【正文】 制 (DTC)等。 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。這樣對 于不同運(yùn)行方式 的電動機(jī)，都可采用同一控制設(shè)備來實現(xiàn)綜合節(jié)能保護(hù)控制功能了。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。 在此，文章主要研究大型異步電動機(jī)交交分級變頻起動。 因為交 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。 分級變頻起動 在分級變頻起動問題上，有很多問題。 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 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(jìn)行分析。 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。在國際學(xué)術(shù)界， MATLAB 已經(jīng)被確認(rèn)為準(zhǔn)確、 可靠的科學(xué)計算標(biāo)準(zhǔn)軟件。 （ 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。 第二階段： 2 月 23 日 ——3 月 22 日，討論比較各軟起動方案和設(shè)計主回路 第三階段： 3 月 23 日 ——4 月 12 日，變頻調(diào)速系統(tǒng)控制算法的研究及其波形的仿真 第四階段： 4 月 13 日 ——4 月 26 日，軟起動控制器初步設(shè)計 第五階段： 4 月 27 日 ——5 月 10 日，嚴(yán)格按形式和內(nèi)容的要求完成畢業(yè)論文，做好答 辯準(zhǔn)備。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。為獲得良好多變的起動性能，采用晶閘管做 主電路的電子式 軟起動器得到大量的運(yùn)用。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。 關(guān)鍵詞 : 異步電動機(jī) 。晶閘管 。高起動轉(zhuǎn)矩 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)論文 Largescale asynchronous motor soft start Development Abstract The three phase squirrel cage induction machine is most used in industry, agriculture, traffic area and etc because of its simple structure, stable running, convenient maintaining, and small inertia. With the development of machines in production area, the more excellent start performance is desired. Conventional start methods include direct start and reducedvoltage start can39。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)院畢業(yè)論文 high start torque, speed closed loop control etc., develops the technology of soft start, has wide application foreground. Key Words: induction machine。 GTO。 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 ,從而實現(xiàn) 機(jī)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種交流 電機(jī)。異步電動機(jī)是各類電動機(jī)中應(yīng)用最廣、需要量 最大的一種。在電力系統(tǒng)的總負(fù)荷中，異步電動機(jī)的用電量占相當(dāng)大的比重。 電動機(jī)的起動是交流電機(jī)最基本、最重要的一個問題 ,它同電機(jī)的調(diào)速同等重要。 又很低 ,造成了起動電流相 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。而且這些起動設(shè)備還有一些固有的缺 點，如對負(fù)載適應(yīng)能力差、起動電流不連續(xù)、維修工作量大等等。 異步電動機(jī)起動過程的長短也是需要考慮的問題。在相同的轉(zhuǎn)動慣量下轉(zhuǎn)矩的差額越大，機(jī)組加速越快。 過去的起動裝置大多采用接觸器，屬于有觸點系統(tǒng)，容易磨損引發(fā)故障，起動特性不 好。軟起動控制器是一種新型節(jié)能設(shè)備，在歐美國家已得到大量的應(yīng)用。 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。電磁轉(zhuǎn)矩小的特點限制了電子軟起動器的應(yīng)用范圍。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)。它的主要構(gòu)成是串接于電 源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法 ,控制三相反 并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角 ,使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化 ,從而實現(xiàn)不同的功 能。 “軟起 動 ”實質(zhì)上就是按照預(yù)先設(shè)定的控制模式進(jìn)行的降壓起動過程。 傳統(tǒng)的軟起動器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品。軟起動器實際上是個調(diào)壓器，用于電機(jī)起動時，輸 出只改變電壓并沒有改變頻率。 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(jī)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。進(jìn)行最后一次頻率切 換 (25Hz~50Hz)時，電機(jī)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。 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)矩軟起動器，使得起動轉(zhuǎn)矩提 高進(jìn)行了仿真研究。第三章對分級變頻理論進(jìn)行深入的 分析 。結(jié)論 部分總結(jié)了本文主要完成的工作和取得的研究成果，并對軟起動器的進(jìn)一步研究進(jìn)行了展 望。 感應(yīng)電動機(jī)的起動性能包括下列幾項： (1)起動電流倍數(shù) Ist/ IN； (2)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Tst/ IN； (3)起動時間； (4)起動時繞組中消耗的能量和繞組的發(fā)熱； (5)起動設(shè)備的簡單性和可靠性； (6)起動時的過渡過程。為了使電機(jī)能夠轉(zhuǎn)動起來，并很快達(dá)到額定轉(zhuǎn) 速正常工作，要求電動機(jī)且有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩且起動電流不能太大，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。電動機(jī)如不采取任何措施而直接投入電網(wǎng)起 動時，往往不能滿足上述要求，因為它的起動電流過大，約為額定電流的 47 倍。從等效電路來看，正常運(yùn)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(jī) 的等效阻抗很小，所以起動電流很大。遠(yuǎn)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(yīng) 電 動 勢 E1減 小 ， 主 磁 通 中 ?? ???E1 m f N K : 隨 之 減 小 。 利用感應(yīng)電動機(jī)的較準(zhǔn)確 ??形等效電路 (圖 21)，可以分析出起動轉(zhuǎn)矩 Tst： (忽略勵磁 支路 ) 2 39。 ?2????R X 1????????X39。 (2)當(dāng)電源的頻率和電壓一定時，漏電抗 ( X1?? ???1X2??)越小， 則起動轉(zhuǎn)矩越大。 轉(zhuǎn)子回路總電阻的折算值 (39。 R2??Rst)等于電機(jī)的總漏抗 ( X1?? ??X2?? )時，起動轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大 值，等于最大電磁轉(zhuǎn)矩。??隨電源頻率的降低而減小，所以起動轉(zhuǎn)矩隨電源頻的降低而增大。直 接起動的優(yōu)點是起動設(shè)備簡單 ,起動速度快。同時過大的起動電流會使電機(jī)繞組發(fā)熱 ,從而加速絕緣老化 ,影響 電機(jī)壽命。 ③ 對生產(chǎn)機(jī)械造成沖擊 :起動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 ,影響傳動精度 ,甚至影響正常的過程控制。因此對電動機(jī)直接起動有以下限制條件 :① 生產(chǎn)機(jī)械是否允許拖動電動機(jī)直接 起動 ,這是先決條件 。③ 起動過程中的 電壓降 △ U 應(yīng)不大于額定電壓的 15%。 (2)降壓起動 降壓起動的目的是減小起動電流 ,但它同時也使起動轉(zhuǎn)矩下降了。傳統(tǒng)的降壓起動有以下幾種方法 : ① 星形 /三角形轉(zhuǎn)換器 :這種方法適用于正常運(yùn)行時定子繞組采用 △ 接法的電動機(jī)。起動 電壓為 220 V,運(yùn)行電壓為 380 V。缺點是有二次電流沖擊 ,設(shè)備故障率高 ,需要經(jīng)常維護(hù) ,因此在頻繁起動的設(shè)備上不宜 使用。由于起動 電壓為運(yùn)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(fù)載率小 于 1/3)起動的設(shè)備上。 ② 自耦變壓器降壓起動 :三相自耦變壓器（也稱補(bǔ)償器 )高壓邊 接電網(wǎng) ,低壓邊接電動機(jī) , 一般有幾個分接頭 ,可選擇不同的電壓比 ,相對于不同起動轉(zhuǎn)矩的負(fù)載 ,在電動機(jī)起動后再將 其切除。缺點 是體積大 ,重量大 ,且要消耗較多的有色金屬 ,故障率高 ,維修費用高。但其起控電壓在 200 V 左右 ,用戶不可調(diào)整 ,會有較大的電 流沖擊 ,且體積較大。但電抗器成本高 ,水電阻損耗又大。但頻敏變阻器成本高 ,而水電阻損耗又大。 值得指出的是 :盡管各種降壓起動方法各有其優(yōu)缺點 ,但它們有一個共同的優(yōu)點即沒有 諧波污染。而且這些起動設(shè)備還有一些固有 的缺點，如對負(fù)載適應(yīng)能力差、起動電流不連續(xù)、維修工作量大等等。 異步電機(jī)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(yùn)用不同的方法，控制三相反并 聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使電動機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)的函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動結(jié)束， 賦予電動機(jī)全電壓，實現(xiàn)軟起動。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，使早期的軟起動器已發(fā)展成智能化軟起動器。 旁路接觸器（正常運(yùn)行） R,S,T 三相交流電源 380V/660V 電壓檢測 SCR 驅(qū)動電路 計算機(jī)模糊控制系統(tǒng) 鍵盤和顯示器 U,V,W 啟動 過程 電流檢測 M 圖 22 起動器的控制框圖