異步電機軟運行機理探究

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　一、異步電機軟起動

　　異步電機軟起動器可減小電動機硬起動引起的電網電壓降，使之不影響與其共網的其它電氣設備的正常運行?？蓽p小電動機的沖擊電流，沖擊電流會造成電動機局部溫升過大，降低電動機壽命；可減小硬起動帶來的機械沖擊力和沖擊力加速對所傳動機械（軸、嚙合齒輪等）的磨損；減少電磁干擾，沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運行。軟起動使電動機可以起停自如，減少空轉，提高作業(yè)率，因而有節(jié)能作用。

　　對于電動機的軟起動，大致可分為有級和無級兩種。有級型的軟起動有定子串電抗器降壓、液態(tài)電阻降壓、星-三角（y-△）降壓、自耦變壓器降壓和延邊三角形降壓等。無級型軟起動有開關變壓器降壓、磁飽和電抗器降壓、晶閘管串聯(lián)降壓軟起動等。由于有級型降壓軟起動的調節(jié)存在一定程度的二次電流沖擊，因此對電機的軟起動效果有限。而在無級型軟起動器中，隨著電力電子技術的提高和功率器件的發(fā)展以及銅、鐵等原材料價格的大幅上漲，晶閘管串聯(lián)式的高壓軟起動裝置越來越被市場所認可。

　　二、降壓起動原理

　　把三相異步電動機的定子繞組接通到三相電源上，轉子從靜止升速到穩(wěn)定狀態(tài)，這一過程叫起動。在合閘的瞬間，電動機的轉差率為1，起動電流等于堵轉電流，起動轉矩等于堵轉轉矩。隨著轉速升高，起動電流從堵轉電流逐漸下降，最后穩(wěn)定在某個數值。較高的堵轉轉矩表明電動機能在較大負載下起動，并獲得較大的加速度，但過大的堵轉電流會在供電線路上產生很大的壓降，使電網電壓波動，直接影響到接在該電網上電氣設備的運行。異步電動機的t形等效電路圖。

　　高壓電動機軟起動裝置系統(tǒng)所示。晶閘管串聯(lián)的功率單元聯(lián)接在三相高壓電網與電動機之間，控制單元根據傳感器傳送回來的信號按事先設定好的起動曲線進行移相調節(jié)?？刂茊卧l(fā)出的晶閘管觸發(fā)信號經光纖傳送到晶閘管觸發(fā)單元，用來調整晶閘管的導通角，進而達到調整電壓的目的，使得輸出到電動機上的電壓按照一定曲線緩慢上升，實現電動機的軟起動。當電動機達到額定轉速時，旁路接觸器吸合，電動機處于旁路運行狀態(tài)。控制單元仍然進行在線檢測，負責電機的電壓、電流的顯示及各種故。

　　三、高壓軟起動、晶閘管串聯(lián)單元設計

　　由于目前國內市場應用的電動機大多是6kv和10kv電機，做為串接在高壓電網和電動機之間的功率執(zhí)行器件，單只晶閘管還不足以承受6kv的高壓，雖然單只晶閘管目前已經成熟地發(fā)展到單只耐壓6500v，但考慮到電網波動、浪涌及耐壓余量等可靠性因素，在設計6kv高壓軟起動裝置的時候，功率單元采用3只晶閘管串聯(lián)的方式來提高耐壓值。同理在設計10kv高壓軟起動裝置的時候采用5只晶閘管串聯(lián)組成高壓閥組。

　?。?）單相6kv高壓晶閘管功率閥組所示。scr1～scr6為大功率高壓晶閘管，它們每三個串聯(lián)后再反并聯(lián)組成單相功率串聯(lián)閥組，以實現軟起動器對交流電機的控制。這6只晶閘管選用同一廠家、同一型號、同一生產批次的產品，以減小其在生產過程中由于生產工藝的不同而產生的自身特性諸如伏安特性、反向恢復電荷、開關時間和臨界電壓上升率等的差異，影響均壓。r1、r2、r3為靜態(tài)均壓電阻，用以實現晶閘管的靜態(tài)均壓。靜態(tài)均壓電阻選用無感電阻，阻值為晶閘管阻斷狀態(tài)等效阻值的1/40，且功率留有足夠大的余量。r4、r5、r6和c1、c2、c3共同組成動態(tài)均壓網絡，用以實現動態(tài)均壓。通過選擇，各電阻和電容的參數誤差應非常小，電容的取值根據晶閘管的最大反向恢復電荷和最小反向恢復電荷的差值計算求得。均壓過程主要是由電容c完成的。串聯(lián)的各只晶閘管開關速度不會完全一致，而會稍有差別。電容c上的電壓在靜態(tài)情況下數值相同，在開關過程中，由于電容上的電壓不能突變，加在各只晶閘管上的壓降不會發(fā)生跳變。由于開關過程中各只晶閘管中電流不一致所造成的影響由電容c的充放電補償。

　?。?）接口單元設計。單元包括電壓傳感器接口、電流傳感器接口、光纖傳送接口、故障檢測接口及人機交互接口等。其中電壓信號采用高阻降壓方式，并考慮到系統(tǒng)兼容性，將電路設計成3kv、6kv、10kv通用，以方便產品生產。電流傳感器采用標準x/5電流互感器加高精度電流霍爾的形式，將信號進行相應處理后送到cpu進行運算。高壓與低壓間的信號傳送采用光纖傳輸，既保證信號的實時性及可靠性傳輸，又起動高低壓隔離作用。信號經過接口電路編碼后通過光纖傳送至觸發(fā)單元，觸發(fā)單元將信號解碼并經過相應處理后用以觸發(fā)晶閘管。觸發(fā)單元的供電采用高位、低位相結合，每只晶閘管的觸發(fā)電源各自獨立。人機接口采用貼膜式軟鍵和液晶顯示屏。液晶顯示屏為4行8列，設計成4級菜單管理模式，可預設中文及英文顯示。

　　四、軟件設計系統(tǒng)實驗

　　軟件設計是系統(tǒng)控制的核心，直接關系到系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。為了適應各種不同負載的應用，軟件設計上設計了多種不同的起動曲線，包括電壓斜坡起動、限流起動、突跳起動及軟停車曲線等。同時設計完善的保護功能，包括短路保護、過流保護、過壓、欠壓保護、晶閘管過熱保護等。電機的參數及各種保護參數可由用戶根據現場應用情況自行設定。

　　系統(tǒng)設計完成后，用6kv/1000kw電機進行了帶載起動實驗。電機額定電壓6kv，額定電流112a，額定轉速1480r/min.起動電流單相波，起動電流平穩(wěn)無沖擊，峰值起動電流為額定電流的2.6倍左右，起動時間22s，電網電壓無明顯波動，達到了良好的起動效果。

　　本系統(tǒng)以晶閘管串聯(lián)閥組為主功率執(zhí)行器件，通過交流調壓來實現電動機的軟起動。系統(tǒng)有控制靈活，操作簡單，起動平穩(wěn)，運行可靠等特點，可有效緩解電機起動過程中對電網及負載的沖擊，保護電機安全起動和運行。

　　本系統(tǒng)以晶閘管串聯(lián)閥組為主功率執(zhí)行器件，通過交流調壓來實現電動機的軟起動。系統(tǒng)有控制靈活，操作簡單，起動平穩(wěn)，運行可靠等特點，可有效緩解電機起動過程中對電網及負載的沖擊，保護電機安全起動和運行。