三相异步电动机软起动策略分析与起动器装置设计

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1、大连理：—【大学硕士学位论文1绪论1．1课题的理论意义和应用价值三相异步电动机由于其结构简单、体积小、运行可靠、效率较高、价格低廉等优点而广泛应用于工农业生产，交通运输，船舶及海洋石油平台等领域。据统计，电动机的用电量占我国发电量的60％一70％，其中三相异步电动机占90％11J。而在电动机的运行过程中，对连接设备及电机使用寿命影响最大的是电动机的起动和制动。因此对三相异步电动机起动和制动的控制及保护是节约能源，简化控制，优化资源的重要手段。异步电动机的起动是指电动机从静止状态加速到额定转速的整个过程，在起动过程中起动电流倍数和起动转矩倍数是电

2、动机起动性能的两个重要指标。如何降低起动电流的同时增加起动转矩，改善电动机的起动性能，是广大厂家和机电领域科研工作者的重要课题。三相异步电机依靠转子的旋转磁通势来产生反电势，进而平衡外加电压，但由于起动开始时，转子转速为零，用以平衡外加电压的反电动势很小，所以起动时冲击电流很大，直接起动时在空载情况下可达额定电流的4～7倍，带载起动时可达8～10倍或更大【2】，给电网和电气设备带来巨大危害，表现在【3】：(1)电网冲击：过大的起动电流造成电网电压下降，使欠压保护动作，造成设备的有害跳闸，同时使电机绕组发热，加速绝缘老化，减少寿命。(2)机械冲击

3、：过大的冲击转矩造成电动机转子笼条、端环断裂和定子顶部绕组绝缘磨损，转轴扭曲，联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。(3)对生产机械的冲击：起动过程中的压力突变造成泵系统管道阀门的损伤，给设备的安全可靠等带来威胁，频繁起动下更造成大量的能源浪费，因此对电动机的直接起动要严格控制，大容量电机不能直接起动。为解决直接起动下带来的诸多问题，必须采取改善措施。传统降压起动方法如串电抗起动、星形一角形转换起动、延边D起动、自耦变压起动等在一定程度上解决了异步电动机起动电流较大的问题，但是由于传统起动设备都是有切换触点的，控制不连续，无法从根本上解决起动过程中

4、给电机造成的冲击【4】。近30多年来随着电力电子技术的发展，电力电子器件性能的改善和提高，电力半导体开关使无电弧开关和电流连续的调节成为可能，加之微处理器性能的提高和应用日益广泛，微机技术同电力电子技术的紧密结合，为电动机的起动节能提供了全新思路，电子软起动器应运而生，它解决了传统降压起动方法存在的问题，价格低廉实用，在异步电动机起动方面具有难以替代的作用。三相异步电动机软起动策略研究与起动器装置设计软起动概念起源于美国马歇尔航天中心，是一种采用电力电子技术、控制技术和微处理器技术等多种技术综合而成的全新电机控制方式【5】。软起动器是一种集电机

5、软起动、软停车、轻载节能和多种保护于一体的电机控制装置，其实质是降压起动，与传统降压不同之处在于无机械触点、起动电压和起动电流任意可调，从而提供可以调节的平稳无级加速，真正实现了起动无冲击【6】，软起动器是电力电子技术与自动化控制技术的综合产物。采用全数字控制，利于互联网集中控制，并且具有体积小、功耗低、可靠性高，维护、安装方便等优点。起动过程中，软起动器按照预先设定的起动曲线增加电动机的端电压使电动机平滑加速，软起电压、软起电流、软起转矩和软起时间等可以进行无级调整并按照起动要求进行控制。为了维持限流值，电压按照限流的要求逐步增加，从而减少了

6、电动机起动时对电网、电动机本身、相连设备的电气及机械冲击，电机达到正常转速后，软起动器继续监控电机并提供各种故障保护，其可根据不同情况工作于以下四种模式【7】：(1)跨越运行模式电动机工作于全压方式，电网谐波分量可以完全忽略，对于要求实现电动机软起动、软停止，节能、故障保护、报警等功能较完整的电机控制系统，采用这种运行状态。(2)接触器旁路工作模式电动机达到满速运行时，用旁路接触器取代己完成起动任务的软起动器，这样可以降低软起动器的热功耗，增加软起动器的寿命，并可用一台软起动器起动多台电动机。(3)节能运行模式当电动机负载较轻时，软起动器自动降

7、低施加于电动机定子上的电压，减少电机电流的励磁分量，从而提高电动机的功率因数。(4)调压调速模式软起动器作调压运行，通过控制电动机的电压，达到改变电机速度的目的，由于频率不变，电压降低时会引起电机中磁场饱和，因此调速效果有限。1．2电动机软起动器及相关控制技术的研究现状及发展趋势【81随着晶闸管等大功率器件的出现，人们对软起动技术进行了深入研究，最早采用晶闸管三相交流调压电路实现电动机的软起动是在1970年由英国人发明的。近30多年来，国外对电机软起动装置丌展了广泛的研究，在工业领域得到广泛应用，特别是到了90年代后，国外一些著名厂商推出了不同

8、型号、不同性能的电机软起动器，如美国AB公司生产的MSC系列调压式电机软起动器，GE公司的ASTAT软起动器，瑞士ABB公大连理工大学硕十学位论文司的