【正文】 功率的電動機(jī)一般都不允許 直接起動 ,而要 求采用一定的起動設(shè)備 ,方可完成正常的起動操作。 所有這些均給設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來威脅 ,同時也使起動能量損耗 ,尤其當(dāng)頻繁起停 時更是如此。但是 ,直接起動危害很大 ,主要表現(xiàn)在 : ① 電網(wǎng)沖擊 :過大的起動電流 (空載起動電流可達(dá)額定電流的 4~7 倍 ,帶載起動時可達(dá) 8~10 倍或更大 ),會造成電網(wǎng)電壓下降 ,影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行 ,還可能使欠壓保護(hù)動 作 ,造成設(shè)備的有害跳閘。 (4) X1??和 X239。 (3)對于繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)，在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入適當(dāng)附加電阻 RST，可提高起動轉(zhuǎn)矩，當(dāng) 39。 Tst ?? ???2 f ??????????m pU R 1 1 2 39。對于起動電流很大，但起動轉(zhuǎn)矩卻不大，因?yàn)殡姶呸D(zhuǎn) 矩 Tem??CT?mI2cos?2；起動時， s=1，轉(zhuǎn)子頻率 (轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的頻率 ) f2?? f1， 4 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 轉(zhuǎn)子漏電抗 X2????2?f2L2??。因此，總是希望在起動 電流比較小的情況下，能獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩。 3 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 2 異步電機(jī)軟起動器基本原理分析 異步電機(jī)的起動性能分 析 鼠籠式異步電機(jī)雖然有構(gòu)造簡單、價格低廉、維護(hù)方便、效率與功率因素等指標(biāo)較高等 優(yōu)點(diǎn)，但也存在起動特性較差的缺點(diǎn)。本文第 二章詳細(xì)介紹了傳統(tǒng)軟起動器的起動原理及運(yùn)行方式等 。但是分級變頻并不能使 軟起動器的輸出電壓頻率連續(xù)地變化，它只能產(chǎn)生工頻的幾分頻 (即工頻的幾分之一 )，使頻 率分步離散地增加 :~10Hz~ ~~25Hz~50Hz。變頻器是用于需要調(diào)速的地方， 其輸出不但改變電壓而且同時改變頻率 。當(dāng) 起動完成后 ,由程序控制將接觸器閉合 ,短接所有晶閘管 ,使電機(jī)直接投網(wǎng)運(yùn)行 ,以避免在元 件上的持續(xù)損耗 ,同時也避免了相控元件引起的電流波形畸變及功率因數(shù)低等問題。 傳統(tǒng)軟起動器原理概述 傳統(tǒng)軟起動的實(shí)質(zhì)是降壓起動 ,與 “YΔ ”起動和自藕降壓起動的工作原理是一樣的 , 不同之處在于電壓并非突變而是利用無觸點(diǎn)電子開關(guān)控制其電壓平穩(wěn)上升 ,設(shè)備力矩以電壓 上升速度的平方上升 (電動機(jī)轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比 )。由于三相交流異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn) 矩與定子電壓的平方成正比，當(dāng)定子電壓降低時，電磁轉(zhuǎn)矩就會降低很 多，而電子軟起動器 是采用降壓起動，降壓并不降頻，所以利用傳統(tǒng)電子軟起動器起動三相交流異步電機(jī)時，電 磁轉(zhuǎn)矩很小。為了達(dá)到無觸點(diǎn)控制，獲得靈活多變的良好的起動特性，在 80 年代初期鼠籠型異步電 動機(jī)電子軟 起動器誕生。在整個電動機(jī)起動過程中，電磁轉(zhuǎn)矩 大于負(fù)載的反轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)。傳統(tǒng) 的降壓起動設(shè)備在很大程度上緩解了大容量電機(jī)在較小容量電網(wǎng)上起動時的矛盾，但是它們 只是相對減小了大電流的沖擊并未在本質(zhì)上解決問題。在中 國，異步電動機(jī)的用電量約占總負(fù)荷的 60％多。 異步電動機(jī)按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為兩種形式 :有鼠籠 式（鼠籠式異步電機(jī)）、繞線式異步電動機(jī)。 soft starter。分級變頻 。本文最后給出了仿真實(shí)驗(yàn) 結(jié)果，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該軟起動器具有結(jié)構(gòu)簡單，起動轉(zhuǎn)矩大，能實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制的 優(yōu)點(diǎn)，使軟起動控制技術(shù)提高了一步，并且有持續(xù)研究開發(fā)的前景，有望在較廣泛的 應(yīng)用領(lǐng) 域得到推廣應(yīng)用。傳統(tǒng)的直接起動方式與降壓起動方式因各有其局限性， 如不能有效減少起動時對電網(wǎng)的大電流沖擊，對負(fù)載適應(yīng)能力差、起動電流不連續(xù)、維修工 作量大等等已越來越不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的要求。 3. 課題研究進(jìn)展計(jì)劃 5 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 第一階段： 2 月 9 日－ 2 月 22 日，收集和整理相關(guān)文獻(xiàn)資料和數(shù)據(jù)，選擇好待翻譯的文 獻(xiàn)，完成開題報(bào)告。 MATLAB 的繪圖功能十分方便，在調(diào)用繪圖函數(shù)時調(diào)整自變量可以繪 出不同顏色的點(diǎn)、線、復(fù)線和多重線。r (1) 其中 ,r 為分頻數(shù) ,且 r 為整數(shù) . 由表 1 可知 ,從 50 Hz 產(chǎn)生的三相平衡的各級子頻率系統(tǒng)有的為負(fù)序如 25 Hz,有的 為正序如 ,所以對 25Hz 子頻率系統(tǒng)來說 ,需要打 破平衡 ,改變相位角 ,使之不平衡 .重新定義子頻率系統(tǒng)的 ω sub 與相位角關(guān)系如下 4 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 由式 (3),式 (4)可計(jì)算出各級子頻率系統(tǒng)的相位角 .本課題將利用 MATLAB/SIMULINK 庫中的傅立葉模塊 ,計(jì)算出對 r 的不同取值對應(yīng)的子頻率系統(tǒng)電壓的相位角。交 交變頻器最高輸出頻率是電網(wǎng)輸入頻率的 1／ 3～ 1 ／ 2，適合于低速大功率拖動的場合。實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。由此得到啟發(fā)， 將變頻器的 VVVF 功能分開就可實(shí)現(xiàn) VV—VF，或 VV—CF 功能，即恒頻調(diào)壓功能。如果轉(zhuǎn)矩控制起動時間過長 ,通過轉(zhuǎn)矩突跳克服靜轉(zhuǎn)矩 ,加快起動 周期。電動機(jī)在起動時最大電流不 超過預(yù)先設(shè)定的電流 ,通常該值的設(shè)定范圍為額定電流的 ~4 倍。 ② 階躍起動 :這種方式是電動機(jī)開機(jī)時即起動 ,在最短時間內(nèi)使 起動電流迅速達(dá)到設(shè)定值 ,通過調(diào)節(jié)起動電流設(shè)定值 ,可以達(dá)到快速 起動效果。 ① 斜 坡恒流軟起動：這種起動方式是在電動機(jī)起動的初始階段電流逐漸增加 ,當(dāng)電流達(dá)到預(yù) 先設(shè)定的值后保持恒定 ,直到起動完畢。另外運(yùn)用不同的設(shè)定方法 ,使被控電動機(jī)的輸入電壓按不 同的要求而變化 ,就可以實(shí)現(xiàn)不同的控制功能。 電動機(jī)軟起動器 圖 1 中，采用三對反并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)于電動機(jī)的三相供電電路上 ,利用晶閘管的 電子開關(guān)特性 ,通過控制其觸發(fā)脈沖、觸發(fā)角的大小來改變晶閘管的開通時間 ,從而改變 電動機(jī)定子輸入電壓的大小 ,以達(dá)到控制電動機(jī)的軟起動過程。 繞線式異步電動機(jī)的串級調(diào)速和雙饋調(diào)速系統(tǒng) 繞線式異步電動機(jī)在工業(yè)中應(yīng)用較多，它的傳統(tǒng)調(diào)速方法是在轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào) 速。 （ 3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率中轉(zhuǎn)子銅 損部分的消耗是不可避免的，但在這類系統(tǒng)中，無論轉(zhuǎn)速高低， 轉(zhuǎn)速功率的消耗基本不變，因此效率很高。 （ 2）轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng) 轉(zhuǎn)差功率一小部分消耗掉，大部分則通過交流裝置回饋給電網(wǎng)。 （ 1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) 全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能的形式而消耗掉。 ?2 1 R1?CR2/ S ??X1???CX2??從式中可看出，在電動機(jī)的參數(shù)已知和轉(zhuǎn)差率 s 不變時，感應(yīng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和所 加的電源電壓的平方成正比，電壓越大，電磁轉(zhuǎn)矩就大。（ 3）矢量變化控制技術(shù)的誕生 和發(fā)展奠定了現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)高性能化的基礎(chǔ)（ 4）微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與大規(guī)模集 成電路的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的成功應(yīng)用提供了重要的技術(shù)手段 和保證。 國內(nèi)外概況 20 世紀(jì) 60 年代以來，由于生產(chǎn)發(fā)展的需要和節(jié)省電能的要求，促使世界各國重視 交流調(diào)速技術(shù)的研究與發(fā)展。由于三相交流異步電機(jī) 的電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，當(dāng)定子電壓降低時，電磁轉(zhuǎn)矩就會降低很多，而 電子軟起動器是采用降壓起動，降壓并不降頻，所以利用傳統(tǒng)電子軟起動器起動三相交 流異步電機(jī)時，電磁轉(zhuǎn)矩很小。為了達(dá)到無觸點(diǎn)控制，獲 得靈活多變的良好的起動特性，在 80 年代初期鼠籠型 異步電動機(jī)電子軟起動器誕生。在整個電動機(jī)起動過程中，電磁 轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載的反轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)。 傳統(tǒng)的降壓起動設(shè)備在很大程度上緩解了大容量電機(jī)在較小容量電網(wǎng)上起動時的矛盾， 但是它們只是相對減小了大電流的沖擊并未在本質(zhì)上解決問題。其原因是 :(1)中壓電動機(jī)一般容量較 大 ,一旦發(fā)生故障 ,其影響也 大 ,因此對節(jié)電措施可靠性的要求就更高 。國 家希望依此來規(guī)范三相異步電動機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 ,國標(biāo)的發(fā)布對低壓電動機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起 了很大的促進(jìn)作用 ,但對中壓電動機(jī)則收效甚微。 課題的意義 電動機(jī)的傳統(tǒng)起動裝置主要有 : “YΔ ”起動器、自藕降壓起動器、飽和電抗器。 異步電動機(jī)起動過程的長短也是需要考慮的問題。 過去的起動裝置大多采用接觸器，屬于有觸點(diǎn)系統(tǒng)，容易磨損引發(fā)故障，起動特性 不好。 電子軟起動器采用使定子電壓逐漸增大至額定電壓的方法，使交流異步電機(jī)平滑起 動，減少交流異步電機(jī)的起動電流，降低起動時對電網(wǎng)的沖擊。另外，分級變頻還可以使電子軟起動器輸出負(fù)相序 電壓，使電機(jī)處于電磁制動狀態(tài)。 xxxxx大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 （ 1）電力電子器件的蓬勃發(fā)展和迅速換代促進(jìn)了變流技術(shù)的迅速發(fā)展和變流裝置 的現(xiàn)代化（ 2）脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù)的 發(fā)展和應(yīng)用優(yōu)化了變頻裝置的性能，適用于各類 交流調(diào)速系統(tǒng)，為交流調(diào)速技術(shù)的普及發(fā)揮了重大作用。 1 ???? 2 39。因此按轉(zhuǎn)差功率處理方式的不同可以把現(xiàn)代異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分 為三類。但是由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單，所以對于要求不高的小容量場合還有一定應(yīng)用。顯然這類調(diào)速系統(tǒng)效率較高。變 頻調(diào)速技術(shù)及其裝置仍是 21 世紀(jì)的主流技術(shù)和主流產(chǎn)品。目前，這種調(diào)速方式正在逐漸被淘汰。\u24320X始上升 ,逐漸增大 ,電動機(jī)的端電壓也從零開始上升 ,直至達(dá)到滿足 起動轉(zhuǎn)矩要求 ,保證起動成功。 （ 1） 限電流軟起動 限電流軟起動可歸納為斜坡恒流軟起動、階躍起動和脈沖沖擊起動三種方式。該方法應(yīng)用較多 ,特別 適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載。上述三種電動機(jī)限電流軟起動曲線如圖 2 所示。 （ 3） 轉(zhuǎn)矩控制起 動 3 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 選取控制量為電磁轉(zhuǎn)矩 T,并根據(jù)應(yīng)用的要求在給定的區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩 ,尤 其是在起動、停止期間控制加速轉(zhuǎn)矩 ,實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)運(yùn)行特性的控制 ,同時可以清除浪涌 轉(zhuǎn)矩以保護(hù)傳動機(jī)械。 由于變頻器一般都采用交 —直 —交電壓型逆變方式，因而可方便地實(shí)現(xiàn)自動能量優(yōu) 化 (AEO)功能、自動電動機(jī)適配 (AMA)功能以及自動電壓調(diào)整 (AVR)功能。則采用 VV—CF 控制方式，利用變頻器進(jìn)行恒 頻調(diào)壓節(jié)電優(yōu)化控制。 因?yàn)榻?交變頻器采用晶閘管自然換流方式，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高；而且交 交變頻器能 夠直接 進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，效率較高。 分級變頻原理 在定子電壓下降的同時將頻率下調(diào) ,將會減少電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的損失 ,就可以解決傳統(tǒng) 軟起動器的起動轉(zhuǎn)矩小的問題 .分級變頻就是使傳統(tǒng)軟起動器輸出電壓的 頻率從一個較 低的值開始 ,分級上升 ,最后達(dá)到 50 ,但不能使頻率連續(xù) 地變化 ,只能使頻率分級變化 ,而且各級頻率都是 50 Hz 的 1/n,即 50 Hz 的分頻 . 由電網(wǎng)提供的 50 Hz 的工頻電源 ,可產(chǎn)生各級子頻率系統(tǒng) ,工頻的 ω 與子頻率系 統(tǒng)的 ω sub 的關(guān)系如下 ω =ω sub MATLAB 給出了矩陣函數(shù)和特殊矩陣的專門庫函數(shù)，大部分算術(shù)運(yùn)算符可以照搬到數(shù)組的運(yùn)算， 使之在處理數(shù)字信號處理、建模、模式識別、自動控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問題時，顯得十 分簡潔、高效。 （ 1） 建模及仿真 根據(jù)原理分析 ,對起動過程建立模型，在不同起動方式下進(jìn)行仿真，對定子電流 (有 效值 )、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩這些常量進(jìn)行波形比較，得出最終相應(yīng)的結(jié)論。隨著各領(lǐng)域生產(chǎn)機(jī)械的不斷更新和發(fā)展， 對電動機(jī)的起動性能要求越來越高。論文對分級變頻理論進(jìn)行了深入剖析， 利用 MATLAB 對起動過程進(jìn)行仿真，其中包含了各個頻率下最大正轉(zhuǎn)矩的三相電壓波形和 各個頻率下的電壓傅立葉分解的諧波分布，論證了理論的可行性。晶閘管 。s principle, use MATLAB to simulate the start process, prove the feasibility. It has four start modes: the ramp voltage start, the limit current start, the ramp speed start and the discrete frequency start. Experiment results are given in the end. It proves that this soft starter has advantages such as simple structure, 華中科技大學(xué)文華學(xué)