软启动技术在异步电机控制中的应用研究.doc

1 绪论 三相交流异步电动机因为具有结构简单、环境要求不很严格、经济运行成本较低等方面的优点，而被广泛地应用于电力拖动中。自第一台异步电动机问世以来，人们对它的各个方面的研究就从来没有停止过，“起动”也不例外。 1.1 电机传统起动方法概述 1.1.1 直接起动 在额定电压下的直接起动方式，又被叫做硬启动。在启动时用刀开关，电磁起动器或接触器将电动机定子绕组直接接到电源上，取熔体的额定电流为电动机额定电流的2.5到3.5倍。在实际应用中多数电气设备是采用直接起动，这种方式系统接线简单，操作和维护方便，起动速度快，是一种最简单，最常用的起动方式。但是直接起动存在一定的危害和局限性[1]。 (1) 直接起动的电机的起动电流很大对电网冲击大。对其他运行中电设备造成影响，还可能使低电压保护动作，威胁相关设备的安全运行，使电机本身及系统的继电保护的整定和配合增加难度，降低了保护的灵敏度。 (2) 直接起动的电机由于过大的起动电流会使电机绕组发热，导致绝缘老化加速，影响电机寿命，同时机械冲击过大往往会造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损，导致击穿烧机，转轴扭曲，联轴节，传动齿轮损伤和皮带撕裂等。 (3) 直接起动的电机在起动时，其机械系统容易由于电气系统的突变而对机械系统造成冲击，甚至影响正常的过程控制。 1.1.2 定子回路串电阻或电抗起动 交流异步电动机定子串电阻降压启动适用于中等功率的电动机要求平稳的场合。起动的时候在电动机的定子绕组里串入一定阻值的电阻或电抗，则起动过程中加在电机定子绕组接线端的电压就会降低，起动结束后再将它们切除[2]。一般采用串固体电阻降压启动的电动机，启动时加在定子绕组上的电压约为全电压的一半左右，适应期启动转矩约为额定电压下启动转矩的0.25倍左右。 这种起动有着明显的缺点：若串入的是电阻，则不仅会增加电机的能耗，而且是有级起动；若串入的是电抗，则会降低电动机本身的功率因素。 1.1.3 星-三角形降压起动 星-三角启动时常用降压启动方法中的一种。星-三角启动的方法适用于正常运行时定子绕组接成三角形的电动机，启动时定子绕组接成星形，启动完毕后再换接成三角形。 星-三角启动设备操作很简单，仅比全压直接启动的方法多一只交流接触器，因此星-三角启动设备也具有经济，可靠，耐用，免维护的显著有点。Y系列中4KW以上的电动机，定子绕组都按三角形接法设计，便于采用星-三角启动。 星-三角启动设备的缺点是只能分两级启动电动机，启动仍有冲击，且启动转矩小，由于转子接成星形后，每相绕组的相电压为三角形连接（全压）时的，。6个端子都必须引出，布线电缆多，若距离远则工程成本增加较多[3]。 1.1.4 自耦变压器 自耦变压器高压边接电网，低压边接电动机，启动时断路器闭合，电动机的定子绕组通过自耦变压器接到三相电源上，当转速上升到一定程度后自耦变压器被短接，电动机的定子绕组被接上全压，进入正常运行状态。在自耦变压器降压启动线路中，电动机电流的限制是依靠自耦变压器的降压作用来实现的。电动机启动时，定子绕组得到的电压时自耦变压器的二次电压。 自耦变压器二次侧一般有几组抽头，可以根据具体情况选择不同的变压比来调节电动机启动电流和启动转矩。若自耦变压器的变比为k，则自耦变压器启动时启动电流为全压启动的同时启动转矩也下降到全压启动转矩的。因此，自耦变压器启动时，转矩的损失相对较小，可以拖动较大负载启动。 自耦降压启动方式对运行时为星形接线或三角形接线的异步电动机均适用。通常用于控制320kV以下的电动机做不频繁启动，停止使用，具有过载和失电保护功能；也具有可靠，耐用，免维护的特点，电动机引出线只需要3根。 其优点是起动电压可以选择，可以适应不同负载的要求。 缺点是分级启动，体积大，重量重，且要消耗较多有色金属，故障率高，维修费用高。 1.2 软启动技术的研究与发展趋势 降压(限流)软启动是通过降低电机启动时的电压的方式完成正常的起动工作。 电动机采取降压起动的条件分别是： (1) 电动机起动时，机械不能承受全压起动的冲击转矩。 (2) 电动机起动时，其端电压不能满足规范要求。 (3) 电动机起动时，影响其他负荷的正常运行。 对于降压起动目前有两种方式：一种是降压起动，一种是软起动。它经过了三个发展阶段： 第一阶段，“Y-Δ”起动器和自藕降压起动器。 第二阶段，磁控式软启动器。 第三阶段，电子软启动器也是目前最先进最流行的。 电子软启动器它既能保证电动机在负载要求的起动特性下平滑起动，又能降低对电网的冲击，同时，还能实现直接计算机通讯控制，为自动化智能控制打下良好的基础[4]。 软起动是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。国外称为Soft Starter软起动的主要