三相异步电动机晶闸管软启动技术

科技论坛民营科技2014年第1O期三相异步电动机晶闸管软启动技术杨勇(吉林电子信息职业技术学院机电工程学院，吉林吉林132021)摘要：对三相异步电动机传统的启动方式做了介绍，对晶闸管软启动技术的发展过程做了阐述，并深入分析了晶闸管软启动技术的控制原理，说明了晶闸管软启动技术的实用性和经济性。关键词：三相异步电动机；晶闸管软启动；应用据有关部门统计，我国每年生产的电能大约有60％转化为机械能，其中耗能最多的就是三相异步电动机。三相异步电机因其结构简单、成本低廉、运行维护方便和机械特性能满足大多数机械的要求而成为工业、农业和交通运输业等行业的重要设备。近年来，随着经济的发展，许多行业的生产规模越来越大，使用三相异步电动机的数目也越来越多，单机容量越来越大，于是三相异步电动机的起动问题越来越引起人们的注意。当三相异步电动机直接起动时，往往会产生高于额定电流4—7倍的起动电流，特别是对于大功率电动机，该起动电流会严重冲击电网，降低电网的供电质量，并影响其他设备的正常运行，同时起动转矩也很大，造成的机械冲击会降低电动机本身及其拖动设备的使用寿命。另外，为了配合较大的起动电流，在配备电力变压器时，要求充分的储备容量，这将会给电力网带来极大的电能浪费。1三相异步电动机传统启动方式随着工业的进一步发展，对三相异步电动机的起动性能有了更高的要求，为了解决三相异步电动机直接起动所带来的各种问题，人们采用了各种降压起动技术。比较传统和应用较普遍的方法有：定子回路串电阻或电抗器起动、自耦变压器降压起动和Y／△转换起动等。这些起动方式降低了加在三相异步电动机定子绕组上的电压，起到了一定的限流作用，但仍存在着以下问题：1)定子回路串电阻或电抗器起动：起动时能量损耗比较多，不被广泛采用。2)自耦变压器降压起动：起动不平滑，属于有级起动(二次绕组一般有三种抽头选择)。3)Y／△转换起动：只适用于正常工作状态为△接三相异步电动机(起动时Y接)。该起动方式也属于有级起动。2晶闸管软启动技术的发展近年来，随着电力电子技术、半导体技术及计算机技术的发展，采用晶闸管为主电路元件，单片机为控制核心的智能化软起动器成为可能。美国宇航局工程师NOLA于1977年发表的功率因数控制器PFC(PowerFactorController)中提到：通过调节三相异步电动机定子的端电压，使电动机的功率因数保持在一理想值，可以减少电动机轻载运行时的损耗，提高电动机的运行效率。基于NOLA建立的理论，晶闸管交流调压技术开始应用于三相异步电动机软起动领域，而国内对于该领域的研究相对于国外要晚一些，始于20世纪80年代，在理论研究和实际应用装置的开发方面相对于国外均有一定的滞后。三相异步电动机软起动是指电动机在起动过程中，软起动装置输出电压按一定规律上升，被控电动机电压由起始电压平滑地上升到全电压。其转速随控制电压变化而发生相应的软性变化，即由零平滑地加速到额定转速的全过程。在研究的初期，专家学者主要针对晶闸管软起动控制的三相异步电动机物理模型，建立其状态方程，通过数值法进行求解。还有人通过简化参数，建立软起动系统的等值电路来分析系统的动态特性。由于软起动在工农业中应用越来越广泛，对于它的研究也由最初的理论分析过渡到实际应用的研究。为了实现三相异步电动机软起动系统良好的动态特性并能够实现一定程度的起动节能和轻载节能，许多关于软起动系统控制策略的研究不断展开。三相异步电动机的起动转矩Ma与所加在其定子电压u的平方有关，换句话说，只要降低电动机接线端子上的电压就会影响这些值(如下图)。应用设备开发的研究方向主要集中在两个方面：控制策略和控制方式。在控制策略中，由开始的PID控制过渡到更为适合于非线性系统的自适应模糊控制、神经网络控制等，无论在哪种控制策略下，均可以针对不同的三相异步电机负载选择不同的控制目标。在诸多方法中，主要应用的控制目标有起动电流、机端电压、功率因数、输入功率等。同样，针对不同的三相异步电机负载和不同情况，出现了多种起动方式，如斜坡电压起动、恒流起动、斜坡电流起动、电流突跳起动等。用软起动器控制三相异步电动机的起动，不但能够实现在起动过程中无冲击地平滑起动，而且可根据电动机负载特性来调整其起动过程中的各种参数。同时也可以实现软停车功能。降低三相异步电动机接线端子上电压时起动转矩Ma和电流Ia的特性通过上图可见，MaocU，Mao~U。在三相异步电动机起动时应用软起动技术，通过对晶闸管的相位控制，使电动机接线端子上的电压从预先可灵活整定的气动值上升到电网电压，从而使起动电流以及初始转矩能够最佳地与传动装置实际需要相适应。3晶闸管软启动器应用现状软启动器(SoftStarter)是一种集电机软起动、软停车等多种保护功能于一体的电机控制装置。其主要构成是串接于电源与被控电机之间的三