻时的人为特性机的调速方式通常有转子串电阻调速、定子调压1_2定子调压调

3、速及其特性调速和变频调速三种方式，各有不同的优缺点。定子调压调速的基本工作原理是异步电动机文献[1]运用MATLAB对三相笼式异步电动的最大转矩与定子电压的平方成正比，而产生最机的工作特性进行了仿真；文献[2]就异步电动机大转矩时的转差率s与定子电压无关。均匀地改的矢量控制特l生进行了仿真，给出了矢量控制下变定子电压，即可实现电动机的连续转矩的连续的仿真模型；文献[3]、[4]等就异步电动机动态过调整，从而实现调速的目的。程特性和起动特性进行了仿真研究。针对起重定子调压调速时的机械特性曲线如图2所机起升电机的调速特性的仿真研究尚不多见，

4、本示。可见改变电压时，最大转矩是会发生变化的，文针对作为起重机起升电机的这一三相异步电动而额定转速和转差率是不变的，对于叵转矩负载机的特殊应用环境，对目前起重机起升电机中应而言，由机械特性曲线与不同电压下电动机机械用中的转子串电阻调速、定子调压调速和变频调特性的交点，可以得到it-,b、c、d所决定的速度，其速三种调速方式，运用MATLAB仿真工具进行了调速的范围很小，没有多大的使用价值，并且随着仿真研究[5-7]。电动机转速的降低，会引起转子电流相应增大，可能引起过热而损坏电机，这种软机械特}生的电动1起重机起升电机的调速方式机除运行

5、效率较低外，在低速运行时工作点还不1．1转子串电阻调速及其特性易稳定，如图2中的d点所示。转子串电阻调速方法只适用于绕线式异步电动机，其调速的方法是通过集电环和电刷在转子回路中串人若干电阻，由接触器来控制接人电阻的多少，从而来控制电动机的转速。其机械挣陛如：；图1所示。从图1可以看出，绕线式异步电动机转一—一TL子电路串不同的电阻时，其额定转速和最大转矩一是不变的。电磁转矩／N·VI1图2改变定子电压时的人为机械特性2016年2月Feb．，2016王超，等基于MATLAB的起重机械起升电机调速方式的仿真研究1751．3变频调速及其特性2

6、三种调速方式的仿真模型建立异步电动机的变频调速属于转差功率不变型调速，是异步电动机各种调速方案中效率最高和2．1转子串电阻调速仿真模型性能最好的一种调速方法，是交流调速的主要发转子串电阻仿真模型主要由三相电源模块、展方向。异步电动机模型、串电阻串接模型、电机测量模块可见，只要平滑调节异步电动机的供电频率，和示波器组成。利用Timer模块可以设置阶跃信就可以实现电动机转速的调节。对异步电动机进号，作为电动机的负载转矩输入。由于是电力系统行调速控制时，需保持电动机的主磁通额定值不仿真，必须设置Powergui模块(电力图形用户界变。面)。特

7、别需要注意的是，电机测量模块输出的转变频调速的机械特性如图3所示。异步电动速单位是rad／s，需转化为rpm单位。因此增加了机的转速正比于定子电源的频率，若连续调节定1个Gian模块。串电阻串接模型原理和封装示子电源频率，即可实现连续改变电动机的转速。变意图如图4所示。频调速是目前交流电动机调速的一种主要方法，在许多方面已经取代了直流调速系统。InjRR1(llnlOutl}__In——Sub=#vⅢ(，utl图4串电阻串接模型图4模型由断路器、电阻和阶跃信号源组成。断路器用于切除回路中的电阻，其动作时间由阶跃信号源发出，从而实现电阻的

8、分级切除。仿真模型电磁转矩／N·m采用的是三相电阻平衡短接法。将封装后的模型图3变频调速时的人为机械特性接人电路，即为转子串电阻仿真模型，如图5所示。powerful图5转子串电阻调速仿真模型2-2定子调压