【正文】 畢業(yè)設計 (論文 ) 題 目 基于可變電抗的 軟起動器設計 學院 (系 )： 自動化學院 專業(yè)班級： 電氣 0303 班 學生姓名： 汪 旭 祥 指導教師： 袁佑新 教授 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經發(fā)表 或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 2022 年 6 月 14 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保障、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向有關學位論文管理部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權省級優(yōu)秀學士論文評選機構將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 本學位論文屬于 保密囗 √，在 10 年解密后適用本授權書 不保密囗。 (請在以上相應方框內打“ √” ) 作者簽名： 2022 年 6 月 14 日 導師簽名： 2022 年 6 月 14 日 畢業(yè)設計 (論文 )任務書 學生姓名 汪旭祥 專業(yè)班級 電氣 0303 班 指導教師 袁佑新 教授 工作單位 武漢理工大學 設計 (論文 )題目 : 基于可變電抗的軟起動器設計 設計 (論文 )主要內容： 在對軟起動器的國內外相關技術進行綜合分析的基礎上，探討軟起動器的起動方法，對可變電抗式軟起動器進行結構設計，對軟起動控制器進行硬件 和 軟件設計， 完成軟起動系統(tǒng) 仿真 和試驗。 要求完成的主要任務 : (1)外文資料翻譯不少于 20220 印刷符； (2)查閱相關文獻資料 (中文 15 篇，英文 3 篇 )； (3)撰寫開題報告； (4)熟悉電機各種軟起動方法； (5)掌握可變電抗技術 及 原理 ； (6)用可變電抗器技術進行軟起動器硬件設計 ； (7)繪制的電氣圖紙符合國標； (8)撰寫畢業(yè)設計 (論文 )不少于 10000 漢字。 指導教師簽名 系主任簽名 院長簽名 (章 ) 武漢理工大學本科生畢業(yè)設計 (論文 )開題報告 目的及意義 (含國內外的研究現狀分析 ) 交流 電機是工業(yè)、農業(yè)和交通運輸的重要設備 ， 應用領域十分廣泛。三相交流異步電機因成本低、可靠性高、結構簡單和維護方便等特點 ，應用幾乎涉及到所有行業(yè)。交流電機起動時 ，如 果全電壓直接起動 ， 強大的起動電流以及沖擊力對電機自身、電機負載、電網以及同電網其他設備都會造成影響和損害 ， 同時帶來電能的浪費。 基于可變電抗器技術的軟起動器是一種集軟起動 、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的異步電機控制裝置 ， 為實現風機、泵類等設備傳動的節(jié)能而研制。 近 年來，用電量的快速增長，對電網的穩(wěn)定性提出越來越高的要求。因此對異步電動機的控制特別是 起 動控制提出了相應要求。傳統(tǒng)電動機起 動控制在性能上存在的不足無法適應實際生產要求。軟 起 動能夠很好解決電動機 起 動時對電網和機械的沖擊，同時具備軟停車、故障保護、節(jié)能等功能，可廣泛應用于環(huán)保、冶金、石化、輕工等行業(yè)。 相比其它軟 起 動器，可變電抗器式軟起動裝置由于采用可變電抗器技術，元器件不用串聯(lián) (一般僅用單只反并聯(lián)即可 )，可靠 性大大提高?？勺冸娍蛊骶哂泻艽箅姼辛?， 諧波電壓大部分加在可變電抗器上面，而加到電網和電機上的諧波電壓則較小。所以可變電抗器式軟起動要比晶閘管串聯(lián)式軟起動直接對電機的高次諧波傷害要小得多；裝置的控制精度非常高，且不受環(huán)境條件的影響，每次起動都能按設定的方式工作；裝置采用可變電抗器分壓，只有很小的銅損和鐵損，同時電流的調節(jié)范圍不受電機容量的影響。 該裝置在起動時，開始電機電流很小，隨著電機加速電流增加，達到設定電流時間很短，對電機傷害小。對于起動失敗與連續(xù)起動問題，可變電抗器式軟起動裝置損耗很小，可連續(xù)起動。該 裝置使電機端電壓由小緩慢上升，消除了操作過電壓。裝置的軟起動開關投入時主電路電流很小，運行開關投入時兩端電壓很小，有利于延長主開關壽命。裝置無可移動部件，檢修周期長、使用壽命也較長。裝置的體積小，安裝方便、投資少、總造價低。 總之，基于可變電抗器技術的軟起動器的起動方法與變頻器軟起動方法、晶閘管串聯(lián)交流調壓軟起動方法以及液態(tài)軟起動等方法相比，具有明顯技術優(yōu)勢與價格優(yōu)勢。 國外軟起動產品主要是固態(tài)軟起動裝置，即晶閘管軟起動和兼做軟起動的變頻器。在生產工藝有調速需求時，采用變頻裝置，無調速要求 的場合，輕載起動采 用晶閘管軟起動，負載功率比較大或重載起動的場合采用變頻軟起動 。 晶閘管軟起動裝置是發(fā)達國家的主流產品 ， 自 1970年以來，國外對晶閘管三相交流調壓技術進行了廣泛研究，在工業(yè)領域得到了廣泛應用，在某些領域應用顯示出獨特的技術優(yōu)勢。 我國對晶閘管軟起動器的研究始于 90 年代，一些研究機構對此技術有一定研究成果。國內全數字晶閘管軟起動產品的生產廠家，其產品均是對國外產品一定程度的仿制，而且多為低壓產品，自己研制生產的高壓軟起動裝置基本上處于起步階段。 基本內容和技術方案 基本內容： (1)可變電抗式軟起動控制器結 構設計； (2)軟起動控制器硬件設計； (3)軟起動軟件和控制算法設計； (4)軟起動控制的仿真和試驗。 技術方案： 本設計擬采用基于可變電抗器技術的軟起動器是利用可變電抗器來隔離高壓和低壓，其基本設計思想是將可變電抗器的一次繞組直接與電機定子 (或轉子 )串接，在電抗器中增加二次線圈，將二次線圈與功率變換器以及控制器連接。通過控制器與電力電子功率變換單元來控制可變電抗器的二次繞組，達到改變可變電抗器一次阻抗的目的，進而改變交流電機的輸入電壓，使交流電機實現軟起動。 利用功率變換器來實現電抗器的可變，如圖 1 左部 分為原副邊電抗構成可變電抗變換器 ， 右部分為副邊電抗和兩個單向晶閘管組成功率變換器。 圖 1 基于單相功率變換器的拓撲結構 功 功 功功 功功 功 功功 功K 2 K 1L BM3 8 0 V 圖 2 軟起動系統(tǒng)結構圖 如圖 2 所示，電抗器的兩個繞組是通過磁路發(fā)生耦合的，高壓繞組串在電動機繞組中，軟起動裝置在起動時，高壓繞組上就施加了交流電壓，并有交流電流流動，從而形成磁動勢，因此鐵心中出現交變磁通，這種交變磁通通過兩個繞組，使其分別感應出一個電動勢，當晶閘管處于關斷狀態(tài)，可變電抗器為空載，高壓繞組自身只有很微弱的勵磁 電流流過，這種勵磁電流是漏電抗產生的，由于高壓交流工作繞組的交流阻抗遠大于電動機繞組的交流阻抗，此時高壓電源電壓大部分施加在電磁調壓器的高壓交流工作繞組側，電動機的端電壓很小，當晶閘管從關斷到開通中變化時，中低壓控制繞組便有二次電流流過，而此電流則產生一個消磁磁動勢，從而破壞了施加給高壓側的電壓和反電動勢間的平衡，為了恢復平衡，就必須從電源吸取更大的電流來提供一個完全相等的磁動勢，當高壓側增加的電流使高壓側與低壓側達到安匝平衡時，電動勢便達到平衡，既 I1/N2＝ I2/N1，由此式便可看出，高壓側 N1 與中低壓 側 N2 的匝數是不變的，只要改變了低壓側的短路電流 I2，也就改變了高壓側繞組的電流 I1，因而可變電抗器的高壓繞組與電動機繞組串聯(lián)，即改變了電動機繞組的工作電流，使軟起動成為現實。 進度安排 (1)3 月 5 日～ 3 月 11 日 (第 1 周 ) 畢業(yè)設計 (論文 )開題報告； (2)3 月 5 日～ 3 月 18 日 (第 1－ 2 周 ) 畢業(yè)實習； (3)3 月 19 日～ 4 月 1 日 (第 3－ 4 周 ) 熟悉電機軟起動各種方法； (4)4 月 2 日～ 4 月 15 日 (第 5－ 6 周 ) 掌握電抗器軟起動方法、原理； (5)4 月 16 日～ 4 月 29 日 (第 7－ 8 周 ) 軟啟動器的系統(tǒng)構建與方案設計； (6)4 月 30 日～ 5 月 20 日 (第 9－ 11 周 ) 用可變電抗器進行軟起動器硬件設計； (7)5 月 21 日～ 6 月 3 日 (第 12－ 13 周 ) 軟 起 動器軟件設計 ； (8)6 月 4 日～ 6 月 17 日 (第 14－ 15 周 ) 撰寫畢業(yè)設計論文，進行論文答辯。 指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日 武 漢 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 目錄 摘要 ........................................................................................................................ I ABSTRACT .......................................................................................................... II 緒論 ....................................................................................................................... 1 1 軟起動器方案設計 ............................................................................................. 5 軟起動 原理 ............................................................................................. 5 軟起動方法 ............................................................................................. 6 變頻器軟起動 .............................................................................. 6 晶閘器串聯(lián)軟起動 ....................................................................... 6 水電阻和液態(tài)電阻軟起動 ............................................................ 7 基于可變電抗的軟起動 ............................................................... 7 軟起動方法選擇 ...................................................................................... 9 軟起動控制方式 ................................