大型异步电机软起动的研究本科毕设论文Word文件下载.docx

1、其原因是:（1）中压电动机一般容量较大,一旦发生故障,其影响也大,因此对节电措施可靠性的要求就更高; （2）中压电动机节电措施受电力电子功率器件耐压水平的限制,节电产品的开发在技术上难度更大一些。到目前为止,国内尚无成型的中压电动机软起动和节电运行的产品面市。1.2 课题的意义 电动机的传统起动装置主要有: “Y- ”起动器、自藕降压起动器、饱和电抗器。传统的降压起动设备在很大程度上缓解了大容量电机在较小容量电网上起动时的矛盾，但是它们只是相对减小了大电流的冲击并未在本质上解决问题。而且这些起动设备还有一些固有的缺点，如对负载适应能力差、起动电流不连续、维修工作量大等等。随着工业现场对自动化、

2、机械化要求的提高，此类矛盾日益突出。异步电动机起动过程的长短也是需要考虑的问题。在整个电动机起动过程中，电磁转矩大于负载的反转矩，电动机加速运转。在相同的转动惯量下转矩的差额越大，机组加速越快。转动惯量大的机械起动就较慢，对于重复起动的生产机械来说，起动过程的时间长短对劳动生产率的影响是很大的，因而对不同的生产过程，对电动机有不同的起动时间要求。过去的起动装置大多采用接触器，属于有触点系统，容易磨损引发故障，起动特性不好。为了达到无触点控制，获得灵活多变的良好的起动特性，在 80 年代初期鼠笼型异步电动机电子软起动器诞生。软起动控制器是一种新型节能设备，在欧美国家已得到大量的应用。它利用晶闸管

3、交流调压技术实现降压起动，以后又融入了功率因素控制技术，在控制装置的研究上，正围绕着提高起动力矩、实现计算机联网远程监控、完善检测和自诊断功能以及提高产品可靠性、改进制造工艺、降低成本等方面努力。电子软起动器采用使定子电压逐渐增大至额定电压的方法，使交流异步电机平滑起动，减少交流异步电机的起动电流，降低起动时对电网的冲击。由于三相交流异步电机的电磁转矩与定子电压的平方成正比，当定子电压降低时，电磁转矩就会降低很多，而电子软起动器是采用降压起动，降压并不降频，所以利用传统电子软起动器起动三相交流异步电机时，电磁转矩很小。电磁转矩小的特点限制了电子软起动器的应用范围。本文介绍的分级变频，可以使传统

4、电子软起动器在降低定子电压的同时降低定子电压的频率，按同步转速由低到高分级起动，减小起动过程的能量损耗，克服传统电子软起动器电磁转矩小的缺点，可以使电机在全负载的情况下平滑起动和短时运行于低速状态。另外，分级变频还可以使电子软起动器输出负相序电压，使电机处于电磁制动状态。1.3 国内外概况 20 世纪 60 年代以来，由于生产发展的需要和节省电能的要求，促使世界各国重视交流调速技术的研究与发展。尤其是 20 世纪 70 年代以后，由于科学技术的迅速发展为交流调速的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。从此，交流调速理论及应用技1 术大致沿下述四个方面发展。xxxxx大学文华学院毕业论文（1）

5、电力电子器件的蓬勃发展和迅速换代促进了变流技术的迅速发展和变流装置的现代化（2）脉宽调制（PWM）技术的发展和应用优化了变频装置的性能，适用于各类交流调速系统，为交流调速技术的普及发挥了重大作用。（3）矢量变化控制技术的诞生和发展奠定了现代交流调速系统高性能化的基础（4）微型计算机控制技术与大规模集成电路的迅速发展和广泛应用为现代交流调速系统的成功应用提供了重要的技术手段和保证。2.课题要研究的内容2.1 异步电动机起动方案的研究 m2 U R / STe1= （） （2）2R1+CR2/ S+X1 +CX2从式中可看出，在电动机的参数已知和转差率 s 不变时，感应电机的电磁转矩和所加的电源电

6、压的平方成正比，电压越大，电磁转矩就大。2.1.1 异步电动机调速系统的基本类型 由异步电动机工作原理可知，从定子传入转子的电磁功率 Pm 可分为两部分：一部分 Pd=（1-s）Pm 是拖动负载的有效功率；另一部分是转差功率 Ps=sPm，与转差率 s 成正比。转差功率如何处理、是消耗掉还是回馈给电网，可衡量异步电动机调速系统的效率高低。因此按转差功率处理方式的不同可以把现代异步电动机调速系统分为三类。（1）转差功率消耗型调速系统 全部转差功率都转换成热能的形式而消耗掉。晶闸管调压调速属于这一类。在异步电动机调速系统中，这类系统的效率最低，是以增加转差功率的消耗为代价来换取转速的降低。但是由于

7、这类系统结构最简单，所以对于要求不高的小容量场合还有一定应用。（2）转差功率回馈型调速系统 转差功率一小部分消耗掉，大部分则通过交流装置回馈给电网。转速越低，回馈的功率越多。绕线式异步电动机串级调速和双馈属于这一类。显然这类调速系统效率较高。（3）转差功率不变型调速系统 转差功率中转子铜损部分的消耗是不可避免的，但在这类系统中，无论转速高低，转速功率的消耗基本不变，因此效率很高。变频调速属于此类。目前在交流调速系统中，变频调速应用最多、最广泛，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速。变频调速技术及其装置仍是 21 世纪的主流技术和主流产品。2.2 绕线式异步电动机的串级调速和双馈调速系

8、统 绕线式异步电动机在工业中应用较多，它的传统调速方法是在转子回路串电阻调速。这中调速方式的本质是利用改变消耗于转子外串电阻中的转差率功率来改变转差率，从而达到调速的目的，因此，这种调速方式是转差功率消耗型调速。这种调速方式虽然结构简单，维护方便，但是调速是有级的，而且耗能多，效率低，是的调速性能和2 华中科技大学文华学院毕业论文经济性能很差。目前，这种调速方式正在逐渐被淘汰。2.3 电动机软起动器 图 1 中，采用三对反并联的晶闸管串联于电动机的三相供电电路上,利用晶闸管的电子开关特性,通过控制其触发脉冲、触发角的大小来改变晶闸管的开通时间,从而改变电动机定子输入电压的大小,以达到控制电动机

9、的软起动过程。当电动机起动完成后即端电压升至额定电压时,三相旁路接触器 K 吸合,使电动机直接并网运行。起动时,晶闸管的导通角从 0u24320X始上升,逐渐增大,电动机的端电压也从零开始上升,直至达到满足起动转矩要求,保证起动成功。另外运用不同的设定方法,使被控电动机的输入电压按不同的要求而变化,就可以实现不同的控制功能。2.3.1 软起动器的起动方法 串接于电源与被控电动机之间的软起动器通过控制其内部晶闸管的导通角,使电动机电流从零开始以预设函数关系逐渐上升,直至起动结束,实现软起动。通常根据预设函数及相应关系,软起动一般有如下几种方法。（1） 限电流软起动 限电流软起动可归纳为斜坡恒流软

10、起动、阶跃起动和脉冲冲击起动三种方式。斜坡恒流软起动：这种起动方式是在电动机起动的初始阶段电流逐渐增加,当电流达到预先设定的值后保持恒定,直到起动完毕。起动过程中,电流上升变化的速率可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大,则起动转矩大,起动时间短。该方法应用较多,特别适用于风机、泵类负载。阶跃起动:这种方式是电动机开机时即起动,在最短时间内使起动电流迅速达到设定值,通过调节起动电流设定值,可以达到快速起动效果。脉冲冲击起动: 电动机在起动开始阶段,让晶闸管在极短时间内,以较大电流导通一段时间后回落,再按原设定值线性上升,进入恒流起动。该起动方法适用于重载需要克服较大静摩擦的场合。上述三种电

11、动机限电流软起动曲线如图 2 所示。电动机在起动时最大电流不超过预先设定的电流,通常该值的设定范围为额定电流的 0.44 倍。（2） 电压斜坡起动 这种方式是通过设定电动机的输入电压的线性上升速率来完成电动机的起动过程。由于电压在起动过程中是线性变化的,可以保证电动机平稳起动。（3） 转矩控制起动 3 选取控制量为电磁转矩 T,并根据应用的要求在给定的区间内调节电动机的转矩,尤其是在起动、停止期间控制加速转矩,实现对电动机运行特性的控制,同时可以清除浪涌转矩以保护传动机械。如果转矩控制起动时间过长,通过转矩突跳克服静转矩,加快起动周期。2.4.软起动研究方案和利用 MATLAB 软件仿真波形

12、2.4.1 变频软起动 我们知道变频器实际上是一种电压、频率控制装置（VVVF），其控制方式有电压、频率比例控制（V/F）、空间电压矢量控制和直接转矩控制（DTC）等。由于变频器在改变频率的同时，也按比例地改变其输出电压的幅值，因而能实现无过流软起动及调速节能运行。由于变频器一般都采用交直交电压型逆变方式，因而可方便地实现自动能量优化（AEO）功能、自动电动机适配（AMA）功能以及自动电压调整（AVR）功能。由此得到启发，将变频器的 VVVF 功能分开就可实现 VVVF，或 VVCF 功能，即恒频调压功能。这样对于不同运行方式的电动机，都可采用同一控制设备来实现综合节能保护控制功能了。对于需调

13、速运行和调速节能的设备，让变频器以 VVVF 实现变频控制；对于不需要调速运行，且经常处于轻载或空载运行的设备。则采用 VVCF 控制方式，利用变频器进行恒频调压节电优化控制。实现一机多用。在此，文章主要研究大型异步电动机交交分级变频起动。交-交变频器与交-直-交变频器相比，没有明显的中间滤波环节，电网交流电被直接变换成可调频调压的交流电。因为交-交变频器采用晶闸管自然换流方式，结构简单，可靠性高；而且交-交变频器能够直接进行能量转换，效率较高。交-交变频器最高输出频率是电网输入频率的 1312，适合于低速大功率拖动的场合。2.4.2 分级变频起动 在分级变频起动问题上，有很多问题。例如：1.

14、分几次变频，在各种频率下的 ABC三相相角差；2.晶闸管控制问题，各相触发角角度；3.检测电源电压和反馈电流；4.单片机输入输出控制；5.谐波问题。2.4.3 分级变频原理 在定子电压下降的同时将频率下调,将会减少电动机转矩的损失,就可以解决传统软起动器的起动转矩小的问题.分级变频就是使传统软起动器输出电压的频率从一个较低的值开始,分级上升,最后达到 50 Hz.分级变频虽然可以实现变频,但不能使频率连续地变化,只能使频率分级变化,而且各级频率都是 50 Hz 的 1/n,即 50 Hz 的分频. 由电网提供的 50 Hz 的工频电源,可产生各级子频率系统,工频的 net 与子频率系统的 sub 的