異步電機(jī)軟起動(dòng)研究.pdf

1、交流異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和拖動(dòng)性能好，因而獲得廣泛應(yīng)用。在額定電壓空載起動(dòng)（直接起動(dòng)）時(shí)電流通常為額定電流4－7倍，部分國(guó)產(chǎn)電機(jī)甚至達(dá)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(jī)故障；而且還會(huì)產(chǎn)生大量焦耳熱，損傷繞組絕緣，縮短電機(jī)壽命；特別是對(duì)于高壓電機(jī)來說，過大的起動(dòng)電流會(huì)使得電網(wǎng)電壓急劇下降從而導(dǎo)致同一電網(wǎng)上其它設(shè)備不能正常運(yùn)行,甚至使電網(wǎng)失去穩(wěn)定造成更大的

2、事故；所以電機(jī)起動(dòng)電流大，對(duì)電機(jī)自身、電網(wǎng)、負(fù)載均有不利的影響；另外起動(dòng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、轉(zhuǎn)矩小，也限制了電機(jī)的應(yīng)用范圍。
　　 為了克服起動(dòng)電流大的弊端通常采用降壓起動(dòng)方式起動(dòng)，傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)種類繁多，包括：定子串電阻/電抗軟起動(dòng)、頻敏變阻器軟起動(dòng)、水電阻/液阻軟起動(dòng)、Y/△軟起動(dòng)、自藕變壓器軟起動(dòng)、延邊三角形起動(dòng)、磁控軟起動(dòng)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(dòng)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(diǎn)轉(zhuǎn)矩下降得更多，從而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩更小。
　　 到了20世紀(jì)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(dòng)（即電子式軟起動(dòng)），克服了傳統(tǒng)軟起動(dòng)上述弊端，同時(shí)又帶來諧波含量比較大、價(jià)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(guó)外的大公司掌握生產(chǎn)這種裝置的核心技術(shù)。
　　 20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的變頻調(diào)速技術(shù)，除可控制電機(jī)的調(diào)速運(yùn)行外，也完美的解決了異步電機(jī)軟

4、起動(dòng)問題。但是由于其價(jià)格昂貴，用在不需要調(diào)速僅僅為了解決起動(dòng)問題的場(chǎng)合是非常不經(jīng)濟(jì)的，一般工業(yè)企業(yè)無法承受的。
　　 為了提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、降低起動(dòng)電流，本文主要對(duì)一種新型的軟起動(dòng)方法—分級(jí)交交變頻的方法進(jìn)行系統(tǒng)地研究，利用電子式軟起動(dòng)器的硬件結(jié)構(gòu)，僅僅通過改變控制策略去探討電機(jī)的起動(dòng)特性。
　　 本文主要開展了7個(gè)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(dòng)技術(shù)發(fā)展歷程、現(xiàn)狀、意義

5、，闡述傳統(tǒng)軟起動(dòng)類別、特點(diǎn)和電子式軟起動(dòng)器的特點(diǎn)、控制方式、使用場(chǎng)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(dòng)控制策略，并對(duì)使用最普遍的電壓斜坡起動(dòng)、限流軟起動(dòng)進(jìn)行建模和仿真。
　　 2）闡述分級(jí)交交變頻基本原理，首先對(duì)分級(jí)變頻后得到的離散電壓進(jìn)行基波提取，然后對(duì)不平衡的電壓基波采用三相對(duì)稱分量法進(jìn)行分析并分解成為：平衡的正序、負(fù)序、零序電壓，最后再將其分別作用在電機(jī)上，通過疊加方法得到不平衡電壓作用下電

6、機(jī)的性能指標(biāo)。
　　 3）以電機(jī)獲得最大轉(zhuǎn)矩為目標(biāo)，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(dòng)電流大一向是直接起動(dòng)的弊端，以起動(dòng)電流為目標(biāo)逐一考察上述分頻后得到的電壓組合，對(duì)每種組合進(jìn)行建模和仿真，找出起動(dòng)電流最小的電壓組合，仿真發(fā)現(xiàn)起動(dòng)電流最小的電壓組合同時(shí)也是起動(dòng)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(jī)起動(dòng)時(shí)需要的

7、特性。
　　 4）在分級(jí)變頻起動(dòng)時(shí)采用晶閘管作為主開關(guān)器件，諧波比較大，采用傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)諧波、基波進(jìn)行定量分析；同時(shí)采用MATLAB搭建相應(yīng)仿真模型并對(duì)其進(jìn)行分析，理論分析和仿真結(jié)果是一致的。
　　 5）以電機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型為研究對(duì)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(fù)序電壓值，推導(dǎo)出電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小，發(fā)現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子電感值相對(duì)電阻值越大電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，同時(shí)也為分級(jí)變頻中頻率等級(jí)選擇提供理論依據(jù)。
　　

8、 6）對(duì)分級(jí)變頻中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因進(jìn)行分析，并對(duì)可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的因素逐一進(jìn)行仿真。為了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)增加，從分級(jí)變頻方法得到電壓中提取基波，對(duì)基波采用恒 進(jìn)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(jí)時(shí)的基波電壓，從而確定觸發(fā)方法。
　　 7）設(shè)計(jì)出分級(jí)變頻系統(tǒng)硬件電路，編寫相應(yīng)的軟件，對(duì)選擇的分頻等級(jí)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后按照頻率由低到高逐步增加，以電阻、電機(jī)為負(fù)載進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證：采用分級(jí)交交變頻控制策略能夠小電