異步電機重載軟啟動技術分析范文

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《電工技術雜志》2016年第7期

摘要：

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

關鍵詞：

異步電機;重載;軟啟動;離散頻率

0引言

隨著科學技術的不斷發展，工業領域應用到了越來越多的新技術、新設備。雖然電機軟啟動可通過輸出電壓調節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矩，導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上，對重載軟啟動的控制技術進行分析，希望對今后的應用有所幫助。

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，晶閘管的觸發角由控制電路進行調節，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，電機能平穩上升到額定轉速。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脈沖角，因此通過改變觸發角的變化規律，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不同的工況要求。由于異步電機包含了星／三角轉換啟動、自禍減壓啟動、電抗器啟動等傳統的減壓啟動方式，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定值。第二，恒流啟動。軟啟動器能引入電流閉環控制，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啟動。第三，按照電網的繼電保護特性和負載情況，啟動電流能從無級調整到最佳。

2重載軟啟動的控制技術

2．1選取最低離散頻率

理論上，電網提供50Hz工頻電壓就能實現50以下的任意整數分頻，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雜性，延長啟動時間。在實際應用中最理想的是：啟動時就具有足夠大的轉矩和較小的電流，從而實現重載或滿載的啟動，此時只要考慮滿足效果的頻率而不需使獲得的頻率更低。要達到足夠大的啟動轉矩而保持較小的啟動電流，就必須在啟動電壓較小的狀態下，讓電機獲得足夠大的啟動轉矩。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有電機銘牌、測試電機相關的參數，使仿真與試驗的電機參數一致，以利于結果的比較。系統仿真如圖2所示，主要包含控制部分、三相感應電機、三相晶閘管主電路、模擬恒轉矩負載等。

2．2切換離散頻率

在進行離散頻率切換時，應注意離散變頻啟動時，其曲線的正弦連續性必須得以保證，也要考慮離散頻率基波的正負半周交替變換；切換前后的離散頻率轉矩平穩過渡要得以保證，以減少轉矩振蕩。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提高，以避免在調制正弦時出現初始轉矩跌落的問題，或在切換前改變離散頻率結束時間，確保轉矩過渡平穩。圖3是從16分頻到13分頻不同切換策略的電流、轉速和轉矩波形，此時電機負載（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、轉速以及轉矩波形。由圖3可知，切換時刻為0．32s，存在較大的轉速跌落；從轉矩曲線來看，導致轉速跌落的主要原因是在切換時刻轉矩減小而轉矩的脈沖間距增加。如果各頻率的觸發角不變，只將16分頻的結束時刻改變，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分頻時轉矩沒有減小，轉速相對平穩。啟動離散頻率應結合軟啟動，這樣才能保證電機達到額定的轉速，離散頻率的單純啟動可帶額定甚至超額定的負載。但是當上升轉速達到離散變頻對應的最終轉速后，若負載保持不變，那么切換到軟啟動或全壓啟動時，電機無法滿足額定轉速的要求。由此可知，在2分頻和3分頻下都無法產生足夠的轉矩，所以最終的實用頻率只能為4分頻。

3結束語

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，所以其應用必定會越來越廣泛。

參考文獻：

［1］劉忠，李時育，金耀，等．異步電機軟啟動的變論域模糊自適應控制策略［J］．計算機工程與應用，2010（18）：205～208

［2］王濤，王洋洋，郭長娜，等．基于模糊控制的異步電機軟啟動器的研制［J］．儀表技術與傳感器，2012（08）：26～29

［3］趙晨．大型異步電機智能軟啟動裝置的設計與實現［D］．南京：南京理工大學，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，2013

作者:羅劍輝 單位:福建省廈門紫金工程設計有限公司