采用分级交-交变频方法的高转矩软起动器的研制
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:306
摘要：介绍了一种采用分级交-交变频方法的交流电机软起动器的原理和实现，它能使电机以高起动转矩和小的起动电流平滑地起动。并将实际效果与传统的电子式软起动器进行了比较，证明采用分级交-交变频方法的软起动器，不仅可以减小起动电流，提高起动转矩，还可以实现真正的软停车及使电机短时工作在低速运行和反转制动状态。
关键词：软起动器；高起动转矩；分级交-交变频；晶闸管
引言
交流异步电动机以其构造简单、极高的运行可靠性、极强的环境适应能力和优异的拖动性能而在国民经济的各个领域获得了广泛的应用，但其致命缺点是起动冲击大，会对电网及设备造成不利影响。为了解决起动问题，人们长期以来采用了多种方法，诸如星/三角转换起动，自耦变压器降压起动，饱和电抗器和开关变压器降压起动，以及水电阻降压起动等方法。到上世纪70年代，开始采用晶闸管移相触发降压软起动，即目前市售的电子式软起动器。到目前为止，所有的软起动设备都是采用降低起动电压的方法来起动电动机的，由于电动机的电磁转矩与其绕组所加电压的平方成正比，当定子电压降低时，其电磁转矩会降低很多，所以，降压起动只适合空载起动或轻载起动，一般起动转矩应小于额定转矩的50％左右。对于需重载起动的电机，如球磨机、粉碎机、矿井起重机等，则并不适用。另外，由于普通软起动器降压而不降频，在起动过程中由于大的转差率的存在，不可避免地会出现大的起动电流，因而大大地限制了软起动器的使用范围。
上世纪80年代发展起来的变频调速技术，即可控制电机调速运行，亦可完美地解决软起动问题。但由于其价格昂贵，对于不需要调速，仅仅为了解决软起动问题而使用变频器，是非常不经济的，也是一般的工业企业所无法接受的。
1 正弦波分频的奥秘
为了提高电子式软起动器的起动转矩，降低起动电流，采用了分级交-交变频的方法，利用原软起动器的硬件结构，通过巧妙地控制三相晶闸管的触发顺序，在改变电压的同时也改变交流电的频率，实现了高转矩的v/f控制软起动。频率分级提升，由f/13→f/7→f/4→f/3→f/2→f（50hz）→并网运行。实现了真正的平滑升频软起动，并且提高了起动转矩，减小了起动电流，更适合于需重载起动的负载。
要将三相正弦交流电进行交-交变频，只能实现1/n分频，如f/2、f/3......f/n。方法是通过晶闸管控制交流电的通断，将n周期的交流电合并为一个周期，其正半周时只让正向半波导通，负半周时则让反向半波导通。图2为25hz和10hz时的一相电压波形图[2]。
由于频率降低了，周期增大了。原来50hz正弦波半个周期的时间为10ms，相位角为180°，在分频后的新的频率（周期）中，原半周期的相位角仅为180°/n。如二分频时为90°，三分频时为60°，五分频时为36°。表1为1～20分频时相应的波形参数。
表1 分级交-交变频参数表
分频数 | 频率/hz | 周期/ms | 半波相位角 | 初相角 | 相位平衡 | 幅度平衡 | ||||
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摘要：介绍了一种采用分级交-交变频方法的交流电机软起动器的原理和实现，它能使电机以高起动转矩和小的起动电流平滑地起动。并将实际效果与传统的电子式软起动器进行了比较，证明采用分级交-交变频方法的软起动器，不仅可以减小起动电流，提高起动转矩，还可以实现真正的软停车及使电机短时工作在低速运行和反转制动状态。 关键词：软起动器；高起动转矩；分级交-交变频；晶闸管 引言 交流异步电动机以其构造简单、极高的运行可靠性、极强的环境适应能力和优异的拖动性能而在国民经济的各个领域获得了广泛的应用，但其致命缺点是起动冲击大，会对电网及设备造成不利影响。为了解决起动问题，人们长期以来采用了多种方法，诸如星/三角转换起动，自耦变压器降压起动，饱和电抗器和开关变压器降压起动，以及水电阻降压起动等方法。到上世纪70年代，开始采用晶闸管移相触发降压软起动，即目前市售的电子式软起动器。到目前为止，所有的软起动设备都是采用降低起动电压的方法来起动电动机的，由于电动机的电磁转矩与其绕组所加电压的平方成正比，当定子电压降低时，其电磁转矩会降低很多，所以，降压起动只适合空载起动或轻载起动，一般起动转矩应小于额定转矩的50％左右。对于需重载起动的电机，如球磨机、粉碎机、矿井起重机等，则并不适用。另外，由于普通软起动器降压而不降频，在起动过程中由于大的转差率的存在，不可避免地会出现大的起动电流，因而大大地限制了软起动器的使用范围。 上世纪80年代发展起来的变频调速技术，即可控制电机调速运行，亦可完美地解决软起动问题。但由于其价格昂贵，对于不需要调速，仅仅为了解决软起动问题而使用变频器，是非常不经济的，也是一般的工业企业所无法接受的。 1 正弦波分频的奥秘 为了提高电子式软起动器的起动转矩，降低起动电流，采用了分级交-交变频的方法，利用原软起动器的硬件结构，通过巧妙地控制三相晶闸管的触发顺序，在改变电压的同时也改变交流电的频率，实现了高转矩的v/f控制软起动。频率分级提升，由f/13→f/7→f/4→f/3→f/2→f（50hz）→并网运行。实现了真正的平滑升频软起动，并且提高了起动转矩，减小了起动电流，更适合于需重载起动的负载。 要将三相正弦交流电进行交-交变频，只能实现1/n分频，如f/2、f/3......f/n。方法是通过晶闸管控制交流电的通断，将n周期的交流电合并为一个周期，其正半周时只让正向半波导通，负半周时则让反向半波导通。图2为25hz和10hz时的一相电压波形图[2]。 由于频率降低了，周期增大了。原来50hz正弦波半个周期的时间为10ms，相位角为180°，在分频后的新的频率（周期）中，原半周期的相位角仅为180°/n。如二分频时为90°，三分频时为60°，五分频时为36°。表1为1～20分频时相应的波形参数。 表1 分级交-交变频参数表
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