異步電機軟起動研究.pdf

1、交流異步電機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、環(huán)境適應(yīng)性強和拖動性能好，因而獲得廣泛應(yīng)用。在額定電壓空載起動（直接起動）時電流通常為額定電流4－7倍，部分國產(chǎn)電機甚至達到8－12倍，過大電流不僅在定子線圈和轉(zhuǎn)子籠條上產(chǎn)生很大沖擊力，破壞繞組絕緣和造成籠條斷裂，引起電機故障；而且還會產(chǎn)生大量焦耳熱，損傷繞組絕緣，縮短電機壽命；特別是對于高壓電機來說，過大的起動電流會使得電網(wǎng)電壓急劇下降從而導致同一電網(wǎng)上其它設(shè)備不能正常運行,甚至使電網(wǎng)失去穩(wěn)定造成更大的

2、事故；所以電機起動電流大，對電機自身、電網(wǎng)、負載均有不利的影響；另外起動轉(zhuǎn)矩脈動大、轉(zhuǎn)矩小，也限制了電機的應(yīng)用范圍。
　　 為了克服起動電流大的弊端通常采用降壓起動方式起動，傳統(tǒng)的降壓起動種類繁多，包括：定子串電阻/電抗軟起動、頻敏變阻器軟起動、水電阻/液阻軟起動、Y/△軟起動、自藕變壓器軟起動、延邊三角形起動、磁控軟起動等，具有體積重量大、占地面積廣、技術(shù)含量比較低的弊端但都不產(chǎn)生諧波。在降壓起動中由于轉(zhuǎn)矩大小跟電壓平方成正比

3、，所以電壓降低一點轉(zhuǎn)矩下降得更多，從而起動轉(zhuǎn)矩更小。
　　 到了20世紀70年代隨著電力電子器件的飛速發(fā)展，開始采用晶閘管移相觸發(fā)降壓軟起動（即電子式軟起動），克服了傳統(tǒng)軟起動上述弊端，同時又帶來諧波含量比較大、價格也比較高、晶閘管參數(shù)一致性要求高和一旦損壞難以修復(fù)等弊端，目前只有少數(shù)國外的大公司掌握生產(chǎn)這種裝置的核心技術(shù)。
　　 20世紀80年代發(fā)展起來的變頻調(diào)速技術(shù)，除可控制電機的調(diào)速運行外，也完美的解決了異步電機軟

4、起動問題。但是由于其價格昂貴，用在不需要調(diào)速僅僅為了解決起動問題的場合是非常不經(jīng)濟的，一般工業(yè)企業(yè)無法承受的。
　　 為了提高起動轉(zhuǎn)矩、降低起動電流，本文主要對一種新型的軟起動方法—分級交交變頻的方法進行系統(tǒng)地研究，利用電子式軟起動器的硬件結(jié)構(gòu)，僅僅通過改變控制策略去探討電機的起動特性。
　　 本文主要開展了7個方面的研究工作，取得的研究成果如下所示：
　　 1）廣泛查閱資料，綜述了軟起動技術(shù)發(fā)展歷程、現(xiàn)狀、意義

5、，闡述傳統(tǒng)軟起動類別、特點和電子式軟起動器的特點、控制方式、使用場合；著重闡述了基于晶閘管的單相、三相交流調(diào)壓電路的原理、常用的軟起動控制策略，并對使用最普遍的電壓斜坡起動、限流軟起動進行建模和仿真。
　　 2）闡述分級交交變頻基本原理，首先對分級變頻后得到的離散電壓進行基波提取，然后對不平衡的電壓基波采用三相對稱分量法進行分析并分解成為：平衡的正序、負序、零序電壓，最后再將其分別作用在電機上，通過疊加方法得到不平衡電壓作用下電

6、機的性能指標。
　　 3）以電機獲得最大轉(zhuǎn)矩為目標，逐一分析、考察不平衡的2分頻、3分頻后的電壓組合和正序分頻的4分頻、7分頻后的電壓組合，找出能夠產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的電壓組合。另外起動電流大一向是直接起動的弊端，以起動電流為目標逐一考察上述分頻后得到的電壓組合，對每種組合進行建模和仿真，找出起動電流最小的電壓組合，仿真發(fā)現(xiàn)起動電流最小的電壓組合同時也是起動轉(zhuǎn)矩最大組合，這樣就找到產(chǎn)生小電流大轉(zhuǎn)矩的三相電壓組合，這正是電機起動時需要的

7、特性。
　　 4）在分級變頻起動時采用晶閘管作為主開關(guān)器件，諧波比較大，采用傅里葉級數(shù)對諧波、基波進行定量分析；同時采用MATLAB搭建相應(yīng)仿真模型并對其進行分析，理論分析和仿真結(jié)果是一致的。
　　 5）以電機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型為研究對象，以獲得最大轉(zhuǎn)矩為研究目的，分析任意分頻下基波正、負序電壓值，推導出電機起動轉(zhuǎn)矩大小，發(fā)現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子電感值相對電阻值越大電機起動轉(zhuǎn)矩越大，同時也為分級變頻中頻率等級選擇提供理論依據(jù)。
　　

8、 6）對分級變頻中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因進行分析，并對可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的因素逐一進行仿真。為了起動轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)增加，從分級變頻方法得到電壓中提取基波，對基波采用恒 進行控制，采用仿真和理論分析相結(jié)合的方法確定不同頻率等級時的基波電壓，從而確定觸發(fā)方法。
　　 7）設(shè)計出分級變頻系統(tǒng)硬件電路，編寫相應(yīng)的軟件，對選擇的分頻等級分別進行實驗后按照頻率由低到高逐步增加，以電阻、電機為負載進行實驗，試驗結(jié)果驗證：采用分級交交變頻控制策略能夠小電