一种绕线转子感应电动机的软起动方法

摘要

本发明公开一种绕线转子感应电动机的软起动方法，该方法在绕线转子感应电动机转子回路中串联一个并行连接的电阻、电容和可调电抗器。起动开始，电阻阻值最大，电流从电阻和电容流过，这增加了起动转矩并提高了起动功率因数，随着电动机转速的增加，可调电抗器的感抗逐渐由大调小，转子回路中的等效阻抗减小，当可调电抗器阻抗减小到最小，等效于转子回路中串联的电阻短路，这种情况下，电动机起动结束，电容器支路开路，电动机进入运行状态。本发明可以克服转子回路分级切换电阻造成的起动转矩不连续、起动过程不平滑、分级切换电阻时存在起动电流冲击、多个切换开关触点控制可靠性差等缺点，具有良好的应用效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种感应电动机软起动领域，特别是涉及一种绕线转子感应电动机转子回路串连续平滑调节阻抗的大转矩高功率因数的起动方法。

背景技术

电动机的状态主要有起动、调速、制动三个状态，其中制动是起动过程的逆过程，而起动是电动机进入调速状态的必经阶段。当电动机直接起动时，产生的大电流对电网、电动机及拖动设备危害巨大，可能会造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障，使用软起动装置，可以避免电动机直接起动所造成的影响及危害。虽然电动机起动过程短，但却非常重要。

目前，电动机软起动技术主要分为降压起动、调压起动、变频起动三种方式。降压起动方式包括：自耦降压、串分级电阻降压等；调压起动方式包括：串水电阻起动、主电路串晶闸管交流调压电路起动、基于可变电抗器软起动等；变频起动包括：分级变频软起动、变频器软起动等。以几种典型的软起动方式为例，自耦降压和串分级电阻降压软起动存在起动电流的二次或多次冲击，且起动转矩存在突变；串水电阻起动起动电流和转矩可实现连续平滑调节，但水电阻在起动过程中温度会升高，不能连续起动，使用场合易受温度影响；主电路串晶闸管调压电路起动，虽然电动机端电压可连续调节，但存在谐波污染；基于可变电抗器软起动方式可连续调节电动机端电压，起动电流较小，且电力电子器件在可变电抗器的二次绕组侧，可有效隔离谐波污染，性价比较高，可以用在中大功率的电动机软起动；分级变频软起动起动转矩大，但存在转矩脉动；变频器主要用作电动机调速，用在软起动中性价比较低，且易损坏，维修不便。在实际使用过程中，通常根据不同的负载类型，选择适合的起动方式。

对于绕线转子感应电动机，常采用的起动方式有两种，一种是转子回路串电阻器起动，另一种是转子回路串频敏电阻器起动。第一种方法起动转矩大，起动电流得到了限制，为了在整个起动过程中得到比较大的起动转矩，转子回路可串联分级电阻，起动过程中分级切除起动电阻。该方法起动转矩大，适合重载起动，缺点是分级切除电阻，起动不平滑，触点控制可靠性差。第二种方法可以克服串接电阻器起动中分级切除电阻、起动不平滑、触点控制可靠性差等缺点。转子回路串频敏电阻器起动具有起动平滑、结构简单、无触电、运行可靠、维护方便等优点，但频敏电阻具有一定的线圈电抗，功率因数较低，起动转矩小，适合于电动机轻载起动。

目前，对电动机软起动装置的研究主要集中在限制起动电流、提高起动转矩、缩短起动时间、提高起动过程中的功率因数、抑制谐波污染等方面。本专利从限制起动电流、提高起动转矩、提高起动过程中的功率因数角度出发，提出了一种绕线转子感应电动机的软起动方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术存在的问题，提供一种绕线转子感应电动机的软起动方法，在绕线转子感应电动机转子回路中串联一个并行连接的电阻、电容和可调电抗器。起动瞬间，转子频率高，电阻阻值最大，最大电流从电阻和电容流过，这增加了起动转矩并提高了起动功率因数，随着电动机转速的增加，动态调节可调电抗器的感抗，使可调电抗器的感抗逐渐由大调小，使串联在转子回路的等效阻抗明显降低，起动转矩平滑变化，当起动结束，可调电抗器阻抗减小到最小，等效于转子回路中串联的电阻短路，这种情况下，电动机起动结束，电容器相当于开路，电动机进入运行状态。

本发明所采用的技术方案是：一种绕线转子感应电动机的软起动方法，其特征在于：

（1）在绕线转子感应电动机转子上串联电阻、电容器和可调电抗器并联电路，通过调节可调电抗器的阻抗来调节串接在绕线转子感应电动机转子回路的等效阻抗，来实现电动机的软起动；

（2）实时检测电动机起动过程中的电流和电压，根据检测起动电流、电压，并智能计算最优参数估计模型，为参数选型和智能调节电抗值提供依据；

（3）起动开始，转子串电阻和电容器起动，这提高了起动转矩和起动过程中的功率因数；

（4）起动结束，可调电抗器感抗接近于零，等效于将转子回路中的电阻短路，电动机进入运行状态。

如上所述的绕线转子感应电动机的软起动方法，其特征在于：采用单片机控制可调电抗器二次绕组中电力电子器件的触发来调节可调电抗器一次绕组的感抗，从而改变串联在电动机转子回路中的等效阻抗，实现阻抗的连续平滑调节，克服分级切换电阻带来的起动转矩变化不连续的缺陷。

如上所述的绕线转子感应电动机的软起动方法，其特征在于：实现感应电动机转子回路等效阻抗调节、电容器容量计算、电阻大小计算的控制器为单片机，电动机起动状态显示与控制参数设置采用触摸屏。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）起动过程中，不存在机械开关或电气开关切换分级电阻，起动过程平滑，不存在触点控制可靠性差的问题。

（2）不存在分级切换电阻带来的起动电流冲击现象。

（3）转子回路等效电阻连续可调，起动转矩连续。

（4）起动过程中，电容器提供无功功率，提高了起动过程中的功率因数。

附图说明

图1是本发明的绕线转子感应电动机软起动方法结构图。

图1中：1.三相电网；2.断路器；3.电压与电流检测装置；4.绕线转子感应电动机；5.电容器；6.电阻；7.可调电抗器；8.电力电子器件；9.控制器。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

本发明提供的一种绕线转子感应电动机软起动方法是：在绕线转子感应电动机转子回路中串联一个并行连接的电阻、电容和可调电抗器。起动开始，电阻阻值最大，电流从电阻和电容流过，这增加了起动转矩并提高了起动功率因数，随着电动机转速的增加，可调电抗器的感抗逐渐由大调小，转子回路中的等效阻抗减小，当可调电抗器阻抗减小到最小，等效于转子回路中串联的电阻短路，这种情况下，电动机起动结束，电容器相当于开路，电动机进入运行状态。具体如下：

（1）电动机起动开始，电阻器阻值最大，电流从电阻和电容流过，电动机起动转矩大，且电容器为电动机提供无功功率，起动功率因数高。

（2）控制器实时检测起动电压和电流，触发可调电抗器二次绕组中电力电子器件的导通，从而控制可调电抗器一次绕组的感抗。

（3）可调电抗器一次绕组感抗从大到小连续变化，改变串接在感应电动机转子回路中的等效阻抗，等效阻抗连续平滑地由大变小，电动机平滑起动，起动转矩连续变化，起动电流无冲击。

（4）当起动结束时，可调电抗器一次绕组等效感抗为零，相当于将转子回路中串接的电阻短路，电动机起动完毕，进入运行状态，电容器可以接入电网，做运行状态的无功功率补偿。

（5）为获得最短的起动时间，串接在电动机转子回路中的电阻、电容、电抗参数可以进行最优参数估计。

（6）最优参数估计模型为：电磁转矩与负载转矩之差的积分取得最大值，起动电流不能超过限制值，最大起动转矩根据负载类型设置或不能超过电动机转轴上允许的最大转矩。

（7）控制器根据优化控制算法来求解最优参数估计模型，获得串联在转子回路中的电阻、电容、电抗参数，为参数选型和智能调节电抗值提供依据。

（8）电动机起动状态显示与控制参数设置采用触摸屏实现。

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示：本发明采用了在绕线转子感应电动机转子回路串接电阻、电容和可调电抗器的结构，来代替转子回路分级切换电阻结构，这样可以克服分级切换电阻起动方式存在的起动不平滑、触点控制可靠性差的缺陷。系统包括三相电网1；断路器2；电压与电流检测装置3；绕线转子感应电动机4；电容器5；电阻6；可调电抗器7；电力电子器件8；控制器9组成的装置，对绕线转子感应电动机4的起动实现控制。

根据图1所示的绕线转子感应电动机起动系统结构图，在电动机转子回路串联电阻、电容、可调电抗构成的并联电路，起动开始，电流由电阻和电容器流过，电动机起动转矩大，适合于重载起动，电动机所需要的无功功率由电容器提供，功率因数高；随着电动机转速的升高，控制器调节可调电抗器二次绕组中的电力电子器件的触发角，改变可调电抗器一次绕组的感抗，从而改变串接在电动机转子回路中的等效阻抗，使等效阻抗由大到小连续变化，电动机起动转矩可连续变化，起动电流无冲击，起动过程中无触点切换控制，控制可靠性高；当电动机转速达到额定值，起动完成，可调电抗器感抗为零，相当于转子回路串联的电阻短路，起动电阻切除，电动机进入运行状态。起动过程中的电容器可切换到为电动机运行提供无功功率，做无功功率就地补偿用。

在控制系统中，控制器除了控制电力电子器件的触发之外，还承担了最优参数估计的工作，采用优化控制算法解决最优参数估计模型，获得串联在转子回路中的电阻、电容、电抗参数，为参数选型和智能调节电抗值提供依据。

本发明采用单片机作为控制器，人机交互界面采用触摸屏，可直观的观测到起动电流与电机转速，并方便修改控制参数，可提高整个软起动控制系统的自动化程度。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。