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异步电动机软起动技术 概述 1.1 课题研究目的和意义 电机是现代工农业生产和交通运输的重要设备，与电机配套的控制设备的性能己经成为用户关注的焦点。电机的控制包括电机的起动、调速和制动。异步电动机由于具有结构简单、体积小、价格低廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，因而在电力拖动平台上等到了广泛应用。据统计，其耗电量约占全国发电量的40%左右。当电机并入电网时，电机转速从静止加速到额定转速的过程称为电机的起动过程。异步电动机的起动性能最重要的是起动电流和起动转矩。因此在电机的起动过程中，如何降低起动电流，增大起动转矩，一直是机电行业的专家们探讨的重要课题。 三相异步电机是一种反电势负载，即以反电势来平衡外加电压。电机在起动开始时反电势为零，冲击电流很大。当电机容量较大时，冲击电流会对电网及其负载造成干扰，严重时甚至危害电网的安全运行；起动电流过大时，将使电机本身受到过大电磁力的冲击，频繁起动，绕组会过热。同时，由于起动应力较大，使得负载使用寿命降低。 目前最常见的是直接起动方式，就是用闸刀开关或者接触器把电机的定子绕组直接接到电网上。这种方式的优点是操作和起动设备简单，缺点是起动电流很大。一般鼠笼式异步电机直接起动的电流是额定电流的4-7倍，某些国产电机甚至可达8-12倍，起动转矩是额定转矩的l-2倍。按国家标准GB755- 65规定，三相感应电机的最大转矩至少不低于1.6倍的额定转矩，当电网电压降低15%时，，使接在同一电网的其它电机不致停转。因此，直接起动通常只限于起动时在电网中引起的电压降落不超过10%- 15%(对于经常起动的电机取10%，对于不经常起动的电机取15%)的场合。同时，直接起动方法的应用还受到电网容量的限制。若电网容量不够大，则电机的起动电流可能使得电网电压显著下降，影响接在同一电网的其它电机和电气设备的正常运行。 为了解决直接起动带来的一系列问题，人们采用了各种降压起动的技术，目前应用较为普遍的有自耦变压器起动、串电阻或串电抗起动、Y-△起动和延边三角形起动等方法。这些传统降压起动方法在很大程度上缓解了大容量电机在相对较小容量电网上起动时的矛盾，但它们只是缩短了大电流冲击的时间，并没有从本质上解决问题。而且这些起动设备还存在一些固有的缺点：如对负载的适应能力差、起动电流不连续、触点继电器控制、维修工作量大以及浪费能源等等问题。随着自动化、机械化要求日益提高，这些矛盾变得更加突出。 为了使电机能够迅速达到额定转速正常工作，要求电机具有足够大的起动转矩且起动电流不能太大。因此，总是希望在起动电流较小的情况下，能获得较大的起动转矩。近三十年来，随着电力电子技术的发展，使无电弧开关和连续调节电流成为可能。电力半导体器件的开关功能实际上无磨损、寿命长、功耗小，加之微机控制技术，现代控制理论与电力电子技术的紧密结合，为电机的起动节能提供了全新的思路。从而出现了电机软起动技术。软起动技术具有传统起动方法无法比拟的优势。 1.2 电机起动的现状 1.2.1传统的异步电机的主要起动方法 (1) 直接起动 直接起动，也就是全压起动，是一种最简单的起动方法。电动机直接全压起动时，过大的起动电流会在线路上产生较大的压降，使电网电压波动很大，影响并联在电网上的其它设备的正常运行，一般的要求是经常起动的电动机引起的电网电压变化不大于10％，偶尔起动的电动机引起的电网电压变化不大于15％。电动机起动时会产生短时的冲击电流，如果将这种短时间的冲击电流按周期函数分解，它将包含短时间的谐波电流，称为短时间的谐波电流或快速变化谐波电流。 我们知道，用电负荷中电动机所占比例最大，在电气动力中占90％，用电量占60％以上，数量如此巨大的电动机在起动时，都会产生短时间的谐波电流，使电网的谐波大量增加。电网谐波含量的增加，将导致电气设备寿命缩短，网损加大，系统发生谐波谐振的可能性增加。同时，还可能引起继电保护和自动装置误动，仪表指示和电度计量不准以及通信受干扰等一系列问题。 直接全压起动还会在高压开关分合时产生陡度很大的操作过电压，使定子绕组上电压分布不均匀，对其绝缘造成极大的伤害。许多电机的自身故障都是由于绝缘受到伤害而引起的。 综合考虑，在经济条件允许的情况下应尽量避免采用电动机的直接起动方式来保证电网的供电质量。 (2)定子回路串电抗器降压起动 串电抗器后，起动电流成比例降小，起动转矩则成平方关系地降小，因此电抗器阻值的选择必须依据电起动时阻力矩的情况，只有起动转矩大于阻力转矩时电机才能顺利起动，在大容量电动机的起动应用中受限制。串联电抗器起动为有级降压起动，在全压切换时转矩有跃变，会产生机械冲击。与直接全压起动相，操作过电压的几率会小些。但由于高频振荡的随机性，大幅值的操作过电压还是有可能出现的。 (