论文总字数：24960字

摘 要

在现如今的社会，人类的各种生产劳动都离不开电动机，电动机被广泛用于各行各业各个领域，例如：重工业、农业、建筑业、医疗办公、航空航天等。特别是从1885年异步电动机面世以来，其构造单一、制造方便、价格廉价、质量牢靠、惯量小等优势，使得电动机在国民经济各个范围内得到了许多应用，也占据着越来越大的比重。

本文在电动机数学模型的基础上，分析了异步电动机的启动性能，比较了几种软启动方公式的好坏，研究了一种异步电动机分级变频软启动的方法。通过对分级变频理论进行了深入分析，得到了最优相位角组合和最低频率的控制方式，最后对分频后的谐波进行了分析。

基于上述理论，我们利用MATLAB/Simlink软件搭建了异步电动机直接启动与分级变频软启动的模型，并进行仿真对比，验证了分级变频理论可以提高电机启动转矩，降低启动电流的正确性，为分级变频软启动在重载启动方面的应用提供了理论依据。

关键词：异步电动机 软启动器 分级变频

Research on the soft starting of asynchronous motor frequency conversion

Abstract

In today's society, a variety of production of human labor are inseparable from the motor, the motor has been widely used in all walks of life in various fields, such as industry, agriculture, construction, medical office, aerospace and so on. Especially since the launch of the from 1885 asynchronous motor, its structure simple, convenient manufacture, cheap price, reliable quality, small inertia, so that the motor has many applications in various range of national economy, also occupy an increasingly large proportion.

The in the mathematical model of induction motor based on, analyzes the asynchronous motor starting performance, compare the quality of several soft start formula, the study on the method for grading of asynchronous motor soft start frequency. By the analysis of the classification frequency conversion theory, the optimal phase angle combination and the lowest frequency are obtained, and the harmonic of the frequency division is analyzed..

Based on the above theory, we use MATLAB / Simulink software to build asynchronous motor directly start with the hierarchical model of variable frequency soft start, and compared with simulation results, through the in-depth analysis of the discrete frequency theory, get the optimal phase angle combinations and the lowest frequency control method, the harmonic frequency is analyzed.

Key words: asynchronous motor;discrete;frequency;soft starter

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2异步电动机启动方式的国内外研究现状 2

1.2.1传统的启动方式 2

1.2.2新型软启动方式 4

1.2.3分级变频软启动的方式 5

1.2.4传统启动方式与新型启动方式的比较 6

1.3本文研究的主要内容 7

第二章 异步电动机的基本原理与启动分析 8

2.1异步电动机的基本原理 8

2.2异步电动机的启动分析 9

2.2.1异步电动机稳态电路的分析 9

2.2.2异步电动机的启动特性 13

2.3本章小结 15

第三章 分级变频软启动的控制研究 16

3.1分级变频软启动的原理分析 16

3.1.1分级变频软启动的基本原理 16

3.1.2分频后的电压相序分析 19

3.2 分级变频软起动的控制策略 22

3.2.1 最优相位角的选取 22

3.2.2最低频率的选取 24

3.2.3触发角的计算 25

3.3分频谐波分析 28

3.4本章小结 30

第四章 异步电动机分级变频软起动的建模与仿真 31

4.1异步电动机直接启动的建模与仿真 31

4.1.1异步电动机直接启动的建模 31

4.1.2异步电动机直接启动的仿真结果分析 32

4.2异步电动机分级变频软启动的建模与仿真 33

4.2.1异步电动机分级变频软启动的建模 33

4.2.2异步电动机分级变频软启动的仿真结果分析 39

4.3 本章小结 40

第五章 结论与展望 41

5.1 结论 41

5.2展望 41

参考文献 43

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

在工农业、运输业、国防安全、建筑业、医疗办公以及其他领域中，我们都会用到一种重要的动力装置——电动机。直流电动机在过去很长时间一直处于行业领先地位，但其自身也存在很多缺点，如，换向器的机械强度不够，电刷易损坏等，这些缺点决定了其已不能适应现代生产加工业的对于更高速、更大容量电机的要求^[1]。而以三相鼠笼式异步电动机为代表的交流电动机，依靠其简易的结构、可靠的耐用性能及易生产、便宜、惯量小等优势，工业生产领域获得极大地发展及应用，其市场地位也在逐渐变高^[2]。

交流异步电动机与单相异步电动机相比，其工作性能更可靠，可节约更多的生产原料的特点，使其广泛地应用在生产和生活中的各个领域，在当下传动领域中是比较重要的动力来源之一。根据绕组形式的不同，可将三相异步电动机分为鼠笼式和绕线式。鼠笼式异步电动机成本低廉、结构简易、性能可靠、重量轻盈；对于绕线式异步电动机，其转子和定子上设有三相绕组，经由电刷、滑环连接了外部的变阻器。我们可以通过调节变阻器电阻，从而来调节电动机的转速，改变电动机的启动性能。但是这些电动机同样也有缺点，例如：鼠笼型感应电动机：它的启动转矩比较小，满足不了带负载启动的要求，经常用于驱动容易出现短时过负荷的负载。另外其启动电流较大，需要更大容量的供电变压器。 绕线型感应电动机的缺点是集电环和电刷设置在其转子上，使得电机的生产成本提高，启动和工作的可靠性也降低，存在了大量的电能浪费，往往不能满足满载启动的需要。一旦该类电动机在连接电源的状态下直接启动，往往会在导致电机在这个过程中产生很大的启动电流，其往往可以达到甚至超过额定电流的5～8倍。启动电流过大会使电动机发热严重从而使得电机内部的绝缘器件老化，减少电机的使用期限，如果电动机在操作性能和绝缘性能不佳的话，电动机绕组在长期使用之后很容易产生短路故障甚至毁坏电动机^[3-5]。很多情况下，太大的启动电流会导致在相同电网上其他电气设备的工作性能降低。而当启动状态的电动机容量越大，同时供电变压器的容量越小时，这种现象越明显^[6]。所以对交流电动机拖动进行控制及保护是节省能源、优化国家资源、避免不必要的电能浪费的必要手段。如何在使启动电流下降的同时增大其启动转矩，是国内外相关学者面临的重大问题。

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