【正文】 分級變頻雖然可以實現(xiàn)變頻 ,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。在起動開始階段 ,讓晶閘管在極短時間內(nèi) ,以較大電流導通一段時間 后回落 ,再按原設定值線性上升 ,連入恒流起動。 異步電機的電子式晶閘管降壓軟起動法 電子式晶閘管降壓軟起動器的工作原理是，控制電路運用不同的方法，控制三相反并 聯(lián)晶閘管的導通角，使電動機輸入電壓從零以預設的函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動結(jié)束， 賦予電動機全電壓，實現(xiàn)軟起動。由于起動 電壓為運行電壓的 1/ ,故其起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 1/3,只能用在空載或輕載 (負載率小 于 1/3)起動的設備上。同時過大的起動電流會使電機繞組發(fā)熱 ,從而加速絕緣老化 ,影響 電機壽命。遠大于轉(zhuǎn)子電阻 R2，使轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角 ????arctan( / ) X2?R2 接近 900， cos?2很小，所以盡管 I2很大，但其有功分量 I2cos?2卻不大；其次，由于 起 動 電 流 很 大 ， 定 子 繞 組 的 漏 阻 抗 壓 降 增 大 ， 使 感 應 電 動 勢 E1減 小 ， 主 磁 通 中 ?? ???E1 m f N K : 隨 之 減 小 。進行最后一次頻率切 換 (25Hz~50Hz)時，電機的轉(zhuǎn)速約為額定轉(zhuǎn)速的一半，起動過程并沒有結(jié)束，所以切換到 50Hz 后，仍采用傳統(tǒng)的軟起動方法繼續(xù)起動，即改變觸發(fā)角，逐漸增大定子繞組的端電壓。電磁轉(zhuǎn)矩小的特點限制了電子軟起動器的應用范圍。 電動機的起動是交流電機最基本、最重要的一個問題 ,它同電機的調(diào)速同等重要。 關(guān)鍵詞 : 異步電動機 。 要得到起動時的最大正轉(zhuǎn)矩 ,需選出最優(yōu)化的組 合 .利用三相電路的對稱分量法對 各種組合的三相電源系統(tǒng)進行分析。 MATLAB 軟件仿真波形 變頻軟起動 我們知道變頻器實際 上是一種電壓、頻率控制裝置 (VVVF)，其控制方式有電壓、頻 率比例控制 (V/F)、空間電壓矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制 (DTC)等。 軟起動器的起動方法 串接于電源與被控電動機之間的軟起動器通過控制其內(nèi)部晶閘管的導通角 ,使電動 機電流從零開始以預設函數(shù)關(guān)系逐漸上升 ,直至起動結(jié)束 ,實現(xiàn)軟起動。轉(zhuǎn)速越低，回饋的 功率越多。尤其是 20 世紀 70 年代以后，由于科學技術(shù)的迅速發(fā)展為 交流調(diào)速的發(fā)展創(chuàng)造了極為有利的技術(shù)條件和物質(zhì)基礎。而且這些起動設備還有 一些固有的缺點，如對負載適應能力差、起動電流不連 續(xù)、維修工作量大等等。隨著工 業(yè)現(xiàn)場對自動化、機械化要求的提高，此類矛盾日益突出。從此，交流調(diào)速理論及應用技 1 術(shù)大致沿下述四個方面發(fā)展。繞線式異步電動機串級調(diào)速和雙饋屬于這一類。通常根據(jù)預設函 數(shù)及相應 關(guān)系 ,軟起動一般有如下幾種方法。由于變頻器在改變頻率 的同時，也按比例地改變其輸出電壓的幅值，因而能實現(xiàn)無過流軟起動及調(diào)速節(jié)能運行。 在 Matlab 等軟件中進行仿真計算 目前， MATLAB 已經(jīng)成為國際上最流行的科學與工程計算的軟件工具。軟起動器 。從三 相異步電動機固有機械特性的分析可知 ,如果在額定電壓下直接起動三相異步電動機 ,由于 最初起動瞬間主磁通 m 約減少到額定值的一半 ,功率因數(shù) 當大 ,其起動電流約為額定電流的 4~7 倍 ,而起動力矩并不大。 1 華中科技大學文華學院畢業(yè)論文 本文介紹的分級變頻，可以使傳統(tǒng)電子軟起動器在降低定子電壓的同時降低定子電壓的 頻率，按同步轉(zhuǎn)速由低到高分級起動，減小起動過程的能量損耗，克服傳統(tǒng)電子軟起動器電 磁轉(zhuǎn)矩小的缺點，可以使電機在全負載的情況下平滑起動和短時運行于低速狀態(tài)。雖然 分級變頻的后半部分是和傳統(tǒng)的軟起動方法一樣的，但是它改善了軟起動器控制低速運行的 電機的能力，使電機在低速運行時，電流較小，轉(zhuǎn)矩較大，所以采用分級變頻的軟起動控制 器可以使帶額定負載起動的電機實現(xiàn)軟起動。 ?m變 小 ， I2 c o s2不 大 ， 所 以 起 動 轉(zhuǎn) 矩 1 T N1 Tem??CT?mI2cos????2 并不大。 ② 機械沖擊 :過大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動機轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣 5 華中科技大學文華學院畢業(yè)論文 磨損 ,導致?lián)?穿燒機 ,轉(zhuǎn)軸扭曲 ,聯(lián)軸節(jié)、傳動齒輪損傷和皮帶撕裂等。在電動機輕載或空載運行時 ,也可利用該起動設備做降壓運行 ,以提 高電動機的功率因數(shù)和效率。在軟起動過程中，電動機起動轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐 漸增加。該起動方法 ,在一般負載中較少應用 ,適用 于重載并需克服較大靜摩擦的起動場合。 為了提高電子式軟起動器的起動轉(zhuǎn)矩，降低起動電流，采用了分級交 交變頻的方法， 利用原軟起動器的硬件結(jié)構(gòu)，通過巧妙地控制三相晶閘管的觸發(fā)順序，在改變電壓的同時也 改 變 交 流 電 的 頻 率 ， 實 現(xiàn) 了 高 轉(zhuǎn) 矩 的 V/f 控 制 軟 起 動 。由于是以半波為導通單位，所以四個 周期共有 8 個過零點，以 a 相為參考，各相過零點的相位是：檔距 45 度 表 34 A 相 0 180/4 360/4 540/4 720/4 900/4 1080/4 1260/4 B 相 120/4 300/4 480/4 ＝ 120 660/4 840/4 1020/4 1200/4 1380/4 C 相 120/4 60/4 240/4 420/4 600/4 780/4 960/4 ＝ 240 1140/4 每相有八個起點選擇，每個過零點都可以作為起點，所以每相有八個選擇，三相共有 8 的 3 次方個組合，共 512 個組合。 圖 32 25Hz 三相電源系統(tǒng)的波形圖 將 50Hz 的三相平衡系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成 50/3Hz 的三相電源系統(tǒng)時，各相相位有六種可能。此時，電機定子 A 相由壓： Usa ???1 Uab ???1 ???Umsin( ) ?t ??t ?Umsin( 2?????) ??????3 ?t ??Umsin( ???) 或 2 2 ?? 3 ?? 2 6 Usa???1 Uac???1 ???Umsin( ) ??t ?Umsin( t ??2?????) ?????3 ??Umsin( t ?????) 2 2 ?? 3 ?? 2 6 當觸發(fā)角 a 不同時，輸出的電壓波形也不相同，計算有效值的表達式就要作相應的改 變 [8]。在這 216 種組合中， A 相相位取 0o， B 相相位取 1000， ， C 相相位 取 2600正轉(zhuǎn)矩最大。 分級變頻軟起動主電路結(jié)構(gòu)圖如圖 31 所示。實現(xiàn)了真正的平滑升頻軟起動，并且提高 了起動轉(zhuǎn)矩，減小了起動電流，更適合于需重載起動的負載。采用軟起動器不僅可以減少機器磨損，還可以保護負載峰值時的能量傳送裝置 .③ 運行中的起重機和升降機所吊的負載在急速起動和轉(zhuǎn)動時很容易發(fā)生擺動或振蕩，軟起動器 非常適用于這些場合。其簡單的控制框圖如圖 22 所示。其優(yōu)點是起動電壓可以選擇 ,如 、 或 ,以適應不同負載的要求。 所有這些均給設備的安全可靠運行帶來威脅 ,同時也使起動能量損耗 ,尤其當頻繁起停 時更是如此。 Tst ?? ???2 f ??????????m pU R 1 1 2 39。本文第 二章詳細介紹了傳統(tǒng)軟起動器的起動原理及運行方式等 。 傳統(tǒng)軟起動器原理概述 傳統(tǒng)軟起動的實質(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電子開關(guān)控制其電壓平穩(wěn)上升 ,設備力矩以電壓 上升速度的平方上升 (電動機轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比 )。傳統(tǒng) 的降壓起動設備在很大程度上緩解了大容量電機在較小容量電網(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。分級變頻 。 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、線、復線和多重線。由此得到啟發(fā)， 將變頻器的 VVVF 功能分開就可實現(xiàn) VV—VF，或 VV—CF 功能，即恒頻調(diào)壓功能。 ① 斜 坡恒流軟起動：這種起動方式是在電動機起動的初始階段電流逐漸增加 ,當電流達到預 先設定的值后保持恒定 ,直到起動完畢。 （ 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。（ 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（ 4）微型計算機控制技術(shù)與大規(guī)模集 成電路的迅速發(fā)展和廣泛應用為現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的成功應用提供了重要的技術(shù)手段 和保證。在整個電動機起動過程中，電磁 轉(zhuǎn)矩大于負載的反轉(zhuǎn)矩，電動機加速運轉(zhuǎn)。 課題的意義 電動機的傳統(tǒng)起動裝置主要有 : “YΔ ”起動器、自藕降壓起動器、飽和電抗器。另外，分級變頻還可以使電子軟起動器輸出負相序 電壓，使電機處于電磁制動狀態(tài)。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用。\u24320X始上升 ,逐漸增大 ,電動機的端電壓也從零開始上升 ,直至達到滿足 起動轉(zhuǎn)矩要求 ,保證起動成功。 （ 3） 轉(zhuǎn)矩控制起 動 3 華中科技大學文華學院畢業(yè)論文 選取控制量為電磁轉(zhuǎn)矩 T,并根據(jù)應用的要求在給定的區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)矩 ,尤 其是在起動、停止期間控制加速轉(zhuǎn)矩 ,實現(xiàn)對電動機運行特性的控制 ,同時可以清除浪涌 轉(zhuǎn)矩以保護傳動機械。 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論文對分級變頻理論進行了深入剖析， 利用 MATLAB 對起動過程進行仿真，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。在電力系統(tǒng)的總負荷中，異步電動機的用電量占相當大的比重。 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，使交流異步電機平滑起動， 減少交流異步電機的起動電流，降低起動時對電網(wǎng)的沖擊。 分級變頻高轉(zhuǎn)矩軟起動器原理概述 分級變頻就是使軟起動器能像變頻器一樣實現(xiàn)變頻，在電機起動過程中，使電壓頻率從 一個比較小初值分級逐步增大至 50Hz，從而提高低電壓時的轉(zhuǎn)矩。從等效電路來看，正常運行時，轉(zhuǎn)差率 s 很小 (~)，所 以凡 RS/ s 很大，從而限制了定、轉(zhuǎn)子電流，但起動時 s=1， RS/ s 很小，隨之整個電動機 的等效阻抗很小，所以起動電流很大。直 接起動的優(yōu)點是起動設備簡單 ,起動速度快。缺點是有二次電流沖擊 ,設備故障率高 ,需要經(jīng)常維護 ,因此在頻繁起動的設備上不宜 使用。而且這些起動設備還有一些固有 的缺點，如對負載適應能力差、起動電流不連續(xù)、維修工作量大等等。通過調(diào) 節(jié)起動電流設定值 ,可以達到快速起動效果。 8 華中科技大學文華學院畢業(yè)論文 3 高轉(zhuǎn)矩軟起動器的理論研究 分頻原理及方法 分頻原理 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。 3 分頻 ：用 50Hz 的連續(xù)三個周期波形分頻為 。比較后發(fā)現(xiàn) A 相的相位為 0 0 ， B 相的 相位為 600， C 相的相位為 2100正轉(zhuǎn)矩最大。 1 類工作狀態(tài)時，每相都 有一只晶