论文总字数：23934字

摘 要

随着时代的发展，电网中包含的设备越来越多，种类也越来越繁杂，因此对电能质量的要求也越来越高。然而仅仅依靠电网的调节是无法满足如此大规模设备的需求，所以需要依靠设备调整自己的工作状态，共同维护电网的生态。异步电动机作为电网中最主要、用量最多的设备之一，其自身在起动时会产生很大的电流冲击。为了减小冲击电流对系统的影响，本文基于电动机的等效模型，对异步电动机软起动方式展开研究。采用晶闸管交流调压作为主电路，研究其控制策略。并且通过MATLAB软件进行了建模仿真，仿真波形和谐波特性研究表明采用可以有效的减少电动机起动时对电网的冲击电流。

关键词：异步电动机 晶闸管调压 限流软起动 谐波分析

A Study of Thyristor Controlled Soft -Started Induction Motor and Harmonic Characteristic

Abstract

With the development of the era, the device contained in the power grid is increasing and the specie is more and more complicated. Thus, the requirements of the power are also increasing. However, only by depending on the regulation of power grid is unable to meet the requirements of such large-scale equipment. It is necessary to rely on equipment to adjust their own working status, jointly safeguarding the ecological grid. As one of the main and the most popular device in power grid, asynchronous motor will have a great starting current impact when it started. In order to reduce the influence of inrush current on the system, this essays is based on the equivalent model of the motor, trying to commenced the study on asynchronous motor of soft starting mode. Using thyristor voltage regulation as the main circuit, the essay is trying to study the control strategy. The essay is also trying to modeling and simulating by MATLAB software. The simulation waveform and the harmonic characteristic research shows that they can effectively reduce the impact on the grid current when motor started.

Key Words: Asynchronous motor, thyristor voltage regulation, current-limited soft -started, harmonic analysis

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景与意义 1

1.2 三相异步电机的起动方法 1

1.2.1 全压起动 2

1.2.2 降压起动 2

1.2.3 软起动 2

1.2.4 软起动与一般降压起动的区别 2

1.3 软起动技术的国内外现状 3

1.4 本文主要的研究内容 3

第二章 晶闸管软起动器原理 5

2.1 异步电动机的原理与起动要求 5

2.1.1 异步电动机的等效模型 5

2.1.2 异步电机的起动电流 7

2.1.3 异步电机起动转矩 7

2.2 软起动器的工作原理 8

2.3 软起动器的功能及运行模式 11

2.3.1 软起动器的功能 11

2.3.2 软起动器的运行方式 13

2.4 本章小结 13

第三章 晶闸管控制异步电机软起动器的设计与仿真 14

3.1限流软起动的控制策略 14

3.2 限流软起动仿真模型建立 14

3.2.1 仿真软件介绍 14

3.2.2 主电路模块 15

3.2.3 异步电机模块与电机测量模块 16

3.2.4 晶闸管调压模块 16

3.2.5 交流调压器触发电路 17

3.2.6 软起动反馈控制环节 18

3.3 仿真结果及分析 19

3.4 本章小结 23

第四章 晶闸管控制软起动器的谐波特性研究 24

4.1 谐波产生的原因 24

4.2 阻性负载的谐波特性研究 24

4.3 异步电动机负载的谐波特性研究 26

4.3.1 开环控制的谐波特性研究 26

4.3.2 闭环控制的谐波特性研究 30

4.4 本章小结 33

结论 34

参考文献 35

致谢 36

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

电动机，作为一种使机械能与电能之间相互转化的装置，无论在电力工业、工业、农业、交通运输业，还是在科学文化以及日常生活等方面都是十分重要的设备。并且随着工业企业电气化、自动化的发展，电动机在工业生产中所占的比例仍然会逐步提升。有资料显示，各国的以电为动力的机械中，约有90%左右为异步电动机，其中小型异步电动机约占70%以上。异步电动机的用电量占电力系统总负荷很大的比重；在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60%多^[1]。

虽然，异步电动机有着构造简易，制造方便、容易维修，稳定性高，重量轻，便宜等一系列优点。但其在起动瞬间，由于电压的突然加入，会产生一个危害转子转轴等电机本身元件，而且也会对电力系统产生冲击，威胁电力系统中存在的其他设备的电流冲击。随着电网的发展对电能质量的要求提升，国家有关部门对电机起动早有明确规定，即电机起动时的电网电压将不能超过15%^[2]。解决优化电动器起动时冲击电流影响的方法有两种：一是增大配电容量；二是采用限流起动设备。第一种方案对于一般的企业用户而言是无法做到的，因为他会牵扯到经济，政策等一系类因素，并且需要考虑电力系统的宏观调配。所以采用合适的限流设备成为了解决电流冲击最简单可行的方案。在电力电子器件未普及之前传统的解决方案包括在电机与电源之间连接自藕变压器，对电动子定子做星形-三角形转换，加入磁控降压等设备来限制起动电流。采用这些限流设备后可以一定程度的降低起动电流，但这些设备缺存在着种种缺点，难以满足各种不同的需求。

为了保证电力系统的电能质量，保护电网中一些对电压敏感的设备，人们想出了许多的方案，在这其中依靠电力电子开关进行限流的设备－软起动器，由于其性能优异，起动迅速，轻便小巧，可定制性高，参负载适应性很强等特点，已经被运用在诸多场合。取代了落后的自藕变压器，星形-三角形转换，磁控降压等传统的减压起动设备。

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