参考文献综述
学校代码:6155
学 号:0707091105
HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING
文献综述
题 目 __高功率因数异步电动机
软启动器设计__
学生姓名
专业班级 电气工程及其自动化2班
学 号 0707091105
系 (部) 电气信息工程系
指导教师(职称) 郭会平(讲师)
完成时间 2011年 3 月 2日
高功率因数异步电动机软启动器设计综述
摘 要:异步电动机软启动器的设计,是一项重要的研究课题。本文以分级变频理论为基础,利用数学分析的方法对分级变频的子频率系统进行了深入的研究,总结了各级子频率系统的电压相序情况以及最优的触发角度。并且对传统异步电动机软起动器的主电路结构进行了改进,提出了从较低频率开始分五级起动的分级变频调压软起动形式,而且各级子频率的起动都能实现最优的正序电压组合,保证了起动转矩的最大化。通过对分级变频调压软起动形式的建模和仿真试验,证明了此方法可以在降低起动电流的同时实现异步电机的高转矩起动,验证了此方法的有效性和可行性。基于以上研究的成果,本文介绍了以AT89S52芯片为核心的软起动软硬件设计方法。最后对本课题的进一步研究提出了展望。
关键词:分级变频/软启动/异步电机/晶闸管触发
作为传动机械电动机广泛应用于发电厂、煤矿、海军舰艇等工业生产与国防领域中。直流电动机及其调速在过去一直占统治地位,但由于本身结构原因,例如换向器的机械强度不高,电刷易于磨损等,远远不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。而交流电动机,特别是三相鼠笼式异步电动机,由于其结构简单、制造方便、价格低廉,而且坚固耐用,惯量小,运行可靠等优势,在工业生产中得到了极广泛的应用,也正在发挥着越来越重要的作用。但是三相异步电动机起动时将产生很大的起动电流,一般笼型转子电机的起动电流大约为电机额定电流的4~7倍,过大的电流会造成电动机发热以致会加速电动机的绝缘老化,大大降低电动机的使用寿命,而且导致大量的能量被消耗。在大电流的冲击下,会给电机和电网带来不良影响,给生产生活带来不必要的麻烦。因此在起动过程中,如何降低起动电流,增大起动转矩,一直都是国内外机电行业专家们探讨的重要课题。[1]
三相异步电动机的起动电流的限制,常采用转子串接频敏变阻器起动、转子串电阻分级起动定子串接电抗器起动、星—三角起动法、自耦降压起动法、延边三角形起动法、串接饱和电抗器起动法等[2]。这类起动设备虽然部分缓解了大容量电机在较小容量电网上起动时的矛盾,但是它们只是相对减小了大电流的冲击并未在本质上解决问题。 [3]
随着电力电子技术尤其是集成电路、微处理器以及新一代电力电子器件的不断发展,到20世纪70年代开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软起动器,以及采用微控制器代替模拟控制电路,并发展成为现代的电子软起动器。电子软起动器采用使定子电压逐渐增大至额定电压的方法,使交流异步电机平滑起动,减少交流异步电机的起动电流,降低起动时对电网的冲击。由于三相交流异步电机的电磁转矩与定子电压的平方成正比,当定子电压降低时,电磁转矩就会降低很多,而电子软起动器是采用降压起动,降压并不降频,所以利用传统电子软起动器起动三相交流异步电机时,电磁转矩很小。电磁转矩小的特点限制了电子软起动器的应用范围。[4]
为解决电动机起动时电磁转矩小这一问题,我们提出了分级变频的启动方法。分级变频就是使软起动器能像变频器一样实现变频,在电机起动过程中,使电压频率从一个比较小初值分级逐步增大至50Hz,从而提高低电压时的转矩。虽然分级变频的后半部分是和传统的软起动方法一样的,但是它改善了软起动器控制低速运行的电机的能力,使电机在低速运行时,电流较小,转矩较大,所以采用分级变频的软起动控制器可以使带额定负载起动的电机实现软起动。
文献[5] 介绍了一种基 于 8 XC1 9 6 MC单片机的电机软起动器 ,对其 电路结构及工作原理进行 了分 析。主电路选 用德 国 S e m i k r o n 晶闸管模块。 整机成本低廉, 性能良好 , 实现了多 种方式起动 . 并可以消除三相不均衡 问题。 该软起动器具有起动平滑, 安全可靠, 操作简单, 性能价格比高等优点。
文献[6] 设计了软起动器的主回路电路,通过控制双向反并联晶l司管的触发角调节电动机的输入电压,降低起动电流,实现平缓起动。提出利用电流同步信号控制方法,使起动更加稳定。该起动器能够很好地控制电动机的起动,并且
参数调整灵活、抗干扰能力强及稳定性好。
文献[7]介绍了电动机分级交交变频的启动方法。异步电机在额定电压下直接启动时,启动电流大、产生转矩小。采用分级交交变频方法启动,能够减缓甚至避免异步电机在额定电压下直接启动时,启动电流大、产生转矩小的问题,但同时产生比较大的转矩脉动。详细分析其原因,首次对分级变频控制策略进行优化,并把功率因数闭环控制引入分级变频控制中,把上述两种方法结合起来控制转矩。用Matlab建立相应仿真模型,仿真结果证实该方法能有效减小转矩脉动,获得比较理想转矩曲线,从而证实理论的正确性和方案的可行性。
文献[8] 介绍了一种以Mcs.51系列80c31八位单片机为核心的电动机软起动控制和保护系统.分析了该系统的工作原理、硬件配置与软件设计方法。该软起动控制系统具有起动平稳、电流超调量小的优点,解决了电机起动时电流冲击问题,减少了应力冲击,延长了电机使用寿命。
文献[9] 介绍了一种异步电动机软启动器。由于异步电动机启动电流大 ,频繁启动易造成电机损坏 ,采用单片机控制的软启动器可实现电机的限流、 限压。该异步电动机软启动器以单片机 MSP430F149为核心 ,通过软件设计实现电机的启动和保护 ,具有电路结构简单、 稳定性好的特点 ,尤其是具有极强的抗干扰能力 ,适合应用于工业环境下 ,应用前景广阔。
文献[10]作者通过多年来对软启动器的应用论述了电动机软启动器的几种运行和启动方式及其优缺点,同时给出通过调研的结果和在调研过程中的切身体会。
文献[11] 指出了近年来常用交流电动机几种启动方法存在的弊端,详细分析和研究了分级变频的原理与方法,设计了基于分级变频启动方法的软启动器。实验结果表明,该软启动器具有启动电流小,启动转矩大,控制效果好等特点。
文献[12] 针对电动机启动时冲击电流大、 功率因数低、 故障率高等问题 ,采用模糊控制与 P I D控制技术 ,设计了电动机启动控制系统。该控制算法不需要建立精确的数学模型 ,将该控制算法应用于电动机软启动控制系统表明:该控制器性能稳定可靠 ,对模型参数不依赖 ,具有较强鲁棒性。
文献[13] 主要介绍一种采用一个SFR-M11-3软启动器实现两台电动机的起动控制,将两台电动机分别起动的方法。当第一台电动机起动后,才能够对第二 台电动机进行启动。启动完成后,两台电动机互不干扰。并通过故障设置,达到技能训练的目的。整个控制过程由组态软件进行监控。
Literature[14] introducts that electric drive is an electromechanical system, which performs the conversion of electrical energy to mechanical energy or vice versa for running various processes such as: production plants, transportation of people or goods, home appliances, pumps, air compressors, computer disc drives, robots, music or image players, etc. To couple electrical motor with mechanical load, the mechanical drives are used. The basic types of mechanical drives are: geared transmission – provides specific fixed type ratios; belt drives - provide flexibility in the positioning of the motor; chain drives – provide infinitely variable speeds; traction drives – provides adjustable speed with relatively high speed.
Literature[15] introducts that control techniques for servo drive which run at variable speed for prolonged time is developed on the base of minimum energy dissipation in a feed-forward structure. The optimal control laws are determinate using the estimated values of the main perturbation - the load torque. Different aspects of the electromechanical motion efficiency are presented regarding the influence of the desired time of execution, the shape of trajectory and the last torque.
以上为公开发表的关于电动机软启动器的文章,这些文献从软启动器的结构和工作原理方面阐述了电机起动的控制原理,建立了仿真模型,给出了仿真结果,但是一般都没有制作实际的控制器,没有相应的实验数据或实验结果。另外,从这些公开发表的文献来看,在控制策略的研究方面,还不够深入,没有对各种控制策略的优劣进行比较,也没有采用先进的智能控制理论和控制算法对控制系统进行优化。因此,在异步电动机软启动器控制研究方面,还有许多的工作可以进一步开展。为此,基于对以上文献成果的研究学习,我提出了一种以AT89S52芯片为核心的软起动软硬件设计方法该方法以分级变频理论为基础,利用数学分析的方法对分级变频的子频率系统进行了深入的研究,使各级子频率的起动都能实现最优的正序电压组合,保证了起动转矩的最大化,从而达到更好的效果。
参考文献
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considerations regarding the efficiency of the Electromechanical Motion, The Annals of "DUNAREA DE JOS" University of Galati Fascicle III, 2002 ISSN 1221-454X.