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《電工技術(shù)雜志》2016年第7期

摘要：

分析了異步電機重載軟啟動技術(shù)，通過對離散頻率的選取來探討軟啟動技術(shù)，以便對后續(xù)的研究提供參考。

關(guān)鍵詞：

異步電機;重載;軟啟動;離散頻率

0引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用到了越來越多的新技術(shù)、新設(shè)備。雖然電機軟啟動可通過輸出電壓調(diào)節(jié)來降低啟動電流帶來的沖擊，但是啟動電壓減小會降低啟動的轉(zhuǎn)矩，導(dǎo)致電機帶重載啟動失敗，因此對異步電機的重載軟啟動進行研究具有重要的意義。本文在研究軟啟動原理的基礎(chǔ)上，對重載軟啟動的控制技術(shù)進行分析，希望對今后的應(yīng)用有所幫助。

1軟啟動的基本原理

實際上，軟啟動就是一個調(diào)壓器，輸出電壓在電機啟動時會改變。目前，電子式、自動液體電阻式和磁控式等是常見的軟啟動器，其中晶閘管最多。對于晶閘管的軟啟動器，其主回路由三對反并聯(lián)晶閘管組成，具體組成如圖1所示。在啟動電機的過程中，晶閘管的觸發(fā)角由控制電路進行調(diào)節(jié)，這樣可讓定子繞組端電壓從一個初值逐步攀升到全電壓。在較小的啟動電流條件下，電機能平穩(wěn)上升到額定轉(zhuǎn)速。由于輸入至電機定子繞組上的電壓受控于三相交流電壓電路的觸發(fā)脈沖角，因此通過改變觸發(fā)角的變化規(guī)律，就可改變電機的啟動方式，使電機具有不同啟動特性以適應(yīng)不同的工況要求。由于異步電機包含了星／三角轉(zhuǎn)換啟動、自禍減壓啟動、電抗器啟動等傳統(tǒng)的減壓啟動方式，雖然這些方式具有減壓啟動的作用，但也存在明顯的缺點，也就是在啟動中會有二次沖擊電流的存在。而電子軟啟動與傳統(tǒng)減壓啟動的不同之處在于：第一，無沖擊電流。軟啟動器啟動電機時，晶閘管的導(dǎo)通角會逐漸增大，使得電機啟動電流從零線性一直上升到設(shè)定值。第二，恒流啟動。軟啟動器能引入電流閉環(huán)控制，從而可在啟動過程中讓電機保持恒流，確保電機本身的平穩(wěn)啟動。第三，按照電網(wǎng)的繼電保護特性和負(fù)載情況，啟動電流能從無級調(diào)整到最佳。

2重載軟啟動的控制技術(shù)

2．1選取最低離散頻率

理論上，電網(wǎng)提供50Hz工頻電壓就能實現(xiàn)50以下的任意整數(shù)分頻，這樣的離散頻率就很低。但是在實際控制中，要獲取單純的離散頻率就需要對三相工頻電壓的每個半波、每項進行控制，如果離散頻率過低，那么獲得該頻率下的一個完整周期就需要較長的時間，而這會增加控制程序的復(fù)雜性，延長啟動時間。在實際應(yīng)用中最理想的是：啟動時就具有足夠大的轉(zhuǎn)矩和較小的電流，從而實現(xiàn)重載或滿載的啟動，此時只要考慮滿足效果的頻率而不需使獲得的頻率更低。要達(dá)到足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩而保持較小的啟動電流，就必須在啟動電壓較小的狀態(tài)下，讓電機獲得足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩。啟動電壓較小，所獲取的啟動電流才較小，此時的低頻率就能滿足大啟動轉(zhuǎn)矩的要求。為了滿足最低離散頻率要求，可通過仿真與試驗來觀察現(xiàn)有電機銘牌、測試電機相關(guān)的參數(shù)，使仿真與試驗的電機參數(shù)一致，以利于結(jié)果的比較。系統(tǒng)仿真如圖2所示，主要包含控制部分、三相感應(yīng)電機、三相晶閘管主電路、模擬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載等。

2．2切換離散頻率

在進行離散頻率切換時，應(yīng)注意離散變頻啟動時，其曲線的正弦連續(xù)性必須得以保證，也要考慮離散頻率基波的正負(fù)半周交替變換；切換前后的離散頻率轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)過渡要得以保證，以減少轉(zhuǎn)矩振蕩。基于此，離散頻率的切換以整周期或半周期最佳。也就是除最低頻率選擇外，下一切換頻率的初始工頻周期給定電壓可適當(dāng)提高，以避免在調(diào)制正弦時出現(xiàn)初始轉(zhuǎn)矩跌落的問題，或在切換前改變離散頻率結(jié)束時間，確保轉(zhuǎn)矩過渡平穩(wěn)。圖3是從16分頻到13分頻不同切換策略的電流、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩波形，此時電機負(fù)載（19N•m）超出了額定值。圖3（a）、（c）、（e）為16分頻整個周期后切換到13分頻的電流、轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩波形。由圖3可知，切換時刻為0．32s，存在較大的轉(zhuǎn)速跌落；從轉(zhuǎn)矩曲線來看，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速跌落的主要原因是在切換時刻轉(zhuǎn)矩減小而轉(zhuǎn)矩的脈沖間距增加。如果各頻率的觸發(fā)角不變，只將16分頻的結(jié)束時刻改變，將其提前2個工頻周期，那么在0．28s進行切換的曲線為圖3（b）、（d）、（f）。由此可知，切換到13分頻時轉(zhuǎn)矩沒有減小，轉(zhuǎn)速相對平穩(wěn)。啟動離散頻率應(yīng)結(jié)合軟啟動，這樣才能保證電機達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速，離散頻率的單純啟動可帶額定甚至超額定的負(fù)載。但是當(dāng)上升轉(zhuǎn)速達(dá)到離散變頻對應(yīng)的最終轉(zhuǎn)速后，若負(fù)載保持不變，那么切換到軟啟動或全壓啟動時，電機無法滿足額定轉(zhuǎn)速的要求。由此可知，在2分頻和3分頻下都無法產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩，所以最終的實用頻率只能為4分頻。

3結(jié)束語

綜上所述，因為軟啟動的特殊啟動方式，是其它降壓啟動無法比擬的，所以其應(yīng)用必定會越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

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［3］趙晨．大型異步電機智能軟啟動裝置的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．南京：南京理工大學(xué)，2014

［4］楊波．基于STM32的異步電機重載軟啟動器的研制［D］．西安：陜西科技大學(xué)，2013

作者:羅劍輝 單位:福建省廈門紫金工程設(shè)計有限公司