【正文】 電抗 X2????2?f2L2??。 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(dòng)器基本原理分析 異步電機(jī)的起動(dòng)性能分 析 鼠籠式異步電機(jī)雖然有構(gòu)造簡單、價(jià)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(dòng)特性較差的缺點(diǎn)。但是分級變頻并不能使 軟起動(dòng)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。當(dāng) 起動(dòng)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(shí)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。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(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩就會(huì)降低很 多，而電子軟起動(dòng)器 是采用降壓起動(dòng)，降壓并不降頻，所以利用傳統(tǒng)電子軟起動(dòng)器起動(dòng)三相交流異步電機(jī)時(shí)，電 磁轉(zhuǎn)矩很小。在整個(gè)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中，電磁轉(zhuǎn)矩 大于負(fù)載的反轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)。在中 國，異步電動(dòng)機(jī)的用電量約占總負(fù)荷的 60％多。 soft starter。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(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡單，起動(dòng)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(dòng)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。 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。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。實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。如果轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)時(shí)間過長 ,通過轉(zhuǎn)矩突跳克服靜轉(zhuǎn)矩 ,加快起動(dòng) 周期。 ② 階躍起動(dòng) :這種方式是電動(dòng)機(jī)開機(jī)時(shí)即起動(dòng) ,在最短時(shí)間內(nèi)使 起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值 ,通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值 ,可以達(dá)到快速 起動(dòng)效果。另外運(yùn)用不同的設(shè)定方法 ,使被控電動(dòng)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。 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的串級調(diào)速和雙饋調(diào)速系統(tǒng) 繞線式異步電動(dòng)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。 （ 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)。 ?2 1 R1?CR2/ S ??X1???CX2??從式中可看出，在電動(dòng)機(jī)的參數(shù)已知和轉(zhuǎn)差率 s 不變時(shí)，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。 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。為了達(dá)到無觸點(diǎn)控制，獲 得靈活多變的良好的起動(dòng)特性，在 80 年代初期鼠籠型 異步電動(dòng)機(jī)電子軟起動(dòng)器誕生。 傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)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(dòng)時(shí)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。國 家希望依此來規(guī)范三相異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 ,國標(biāo)的發(fā)布對低壓電動(dòng)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(dòng)機(jī)則收效甚微。 異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程的長短也是需要考慮的問題。 電子軟起動(dòng)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(dòng)，減少交流異步電機(jī)的起動(dòng)電流，降低起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊。 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。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(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分 為三類。顯然這類調(diào)速系統(tǒng)效率較高。目前，這種調(diào)速方式正在逐漸被淘汰。 （ 1） 限電流軟起動(dòng) 限電流軟起動(dòng)可歸納為斜坡恒流軟起動(dòng)、階躍起動(dòng)和脈沖沖擊起動(dòng)三種方式。上述三種電動(dòng)機(jī)限電流軟起動(dòng)曲線如圖 2 所示。 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(dòng)能量優(yōu) 化 (AEO)功能、自動(dòng)電動(dòng)機(jī)適配 (AMA)功能以及自動(dòng)電壓調(diào)整 (AVR)功能。 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。 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(hào)處理、建模、模式識(shí)別、自動(dòng)控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問題時(shí)，顯得十 分簡潔、高效。隨著各領(lǐng)域生產(chǎn)機(jī)械的不斷更新和發(fā)展， 對電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能要求越來越高。晶閘管 。 high start torque 引言 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 1 緒論 異步電動(dòng)機(jī) ,是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 ,從而實(shí)現(xiàn) 機(jī)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種交流 電機(jī)。 又很低 ,造成了起動(dòng)電流相 電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)起動(dòng)裝置主要有 : “YΔ ”起動(dòng)器、自藕降壓起動(dòng)器、飽和電抗器。 過去的起動(dòng)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(dòng)特性不 好。另外，分 級變頻還可以使電子軟起動(dòng)器輸出負(fù)相序電壓，使電機(jī)處于電磁制 動(dòng)狀態(tài)。 傳統(tǒng)的軟起動(dòng)器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品。 2 本文的主要內(nèi)容 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 本文研究多級降頻的變頻高轉(zhuǎn)矩軟起動(dòng)器，使得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩提 高進(jìn)行了仿真研究。為了使電機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并很快達(dá)到額定轉(zhuǎn) 速正常工作，要求電動(dòng)機(jī)且有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩且起動(dòng)電流不能太大，以免電網(wǎng) 產(chǎn)生過大的 電壓降落而直接影響接在電網(wǎng)上的其他電機(jī)和電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。 利用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的較準(zhǔn)確 ??形等效電路 (圖 21)，可以分析出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tst： (忽略勵(lì)磁 支路 ) 2 39。 R2??Rst)等于電機(jī)的總漏抗 ( X1?? ??X2?? )時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大 值，等于最大電磁轉(zhuǎn)矩。 ③ 對生產(chǎn)機(jī)械造成沖擊 :起動(dòng)過程中的壓力突變往往造成泵系統(tǒng)管道、閥門的損傷 ,縮短 使用壽命 ,影響傳動(dòng)精度 ,甚至影響正常的過程控制。傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)有以下幾種方法 : ① 星形 /三角形轉(zhuǎn)換器 :這種方法適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用 △ 接法的電動(dòng)機(jī)。 ② 自耦變壓器降壓起動(dòng) :三相自耦變壓器（也稱補(bǔ)償器 )高壓邊 接電網(wǎng) ,低壓邊接電動(dòng)機(jī) , 一般有幾個(gè)分接頭 ,可選擇不同的電壓比 ,相對于不同起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的負(fù)載 ,在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后再將 其切除。但頻敏變阻器成本高 ,而水電阻損耗又大。在上述基礎(chǔ)上，把功率因數(shù) 控制技術(shù)結(jié)合進(jìn)去，以及采用微處理器代替模擬控制 電路，使早期的軟起動(dòng)器已發(fā)展成智能化軟起動(dòng)器。電流上升速率大 ,則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大 ,起動(dòng)時(shí)間短。 軟起動(dòng)器的應(yīng)用和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 軟起動(dòng)器的使用場合非常廣泛，主要包括 :① 在正常情況下帶負(fù)載的風(fēng)機(jī)類電機(jī)一般轉(zhuǎn) 速較慢，因此采用軟起動(dòng)器還有利于節(jié)約能量 .② 帶負(fù)載的擠壓機(jī)起動(dòng)時(shí)必須克服全部的反 向力矩。 我國自行開發(fā)的軟起動(dòng)產(chǎn)品大體只相當(dāng)于國際 80 年代水平。 頻 率 分 級 提 升 ， 由 f/13→f/7→ f/4→f/3→f/2→f （ 50Hz） → 并網(wǎng)運(yùn)行。因?yàn)檎蚩僧a(chǎn)生較大的正轉(zhuǎn)矩，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。 以上只是部分子頻率系統(tǒng)的電壓相位角，其余的 50/rHz 算法類似，不再羅列。 四種方法將 A 相電源轉(zhuǎn)換為 25Hz 后的相位分別是 :0o， 90o， 180o， 270o；四種方法將 B 相轉(zhuǎn) 換成 25Hz 后的相位分別為 :600， 1500 ， 2400， 3300。每 相取不同的相位，共有 216 種組合。將 U1= 220V， f1= 50Hz 代入求得 常數(shù)為 U1 f ??Eg f ??220V 50Hz ???4. / 4V Hz (312) 1 1 利用上式求出的常數(shù)，可計(jì)算出分級變頻起動(dòng)時(shí)，各級頻率所對應(yīng)的定子相 電壓，考慮定子壓降補(bǔ)償后結(jié)果如下所示 : 表 35 各級頻率所對應(yīng)的定子相電壓 電壓 U1（ V） 110 75 60 50 35 頻率 f2(HZ) 25 10 依據(jù)表 的數(shù)據(jù)，要確定與之對應(yīng)的觸發(fā)角的大小?？梢苑忠韵聨追N情況進(jìn)行討論 : U ??U ??U t a =0 時(shí)，電路工作于 1 類工作狀態(tài)， 1 ??sa a U m sin( ) U ?? Um2 2 ?? ?? m ??220V 輸出電壓有效值為 ?? ?? 0 sin ( ) ( ) 2 0 ??/3 時(shí)，電路工作于 1 類工作狀態(tài)與 2 類工作狀態(tài)交替工作狀態(tài)，電壓波 形可分成六段 : (a)當(dāng) 0≤?t 時(shí)， A 相截止， Usa= 0 (b)當(dāng) ≤?t ??/3 時(shí)，三相導(dǎo)通， U ??U ??U t sa a m sin( ) 1 3Um sin( (c)當(dāng) ??/3≤?t ??/3+ 時(shí)， A， B 兩相導(dǎo)通， Usa??2 Uab?? 2 ?t ????6 ) 17 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 (d)當(dāng) ??/3+ ≤?t 2 ??/3 時(shí)，三相導(dǎo)通， U ??U ??U t sa (e)當(dāng) 2??/3≤?t 2??/3+ 時(shí)， A， C 兩相導(dǎo)通， a 1 m sin( ) 3Um sin( ?t ??Usa??(f)當(dāng) 2 ??/3+ ≤?t ??時(shí)，三相導(dǎo)通， U ??U ??U 2 Uac??t 2 ??6 ) 輸出電壓有效值的表達(dá)式為 : ??sa a m ????sin( ) 3 2 ??U a ?? 1 ?? U 2 2 ?? ???? ?? U 2 ?t ?? ??) ( ) ( ) ??[ 3 ?? m sin ( ) ( ) 2 3 ??3 2 m sin ( 6 2?? 2???? 3 ?? ?????? U 2 2 ??t ???? ?? U 2 ?t ?? ??t ???? U 2 2 ??t ??3 3 ???m sin ( ) ( ) 3 2??3 2 m sin ( 6 ) ( ) 2??3 ???? m sin ( ) ( )] (314) 計(jì)算后可得 :當(dāng) 0 ??/3 時(shí)，輸出電壓有效值的變化范圍是 220V 184V 3. 當(dāng) ??/3≤a≤??/2 時(shí)，電路全部按 2 類工作狀態(tài)，電壓波形可分成四段 : (a)當(dāng) 0≤wt≤a 時(shí)， A 相截止， Usa = 0 (b)當(dāng) a≤wt（ ??/3）＋ a 時(shí)， A、 B 兩相導(dǎo)通， Usa＝ Uab/2= 3 Umsin(wt+??/6)/2 (c)當(dāng) ??/3＋ a≤wt2??/3+a 時(shí)， A、 C 兩相導(dǎo)通， Usa＝ Uac/2= 3 Umsin(wt－ ??/6)/2 （ d） 2??/3＋ a≤wt??時(shí)， A 相截止， Usa＝ 0 輸出電壓有效值的表達(dá)式為 ?? ?? 2 2