[发明专利]异步起动永磁同步电机的软起动器

说明书

技术领域

本发明涉及电机启动技术领域，特别是涉及一种能够对异步起动永磁同步电机起动时电流进行控制，能够自动降低起动电流的软起动电路装置。

背景技术

在工农业生产和日常生活中，三相感应电动机得到了广泛的应用。三相感应电动机的主要特点是：①结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠；②转速与电源频率之间没有严格的固定关系，转速随负载变化，但变化范围不大；③从电网吸收滞后的无功功率，功率因数总是滞后的；④效率和功率因数随负载变化大，轻载时，效率和功率因数低，经济运行范围不宽。 

在1960年到1975年期间，世界上主要国家在设计电动机时，优先考虑降低成本，在满足性能要求的前提下，使有效材料用量最少，效率保持在能满足电动机温升要求的水平上。20世纪70年代出现了两次世界性能源危机，使发达国家认识到节约能源的重要性。美国在20世纪80年代制定了高效电机能效标准，能够达到该标准的电机即为高效电机，用户购买这种高效电机时可得到补贴，补贴数额为每马力10到20美元，正好是高效电机与普通电机的差价。这一政策促进了高效电机的生产和推广，到1990年，在美国销售的中小型电机中，已有20％到30％达到了该能效标准的要求。 　　进入20世纪90年代，环境问题又成为困扰世界经济可持续发展的问题，现代工业的发展依赖于大量的能源消耗，所带来的环境污染降低了人们的生活品质，继续以加大能源消耗为代价发展经济是不可取的，但简单地限制能源的用量也不现实。解决这一问题的主要途径是提高能源利用率。美国国会于1992年10月24日通过的《能源政策法案》（即EPACT）规定：1997年10月24日后只允许生产高效电动机，2002年10月10日后生产更高效的电动机，2007年10月后生产技术上达到极限、经济上可行的最高效率电动机。欧洲的CEMEP-EU协议、加拿大的能源法EEACT、墨西哥的 NOM-016-ENER-2003标准、澳大利亚的MEPS计划等，都对电动机的效率水平进行了严格规定。我国在这方面起步较晚，制定的相当于美国超高效率水平的电动机能效标准在“十一五”期间才逐步实施。       尽管高效电机的制造成本增加，价格有较大幅度提高，但对于长期运行的场合，高效电机能为用户节约更多的电费，且电机发热少、寿命长，使电机在寿命周期内的总成本下降。为此，发达国家的电机生产厂商纷纷推出自己的高效电机。 　　异步起动永磁同步电动机就是一种高效电机，异步起动永磁同步电动机就是在鼠笼式电动机的转子铁心内放置永磁体，依靠笼型转子绕组产生的异步转矩实现起动，正常运转时，由转子永磁磁极与定子绕组产生的旋转磁场相互作用，产生恒定转矩，电动机的转速为同步转速，此时转子笼型绕组不再起作用。与鼠笼式电动机相比，异步起动永磁同步电动机的突出优点是高效率、高功率因数和宽的经济运行范围，且永磁同步电动机的效率随负载变化较小，极具竞争力和应用前景。     目前在鼠笼式异步电动机软起动方面国内外研究技术比较成熟,决大多数采用三组反并联可控硅,利用微处理器结合电流互感器、触发电路、同步信号采集电路、A/D转换电路等控制电路实现电机软起动，并在工农业生产中得到了广泛应用，从70年代开始，利用晶闸管交流调压技术研制的软起动器开始得到应用，后来美国宇航局的工程师诺瓦又把功率因数控制技术结合进去，并采用微电脑代替原来的模拟控制电路，逐渐发展成为现在的智能化电动机节能控制器。目前，世界上生产软起动器的公司有许多家，例如：90年代初期，美国Allen-Bradley公司推出的一系列智能控制器（SMC-Smart Motor Controller）；GE公司生产的软起动器的最大功率为850KW，额定电压为500V，额定电流为1.18KA，最大起动电流为5.9KA；欧洲，德国的金钟默勒公司的Softpact系列起动器销售的较好；意大利SIEI公司生产的软起动器的额定电压达到690V，额定电流达到1.6KA。     虽然异步起动永磁同步电动机具有较高的功率因数和效率,又具有异步起动的能力，但在起动过程中会受到诸如异步转矩、发电机制动转矩、磁阻负序转矩等多个转矩的合成作用,使得该种电动机的起动过程同感应电机相比更为复杂，由于异步起动永磁同步电动机具有异步起动能力，但也存在诸如异步电动机起动电流大等问题，会对电网和机械设备造成较大冲击，因此，在很多应用场合限制了该种电机的应用，为了降低起动电流，提高永磁同步电机的应用范围，本发明旨在设计一种价格低廉且适用于异步起动永磁同步电动机的新型软起动控制器。     对于大功率异步起动永磁同步电动机的起动目前主要采用变频调速方法，控制电机起动转速，从而降低起动电流，减小电机起动时对电网和电气设备的冲击。对于中小型异步起动永磁同步电动机采用变频调速虽然可以实现电机软起动，但是目前变频器的价格昂贵。而鼠笼式异步电动机可采用可控硅降压法实现软起动成本较低，这样异步起动永磁同步电动机采用变频器起动与鼠笼式异步电动机采用晶闸管调压实现软起动相比在市场竞争方面没有明显优势。