软启动器主电路工作过程的分析

第 22 卷第 3 期 山东科技大学学报 ( 自然科学版 ) Vol. 22 No. 3 2 0 0 3 年 9 月 Journal of Shandong University of Science and Technology (Natural Science) Sep . 2003 文章编号 :167223767 (2003) 0320059203 软启动器主电路工作过程的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 Ξ 王旭光 ,卫永琴 (山东科技大学 信息与电气工程学院 ,山东 济南 250031) 摘 　要 :采用相量图的方法 ,对软启动器的主电路接 R 负载时的工作过程分别进行了定量分析 ,求出了 负载在各种控制角范围中负载电压和晶闸管端电压的解析式 ,绘出了理想情况下负载电压的波形 ,建立了控 制角变化的整个范围内输出电压有效值与控制角的数量关系。 关键词 :软起动器 ;相量图 ;晶闸管 ;主电路 中图分类号 : TN 710. 2 　　　　　　文献标识码 :A Analysis of Operation Process of Main Circuit of Soft2starter WAN G Xu2guang ,WEI Yong2qin (College of Info. & Elec. Eng. , SUST , Jinan , Shandong 250031 , China) Abstract : The paper gives the quantitative analysis of the main circuit of soft - starter using phase diagram while it connected with resistive load , and provides the range of controlling angle of the loads ,at the same time , the analytic expressions of output voltage and the voltage of thyritors are derived , then the output voltage waveform of ideal condition is drawn out by mean of MA TLAB , and the numerical relation between the effective value of output voltage and the controlling angles within the range of the controlling angles is given. Key words :soft2starter ; phase diagram ; thysistor ; main circuit 　　晶闸管三相交流调压器的主电路有多种接线 形式 ,其中六晶闸管无中线接线方式应用最为普 遍 ,并且它也是交流电子开关、软启动器、交流功 率控制器的主电路接线形式 ,该电路的原理图如 图 1。尽管该电路早已被实用化 ,但在电路的波 形、定量计算等方面仍缺乏一种准确、简洁、通用 的手段。本文采用相量图的方法详细分析了负载 为纯电阻的各种控制角范围内晶闸管的工作情 况 ,用严谨的数学手段推导 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 了各种工况下负 载相电压和晶闸管端电压的数学 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达通式 ,使其 在理论上得到升华。 1 　各种工况下晶闸管的开通与通断过程 分析 图 1 　软启动器的主电路结构Ξ 收稿日期 :2003209203 　 作者简介 :王旭光 (19572) ,男 ,山东泗水人 ,教授 ,从事电力电子技术的教学和研究. 　　首先作以下假设 :负载和电源均为三相对 称 ;负载为纯电阻性 ; 晶闸管的触发顺序为 V T1 →V T2 →V T3 →V T4 →V T5 →V T6 ;电源电压幅 度采用标幺值 ,相电压幅度为 1 ,并设 A 相电源电 压初相角为 0 ,即 uA O = sinωt 。为分析方便 ,采用 了相电压、线电压的相量图 (如图 2) ,以 A 相电源 电压 uA O 的正半周起点为α的起点即α = 0 ,α逆 时针增大。 图 2 　相电压和线电压的相量图 　　图 1电路在工作时随控制角的变化可能出现 属于三相的三个晶闸管同时导通 ,属于两相的两 个晶闸管同时导通 ,所有晶闸管均不导通这三种 工况。在不同的工况下 ,晶闸管的导通、关断条件 也是不同的。以下分别进行分析。 (1) 当α<π/ 3时 ,即α的终点未达到O _ C ,设 电路已处于 V T5 、V T6 导通的稳定工作状态 , 此 时 V T1 的端电压为 uV T1 = 1 . 5 uA O > 0 , ,满足开 通条件 ,在ωt = α时触发 V T1 ,由于α <π/ 3 ,即 ωt 的终点未达到 O _ C , uCO 仍为正 , V T5 满足导通 条件 ,于是电路进入 V T5 、V T6 、V T1 三管同时导 通的状态 ;当ωt =π/ 3 时 ,即α的终点达到 O _ C , uCO ,与 C 相电源相连的 V T5 由于 uCO 的过零变 负而自然关断 , 电路转为 V T6 、V T1 两管导通状 态 ,电源线电压加于 A 、B 两相负载 ,此时 V T2 端 电压为 uV T2 = - 1 . 5 uCO > 0 ,满足开通条件 ,在 ωt =π/ 3 +α时 ,触发 V T2 ,由于α <π/ 3 ,ωt = π/ 3 +α < 2π/ 3 ,即ωt 的终点未到达B _ O , V T6 仍 满足导通条件 ,于是电路又进入三管导通状态 ,此 状态一直持续到ωt = 2π/ 3 ,与 B 相电源相连的 V T6 由于 uBO 的过零变正而自然关断 , V T1 、V T2 继续导通。三相交流调压器按自然换相点出现顺 序依次触发换相 ,电路为三相、两相交替工作。 (2) 当α >π/ 3 且α <π/ 2 时 ,从图 2 看 ,也 就是α的终点已超过 O _ C 但未达到B _ C ,处于 O _ C 和 B _ C 之间 ,说明 uCO 已变负 , uCB 仍为正。仍以 V T5 、V T6 稳态工作 , 准备触发 V T1 为例 , 触发 V T1 之前 ,与 V T5 、V T6 相连的线电压 uCB > 0 ,能 维持二者导通 , 但与 V T5 相连的 uCO 已过零变 负 ,所以一旦导通 V T1 ,V T5 会立即关断 ,V T6 、 V T1 两管导通 ,这表明在此工况下 ,电路工作在任 何时刻均只有两个晶闸管导通 ,任一晶闸管导通 时 ,都与先前导通的晶闸管换相 ,此时不存在晶闸 管由于电源电压过零变负而自然关断的现象。 (3) 当α >π/ 2 时 ,即α的终点已超过 B _ C , uB C > 0 ( uCB < 0) ,在触发 V T1 之前 ,先它导通的 V T5 、V T6 因与之相连的线电压 uCB 过零变负而 关断 ,负载电压出现断续。因为电路中必须有两相 晶闸管同时导通 ,才能形成电路通路 ,所以应采用 双脉冲触发。 从相量图还可发现 ,当α> 5π/ 6时 ,α的终点 已超过 B _ A ,说明 uAB < 0 ,电源线电压变负 ,回路 中两晶闸管不能触发导通 ,故移相范围为 0 < α < 5π/ 6。 2 　各种工况下负载相电压和晶闸管端电 压的数学表达式及波形仿真 　　在分析晶闸管的导通和关断时 ,将α的变化 分为三个范围 ,在这三个范围中 ,每一范围由于导 通的晶闸管的不同组合 ,会出现六种不同的电路 状态 ,每个状态持续的时间为π,因此可以将一个 交流电的周期分为六等分进行分析 ,区段的划分 如下 : kπ/ 3 +α～ ( k + 1)π/ 3α　( k = 0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5) α <π/ 3 因为在此工况下 , 电路为三相、两相交替工 作 ,所以每一区段又分两种情况 ,令 S 1 = 0 kπ/ 3 +α < ω < ( k + 1)π/ 3 (三管通) 1 ( k + 1)π/ 3 < ω < ( k + 1)π/ 3 +α (二管通) S 1 = 0 时 ,负载电压为各自相电压 ,表示为 06 山 东 科 技 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 　　　　　　　　第 22 卷 u1 = sin (ωt - 2 ( i - 1)π3 ( i = 1 ,2 ,3) (注 :1 ,2 ,3 分别对应 a , b , c 相) (1) S 1 = 1 时 ,负载电压为线电压或 0 . 为了得到 u i 的表达通式 , 采取以下数学手 段 : 由参考文献[1 ] 中表 422 ,通过分析作表 1 : 表 1 　相电压相数差与电源状态区间关系 ( i - j) k = 0 k = 1 k = 2 k = 3 k = 4 k = 5 i = 1 1 - 2 1 - 3 1 - 1 1 - 2 1 - 3 1 - 1 i = 2 2 - 1 2 - 2 2 - 3 2 - 1 2 - 2 2 - 3 i = 3 3 - 3 3 - 1 3 - 2 3 - 3 3 - 1 3 - 2 　　表中 i - j 项内容表示 u i = 0 . 5 ( V i - V j) ( V i 、V j 代表电源相电压) 令 V 1 = < 00 　V 2 = 1 < - 2π/ 3 V 3 = 1 < - 4π/ 3 综合起来可写成 V i = 1 < - ( i - 1) ·2π/ 3 进一步分析可得表 2 : 表 2 　V i 的角度除 2π/ 3 的倍数与电源状态区间关系 ( i - j) k = 0 k = 1 k = 2 k = 3 k = 4 k = 5 i = 1 1 2 0 1 2 0 i = 2 0 1 2 0 1 2 i = 3 2 0 1 2 0 1 　　元素 j - 1 即是 V j 滞后于 V 1 的角度除以 2π/ 3 的倍数。 令 P = k - i + 53 的余数 (2) 当 S 1 = 1 时 , u = 0 . 5 ×{ sin[ωt - 2 ( i - 1)π3 ] - sin[ωt - 2 Pπ 3 ]} (3) 由 (1) 、(3) 可得 ui = 0. 5(2 - S1) { sin[ωt - 2( i - 1)π3 ] - S1sin[ωt - 2 Pπ 3 ]} (4) 其曲线波形如图 3 所示。 图 3 　α < 60°时的负载电压波形 　　同理 , 计算晶阐管端电压时 , 亦可令 P K - i + 5 3 的余数 ,注意此处 k = 0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5 ; i = 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 代表晶闸管的代号。 若令 P = 0 时 , m = 1 ,否则 m = 0 ,可得晶 闸管的端电压 uV Ti = 1 . 5 m sin[ωt - ( i - 1)π3 ] (5) (2)π/ 3 < α <π/ 2 参考文献[1 ] 表 423 ,与α <π/ 3 范围内晶闸 管的工作情况相比 ,此范围内不出现 S 1 = 0 的状 态 ,而 u i 各区段与α <π/ 3 时 S 1 = 1 的情况完全 相同 ,故可用 (3) 式表示 ,即 : ui = 0. 5 ×{sin[ωt - 2 ( I - 1)π3 ] - sin[ωt - 2 Pπ 3 ]} (6) 曲线图如图 4 所示。同理 ,晶闸管的端电压可 用 ( A 1) 式表示。 图 4 　60°< α < 90°时的负载电压波形 　　(3)π/ 2 < α < 5π/ 6 在此工况下 , 仍将一个周期分六个区段 : kπ/ 3 +α～ ( k + 1)π/ 3 +α( k = 0 ,1 ,2 ,3 ,4 ,5) 每 一区段有两种工作状态 ,即两管通和没有管通 ,针 对这一情况 ,作如下假设 : S1 = 0 ( kπ/ 3 +α < ωt < kπ/ 3 + 5π/ 6) (两管通) S1 ( kπ/ 3 + 5π/ 6 < ωt < ( k + 1)π/ 3 +α) (无管通) 参见文献[1 ] 表 424 ( p179) , S 1 = 0 时 ,两管 通 ,其负载电压可表示为 : ui = 0. 5 ×{sin[ωt - 2 ( i - 1)π3 ] - sin[ωt - 2 Pπ 3 ]} (7) S 1 = 1 时 ,无管通 ,每相负载电压均为 0 ,在 此工况下 ,负载电压可用下面的通式表示 : ui = 0.5(1 - S1) ×{sin[ωt - 2( i - 1)π3 - sin[ωt - 2 Pπ 3 ]} (8) (下转第 65 页) 16第 3 期 　　　　　　　　　　　王旭光等 :软启动器主电路工作过程的分析 　　　　　　　　　　　 口曲线的线性度比零开口要好得多。正开口区域 以外 ,这种阀就和零开口阀一样。 图 2 　四通滑阀的压力 - 流量特性曲线 4 　结束语 本文介绍的方法 ,为液压伺服控制理论和其 他领域 (特别对于非线性理论问题的图形绘制) 的理论分析提供了一种有效的方法 , 这是 MA TL AB 语言的图形功能带来的便利。 参考文献 : [l ]李洪人. 液压控制系统 [ M ] . 北京 :国防工业出版社 , 1981. [2 ]薛定宇. 科学运算语言 MA TLAB5. 3 - - - - 程序设 计与应用[ M ] . 北京 :清华大学出版社 ,2000. (上接第 61 页) 其曲线如图 5 所示。 图 5 　90°<α< 150°时的负载电压波形 　　分析晶闸管的端电压有两种情况 ,当管子不通 , 即 S1 = 1 时 ,晶闸管承受的端电压为与之相连的相 电压 ,可表示为 : uV Ti = S sin(ωt - 2 ( i - 1)π3 ) (9) 当管子导通 ,即 S 1 = 0 时 ,晶闸管端电压同 (1) 、(2) 情况 ,亦可用 (3) 式表示 ,二者合起来可 用下式表示晶闸管的端电压 : uV Ti = S 1sin[ωt - ( i - 1)π3 ] + 1 . 5 (1 - S 1) m sin[ωt - ( i - 1)π3 ] (10) 根据式 (1) (6) (7) (8)可得出输出电压有效 值随控制角变化的曲线 ,如图 6 所示。 图 6 　三相无中线交流调压器输出特性 参考文献 : [l ]孙树朴 ,王旭光 ,等. 电力电子技术 [ M ] . 徐州 :中国矿 业大学出版社 ,1999. [2 ]林渭勋. 电力电子技术基础 [ M ] . 北京 :机械工业出版 社 ,1990. [3 ]程卫国 ,冯峰 ,等. MA TLAB 5. 3 应用指南 [ M ] . 北京 : 人民邮电出版社 ,2000. 56第 3 期 　　　　　　　　宋志安等 :基于 MA TLAB 的四通伺服滑阀理论分析方法