異步電機重載軟啟動技術研究

李明

摘?要：異步電機因自身結構簡單、制作方便以及運行穩(wěn)定等優(yōu)勢決定了其在各個領域中的廣泛應用。電機軟啟動器是異步電機重要部分，可以通過其來對輸出電壓數(shù)值進行調節(jié)，降低對電機啟動電流的沖擊。其中，為解決電壓降低導致的啟動轉矩減小而電機重載啟動失敗問題，應針對異步電機重載軟啟動技術做更進一步的研究。

關鍵詞：異步電機;軟啟動;重載

相比傳統(tǒng)的直接啟動方式，軟啟動可以促使電機在比較小的電流下啟動，電機轉速平穩(wěn)提升，降低了啟動過程中電流對電網以及電機本身造成的影響。但是啟動電壓降低的同時啟動轉矩也會減小，而造成電機帶重載啟動失敗，為解決此問題還需要就軟啟動基本原理分析重載軟啟動控制技術，提高電機啟動可靠性，排除各方面存在的隱患。

一、軟啟動作業(yè)原理

比較常見的軟啟動器如電子式、自動液體電阻式以及磁控式等，且以晶閘管應用最為廣泛。以晶閘管軟啟動為對象進行分析，其主回路分為三對反并聯(lián)晶閘管，在異步電機啟動時，由控制電路來調節(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，就可達到電機平穩(wěn)提速的效果，直到達到額定轉速為止。其中，電機定子繞組所輸入的電壓會直接通過三相交流電壓電路的觸發(fā)脈沖家哦來控制，因此在改變觸發(fā)角變化規(guī)律的情況下，便可實現(xiàn)電機啟動方式的改變，使得電機可以采取不同啟動特性來適應各種工況要求，滿足實際生產需求。

二、異步電機軟啟動分析

異步電機啟動方式較多，雖然具有減壓啟動效果，但同時在電機啟動過程中還會產生二次沖擊電流。與傳統(tǒng)減壓啟動方式相比，軟啟動具有更大優(yōu)勢，主要可體現(xiàn)在三個方面：①無沖擊電流。對于異步電機的軟啟動過程，會存在晶閘管導通角持續(xù)增大情況，并且啟動電流逐漸由零線性升高到設定值。②恒流啟動。軟啟動控制器可實現(xiàn)電流閉環(huán)控制，這樣電機啟動時就可以保證啟動電流的平穩(wěn)性，將電機啟動維持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。③啟動電流控制。結合電網繼電保護特點以及負載狀態(tài)，來調整啟動電流達到最佳狀態(tài)。

三、異步電機軟啟動控制技術

（一）重載軟啟動

雖然相比傳統(tǒng)直接啟動方式軟啟動具有更大優(yōu)勢，但是在控制初期依然存在輸出控制轉矩不夠而無法重載或滿載啟動的缺陷。基于三相異步電機數(shù)學模型進行分析，其中忽略掉諧波、磁飽、電機鐵損的影響，確定電機電磁轉矩Te為：

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

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

電機轉矩與定子端所獲電壓平方近似正比，啟動頻率為電網供電頻率保持穩(wěn)定。但是在電機實際降壓啟動過程中，啟動電流被限制的同時，啟動轉矩也大幅度降低，因此無法帶重載或滿載啟動。想要改變此缺陷，無法對電機既定的各項參數(shù)進行調整，并且為限制啟動電流電壓必須滿足逐漸增大的規(guī)律，因此無法通過調整電壓的方式來實現(xiàn)電機重載啟動。根據(jù)上述公式，僅能夠通過調整頻率來實現(xiàn)重載啟動。一方面可應用變頻器促使頻率的改變，但是適應性較低，尤其調速不頻繁的工況此種方法不合適。另一便是應用晶閘管軟啟動器實現(xiàn)變頻，促使電機實現(xiàn)帶重載啟動，降壓的同時促使頻率變化，在滿足電流限制的條件下提高啟動轉矩。

（二）重載軟啟動控制技術

1.最低離散頻率

實際操作中應利用三相工頻電壓各半波以及每項控制來確定離散頻率，同時確保所選離散頻率合適，避免過低而影響下一個獲得頻率的時間，導致控制程序更加復雜，影響電機的正常啟動。電機軟啟動本身轉矩大且電流小，以此來滿足重載或滿載啟動，關鍵是要獲得滿足效果的頻率。即在電機啟動電壓較小的情況下，具有最大的啟動轉矩。啟動電壓小相應的啟動電流也小，低頻率足以滿足大轉矩啟動要求。一般可采取仿真與試驗的方式，對電機銘牌、電機相關參數(shù)等進行確定，通過仿真和試驗結果的比較，確定滿足要求的最低離散頻率。

2.離散頻率切換

對于離散頻率的切換，必須要保證不會對曲線正選連續(xù)性造成影響，同時還應滿足離散頻率波正負半軸交替交換的要求。在實際切換中，務必要控制離散頻率轉矩過渡的穩(wěn)定性，以免出現(xiàn)轉矩振蕩問題。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，對下一切換頻率初始工頻周期進行提升，確保條制正弦時不會造成轉矩跌落。并且，離散頻率切換前需要更改離散頻率結束時間，以此來維持轉矩的平穩(wěn)過渡。

四、結語

相比降壓啟動方式，軟啟動可以更加滿足電機啟動要求，而想要滿足重載軟啟動要求，就需要就軟啟動過程中電壓與轉矩條件進行分析，做好控制技術的研究，通過合理控制離散頻率，保證電機啟動轉矩達到要求。

參考文獻：

[1]羅劍輝.異步電機重載軟啟動技術探析[J].電工技術，2016（07）：22-23.

[2]楊波.基于STM32的異步電機重載軟啟動器的研制[D].陜西科技大學，2013.

[3]周琛.異步電機重載軟啟動技術[D].哈爾濱工業(yè)大學，2012.

[4]范子林.適用于重載起動的感應電機軟啟動器研究[D].浙江大學，2011.