[实用新型]一种高性能电机软起动器

说明书

技术领域

本实用新型属于电机启动控制技术领域，尤其是涉及一种高性能电机软起动器。

背景技术

现代企业生产中，各种设备的动力主要依靠电机提供。用户越来越多的关注电机控制设备的性能。对电机的控制主要包括电机的启动、调速和制动三个方面。由于异步电动机具有结构简单、体积小、价格低廉、可靠性高、维修方便、运行效率较高、工作特性较好等优点，在各种生产机械上作为动力源得到了非常广泛的应用。据国家统计，电机系统2009年消耗了全国发电量的60％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启动过程。异步电动机的启动性能最重要的是启动转矩和启动电流。电机在启动过程中，降低启动电流，增大启动转矩，成为机电行业探讨的重要课题[2]。三相异步电机启动开始时反电势为零，冲击电流很大。当电机容量较大时，直接启动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定，严重时甚至危害电网的安全运行。另外，启动电流中含有大量的高次谐波，会在电网中引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。启动大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。全压直接启动时的启动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。

用接触器或者刀开关把电机的定子绕组直接接到电网上是目前最常见的直接启动方式。这种方式的优点是启动设备简单，缺点是启动电流很大。目前采用自耦变压器启动、串电阻或串电抗启动、星三角启动和延边三角形启动等降压方法解决直接启动带来的各种问题，在很大程度上缓解了大容量电机在相对较小容量电网上启动时的矛盾，但这些方法只能缩小大电流冲击的时间，并没有从本质上解决问题。以上各种降压启动方法存在着适应负载能力差、启动电流不连续、维修工作量大以及浪费能源等问题。随着工业生产要求的日益提高，普通降压启动方式已经无法解决以上问题。因此，如何在获得较大启动转矩的同时又可以把启动电流限制在一个较小的范围内成为亟待解决的问题。近年来，随着电力电子技术的发展，无触点开关和电流连续调节技术已日臻成熟。电力半导体开关器件与传统有触点开关相比，具有无磨损、寿命长、功耗小的优势。随着现代控制理论与电力电子技术的发展，为电机的平稳启动提供了全新的思路，产生了电机软起动技术，软起动技术具有传统启动方法无法比拟的优势。

电机软起动器控制的基本原理是釆用交流调压技术，通过控制晶闹管导通来实现斩波降压，限值电机起动电流。其控制方法有多种，如限流起动、电压斜坡起动、转矩控制起动以及突跳起动等。限流起动控制方式是指在电机起动过程中，电机的起动电流不超过期望值。限流起动方式的控制原理是以电流作闭环控制信号，通过控制算法如闭环、模糊控制等对釆样电流进行运算处理，输出控制信号触发晶闹管，使电机起动电流限定的期望值范围内。随着电机转速的上升，在保证电机起动电流限定在期望值范围内的情况下，逐渐增大电机定子两端电压。当电机转速升高至额定值时，全部电压加在电机两端，起动结束。这种控制起动方式能保证起动电流限定在期望值以下，但电机起动转矩较小，有可能造成电机堵转，适应于风机，菜类等负载。

电压斜坡起动方式的控制过程是指在电机起动过程中，输出电压值瞬间达到起始电压，然后电压按照设定的斜率平缓上升，最后达到额定电压值。电压斜坡起动属于开环方式，不需要反馈信号。起始电压值和起动时间通过按键输入方式设定，系统计算出电压上升斜率，线性减小晶闹管导通角，使电机定子两端电压线性增大，直到电机起动完成。电压斜坡起动方式效果与参数和的设定有很大关系。当设定的初始电压较大，时间较小时，可能导致电机起动电流过大；但如果初始电压设定较小，时间较大时，电机起动转矩较小，可能导致电机堵转。

转矩起动的控制原理是以电机转矩作为闭环反馈信号，通过控制输出电机两端电压，使电机的起动转矩线性增大至电机额定转矩。这种控制方式具有起动平滑、柔性好，减小转矩突变对整个拖动系统的冲击，适应于重载起动。但其缺点是电机起动时间比较长。