【正文】 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題 目 基于可變電抗的 軟起動器設(shè)計 學(xué)院 (系 )： 自動化學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣 0303 班 學(xué)生姓名： 汪 旭 祥 指導(dǎo)教師： 袁佑新 教授 學(xué)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(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)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(dān)。 作者簽名： 2022 年 6 月 14 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 保密囗 √，在 10 年解密后適用本授權(quán)書 不保密囗。 (請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“ √” ) 作者簽名： 2022 年 6 月 14 日 導(dǎo)師簽名： 2022 年 6 月 14 日 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )任務(wù)書 學(xué)生姓名 汪旭祥 專業(yè)班級 電氣 0303 班 指導(dǎo)教師 袁佑新 教授 工作單位 武漢理工大學(xué) 設(shè)計 (論文 )題目 : 基于可變電抗的軟起動器設(shè)計 設(shè)計 (論文 )主要內(nèi)容： 在對軟起動器的國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)進行綜合分析的基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)設(shè)計，對軟起動控制器進行硬件 和 軟件設(shè)計， 完成軟起動系統(tǒng) 仿真 和試驗。 要求完成的主要任務(wù) : (1)外文資料翻譯不少于 20220 印刷符； (2)查閱相關(guān)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(shù) 及 原理 ； (6)用可變電抗器技術(shù)進行軟起動器硬件設(shè)計 ； (7)繪制的電氣圖紙符合國標(biāo)； (8)撰寫畢業(yè)設(shè)計 (論文 )不少于 10000 漢字。 指導(dǎo)教師簽名 系主任簽名 院長簽名 (章 ) 武漢理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 目的及意義 (含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析 ) 交流 電機是工業(yè)、農(nóng)業(yè)和交通運輸?shù)闹匾O(shè)備 ， 應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。三相交流異步電機因成本低、可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單和維護方便等特點 ，應(yīng)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(fù)載、電網(wǎng)以及同電網(wǎng)其他設(shè)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(shù)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(xiàn)風(fēng)機、泵類等設(shè)備傳動的節(jié)能而研制。 近 年來，用電量的快速增長，對電網(wǎng)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(yīng)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(yīng)實際生產(chǎn)要求。軟 起 動能夠很好解決電動機 起 動時對電網(wǎng)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(yīng)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(shù)，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(wǎng)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(shè)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(diào)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(shè)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(guān)投入時主電路電流很小，運行開關(guān)投入時兩端電壓很小，有利于延長主開關(guān)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(shù)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(diào)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(shù)優(yōu)勢與價格優(yōu)勢。 國外軟起動產(chǎn)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(chǎn)工藝有調(diào)速需求時，采用變頻裝置，無調(diào)速要求 的場合，輕載起動采 用晶閘管軟起動，負(fù)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(chǎn)品 ， 自 1970年以來，國外對晶閘管三相交流調(diào)壓技術(shù)進行了廣泛研究，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在某些領(lǐng)域應(yīng)用顯示出獨特的技術(shù)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(gòu)對此技術(shù)有一定研究成果。國內(nèi)全數(shù)字晶閘管軟起動產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家，其產(chǎn)品均是對國外產(chǎn)品一定程度的仿制，而且多為低壓產(chǎn)品，自己研制生產(chǎn)的高壓軟起動裝置基本上處于起步階段。 基本內(nèi)容和技術(shù)方案 基本內(nèi)容： (1)可變電抗式軟起動控制器結(jié) 構(gòu)設(shè)計； (2)軟起動控制器硬件設(shè)計； (3)軟起動軟件和控制算法設(shè)計； (4)軟起動控制的仿真和試驗。 技術(shù)方案： 本設(shè)計擬采用基于可變電抗器技術(shù)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(shè)計思想是將可變電抗器的一次繞組直接與電機定子 (或轉(zhuǎn)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(xiàn)軟起動。 利用功率變換器來實現(xiàn)電抗器的可變，如圖 1 左部 分為原副邊電抗構(gòu)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?fù)浣Y(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)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(xiàn)交變磁通，這種交變磁通通過兩個繞組，使其分別感應(yīng)出一個電動勢，當(dāng)晶閘管處于關(guān)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(chǎn)生的，由于高壓交流工作繞組的交流阻抗遠(yuǎn)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(diào)壓器的高壓交流工作繞組側(cè)，電動機的端電壓很小，當(dāng)晶閘管從關(guān)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(chǎn)生一個消磁磁動勢，從而破壞了施加給高壓側(cè)的電壓和反電動勢間的平衡，為了恢復(fù)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(dāng)高壓側(cè)增加的電流使高壓側(cè)與低壓側(cè)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(cè) N1 與中低壓 側(cè) N2 的匝數(shù)是不變的，只要改變了低壓側(cè)的短路電流 I2，也就改變了高壓側(cè)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(xiàn)實。 進度安排 (1)3 月 5 日～ 3 月 11 日 (第 1 周 ) 畢業(yè)設(shè)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(xí)； (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(gòu)建與方案設(shè)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(shè)計； (7)5 月 21 日～ 6 月 3 日 (第 12－ 13 周 ) 軟 起 動器軟件設(shè)計 ； (8)6 月 4 日～ 6 月 17 日 (第 14－ 15 周 ) 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，進行論文答辯。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 武 漢 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 目錄 摘要 ........................................................................................................................ I ABSTRACT .......................................................................................................... II 緒論 ....................................................................................................................... 1 1 軟起動器方案設(shè)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 ................................