異步電機(jī)重載軟啟動(dòng)技術(shù)研究

李明

摘?要：異步電機(jī)因自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便以及運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)決定了其在各個(gè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。電機(jī)軟啟動(dòng)器是異步電機(jī)重要部分，可以通過(guò)其來(lái)對(duì)輸出電壓數(shù)值進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低對(duì)電機(jī)啟動(dòng)電流的沖擊。其中，為解決電壓降低導(dǎo)致的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小而電機(jī)重載啟動(dòng)失敗問(wèn)題，應(yīng)針對(duì)異步電機(jī)重載軟啟動(dòng)技術(shù)做更進(jìn)一步的研究。

關(guān)鍵詞：異步電機(jī);軟啟動(dòng);重載

相比傳統(tǒng)的直接啟動(dòng)方式，軟啟動(dòng)可以促使電機(jī)在比較小的電流下啟動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)提升，降低了啟動(dòng)過(guò)程中電流對(duì)電網(wǎng)以及電機(jī)本身造成的影響。但是啟動(dòng)電壓降低的同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也會(huì)減小，而造成電機(jī)帶重載啟動(dòng)失敗，為解決此問(wèn)題還需要就軟啟動(dòng)基本原理分析重載軟啟動(dòng)控制技術(shù)，提高電機(jī)啟動(dòng)可靠性，排除各方面存在的隱患。

一、軟啟動(dòng)作業(yè)原理

比較常見(jiàn)的軟啟動(dòng)器如電子式、自動(dòng)液體電阻式以及磁控式等，且以晶閘管應(yīng)用最為廣泛。以晶閘管軟啟動(dòng)為對(duì)象進(jìn)行分析，其主回路分為三對(duì)反并聯(lián)晶閘管，在異步電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由控制電路來(lái)調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角，促使定子繞組端電壓從初值逐漸上升到全電壓。以小電流為支持，就可達(dá)到電機(jī)平穩(wěn)提速的效果，直到達(dá)到額定轉(zhuǎn)速為止。其中，電機(jī)定子繞組所輸入的電壓會(huì)直接通過(guò)三相交流電壓電路的觸發(fā)脈沖家哦來(lái)控制，因此在改變觸發(fā)角變化規(guī)律的情況下，便可實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)方式的改變，使得電機(jī)可以采取不同啟動(dòng)特性來(lái)適應(yīng)各種工況要求，滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

二、異步電機(jī)軟啟動(dòng)分析

異步電機(jī)啟動(dòng)方式較多，雖然具有減壓?jiǎn)?dòng)效果，但同時(shí)在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生二次沖擊電流。與傳統(tǒng)減壓?jiǎn)?dòng)方式相比，軟啟動(dòng)具有更大優(yōu)勢(shì)，主要可體現(xiàn)在三個(gè)方面：①無(wú)沖擊電流。對(duì)于異步電機(jī)的軟啟動(dòng)過(guò)程，會(huì)存在晶閘管導(dǎo)通角持續(xù)增大情況，并且啟動(dòng)電流逐漸由零線性升高到設(shè)定值。②恒流啟動(dòng)。軟啟動(dòng)控制器可實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制，這樣電機(jī)啟動(dòng)時(shí)就可以保證啟動(dòng)電流的平穩(wěn)性，將電機(jī)啟動(dòng)維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。③啟動(dòng)電流控制。結(jié)合電網(wǎng)繼電保護(hù)特點(diǎn)以及負(fù)載狀態(tài)，來(lái)調(diào)整啟動(dòng)電流達(dá)到最佳狀態(tài)。

三、異步電機(jī)軟啟動(dòng)控制技術(shù)

（一）重載軟啟動(dòng)

雖然相比傳統(tǒng)直接啟動(dòng)方式軟啟動(dòng)具有更大優(yōu)勢(shì)，但是在控制初期依然存在輸出控制轉(zhuǎn)矩不夠而無(wú)法重載或滿載啟動(dòng)的缺陷。基于三相異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，其中忽略掉諧波、磁飽、電機(jī)鐵損的影響，確定電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩Te為：

Te=3npU2Ar′A2/S2πf[（rA1+r′A2/S）2+（xA1σ+x′A2σ）2]

其中，rA1、r′A2表示定子電阻及轉(zhuǎn)子等效到定子側(cè)電阻，單位Ω;xA1σ、x′A2σ表示定子漏感及轉(zhuǎn)子等效到定子側(cè)漏感，單位H;表示勵(lì)磁損耗電阻（Ω）與勵(lì)磁電感（H）;表示異步電機(jī)電壓（V）與供電頻率（Hz）;s表示電機(jī)轉(zhuǎn)差率[1]。

電機(jī)轉(zhuǎn)矩與定子端所獲電壓平方近似正比，啟動(dòng)頻率為電網(wǎng)供電頻率保持穩(wěn)定。但是在電機(jī)實(shí)際降壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程中，啟動(dòng)電流被限制的同時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也大幅度降低，因此無(wú)法帶重載或滿載啟動(dòng)。想要改變此缺陷，無(wú)法對(duì)電機(jī)既定的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并且為限制啟動(dòng)電流電壓必須滿足逐漸增大的規(guī)律，因此無(wú)法通過(guò)調(diào)整電壓的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)重載啟動(dòng)。根據(jù)上述公式，僅能夠通過(guò)調(diào)整頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)重載啟動(dòng)。一方面可應(yīng)用變頻器促使頻率的改變，但是適應(yīng)性較低，尤其調(diào)速不頻繁的工況此種方法不合適。另一便是應(yīng)用晶閘管軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)變頻，促使電機(jī)實(shí)現(xiàn)帶重載啟動(dòng)，降壓的同時(shí)促使頻率變化，在滿足電流限制的條件下提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

（二）重載軟啟動(dòng)控制技術(shù)

1.最低離散頻率

實(shí)際操作中應(yīng)利用三相工頻電壓各半波以及每項(xiàng)控制來(lái)確定離散頻率，同時(shí)確保所選離散頻率合適，避免過(guò)低而影響下一個(gè)獲得頻率的時(shí)間，導(dǎo)致控制程序更加復(fù)雜，影響電機(jī)的正常啟動(dòng)。電機(jī)軟啟動(dòng)本身轉(zhuǎn)矩大且電流小，以此來(lái)滿足重載或滿載啟動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得滿足效果的頻率。即在電機(jī)啟動(dòng)電壓較小的情況下，具有最大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)電壓小相應(yīng)的啟動(dòng)電流也小，低頻率足以滿足大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)要求。一般可采取仿真與試驗(yàn)的方式，對(duì)電機(jī)銘牌、電機(jī)相關(guān)參數(shù)等進(jìn)行確定，通過(guò)仿真和試驗(yàn)結(jié)果的比較，確定滿足要求的最低離散頻率。

2.離散頻率切換

對(duì)于離散頻率的切換，必須要保證不會(huì)對(duì)曲線正選連續(xù)性造成影響，同時(shí)還應(yīng)滿足離散頻率波正負(fù)半軸交替交換的要求。在實(shí)際切換中，務(wù)必要控制離散頻率轉(zhuǎn)矩過(guò)渡的穩(wěn)定性，以免出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩振蕩問(wèn)題。基于此可判斷正周期或半周期為離散頻率切換的最佳條件，在確定最低頻率的前提下，對(duì)下一切換頻率初始工頻周期進(jìn)行提升，確保條制正弦時(shí)不會(huì)造成轉(zhuǎn)矩跌落。并且，離散頻率切換前需要更改離散頻率結(jié)束時(shí)間，以此來(lái)維持轉(zhuǎn)矩的平穩(wěn)過(guò)渡。

四、結(jié)語(yǔ)

相比降壓?jiǎn)?dòng)方式，軟啟動(dòng)可以更加滿足電機(jī)啟動(dòng)要求，而想要滿足重載軟啟動(dòng)要求，就需要就軟啟動(dòng)過(guò)程中電壓與轉(zhuǎn)矩條件進(jìn)行分析，做好控制技術(shù)的研究，通過(guò)合理控制離散頻率，保證電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到要求。

參考文獻(xiàn)：

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