一.课题研究背景及意义

异步电机又称感应电机，主要用作电动机运行，是目前工农业生产和国民经济各部门中使用最广泛的一种电机。金属切削机床、轧钢设备、鼓风机、粉碎机、水泵、轻工和纺织机械、矿山机械，绝大部分都采用异步电动机拖动。日常生活中，异步电机的应用也日益增多，电风扇、洗衣机、空调机等家用电器中，都用到异步电机。

异步电机所以被广泛应用，主要是由于它与其他各种电动机相比较，具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列优点。而它的主要缺点是直接起动时，由于没有反电势，会产生相当于额定电流 4~8 倍的冲击电流，可能导致电网电压暂降而影响电网中其它用电设备的正常工作，甚至引发电机绝缘绕组短路而烧毁电机。此外，直接起动时的冲击转矩也将近是电机额定转矩的两倍，巨大的冲击转矩会给系统的传动设备和其负载带来不可避免的机械冲击和磨损。因此，对异步电动机起动性能的研究就显得非常有意义。

传统的降压起动方法能在一定程度上解决鼠笼式异步电动机的起动机电流较大的问题但是由于传统的起动设备都是有切换触点的,控制不连续,这样就难免在起动过程中给电动机造成冲击,且传统的方法起动电流仍较大。所以传统的起动方法仅适用于中小型电机的起动控制,而对于大功率的电动机来说,并不是理想的方案。

国外一些国家广泛采用变频器于起动控制。这种变频起动方式的优点是性能可靠,可同时用于电动机的调速控制,不足之处是目前变频器的造价仍较高、维护保养较困难,而且在不需要调速控制的场合,不能充分发挥其变频调速功能,因此不适合在我国大量推广应用。

近年来，随着电力电子技术的发展，人们发现电力半导体器件的开关功能具有无磨损、寿命长、功耗小的特点。加上微机控制技术、现代控制理论与电力电子技术的紧密结合，为电机的起动节能提供了全新的思路，从而出现了电机软起动技术，并且研发出一种用于控制鼠笼式异步电动机的新设备，它集电机软起动、软停车、轻载节能且多种保护功能于一体，即电动机软起动器。

这种软起动器(调压式)主回路采用晶闸管三相交流调压电路(在功率较小时可采用三只双向晶闸管,而功率较大时用三对反并联的晶闸管即可)。利用晶闸管进行调压,其输出电压大小由晶闸管的导通角决定,而晶闸管的导通角又与其控制有关。控制角越小,输出越大。因此,只需在电动机起动过程中通过控制晶闸管控制角的大小,可使电动机的机端电压和起动电流可根据工作要求设定的规律进行变化。这样,电动机的起动方式和起动电流均可任意调整和设置,使之处于最佳的起动过程。其实质是降压起动,与传统降压起动不同之处是无机械触点,起动电压和起动电流任意可调。因软起动可避免直接起动时6-7倍额定电流的冲击。

另一种起动方式为斩波式软起动，它采用电机定子三相绕组一端接电网,另一端通过一个三相大功率晶体管整流桥与一个IGBT连接。控制IGBT的通断即控制电机定子端电压,实现所需要的电机软起动。这种方式具有比前一种调压方式更好的性能:如器件少,功率因数大大提高。IGBT的控制方法也采用单片机系统。

这两种软起动控制器具有以下特点和优越性：

1.提高公用电网质量。由软起动装置成功地解决了传统起动设备在起动过程中产生尖峰电流冲击,电压瞬间降落等问题,势必明显改善电网质量,达到有效节省电能的目的。特别是斩波方式启动,功率因数大大提高。