高壓大功率電動機自耦磁控軟起動方法及其關鍵技術研究.pdf

1、高壓大功率電動機廣泛應用于交通、港口、碼頭、鋼鐵、建材、石油、化工、冶金、煤礦等行業(yè)，是這些行業(yè)內風機、水泵、提升機、皮帶運輸機、起重機、窯磨等大型設備拖動的原動機。隨著國民經濟的發(fā)展，各行業(yè)領域使用的高壓電動機容量越來越大，從幾百千瓦到幾萬千瓦。目前，高壓大功率電動機的數(shù)量在幾千萬臺以上，并且逐年遞增。
　　 高壓大功率電動機直接起動時產生的大電流對電網、電動機及拖動設備危害極大，易導致繼電保護誤動作、自動控制失靈等故障。使用

2、軟起動裝置，可以避免電動機直接起動所造成的危害及影響。因此，電動機軟起動裝置工作時間雖短，但作用非常重要、不可或缺。
　　 近年來，電動機軟起動技術及裝置受到越來越多研究者的關注，并且有很多重要成果被報道。這些成果各具特色，不僅具有重要的理論意義，而且對軟起動技術及裝置的實際應用也具有指導作用。然而這些電動機軟起動技術及裝置的成果仍有一定的局限性:第一，目前所提出的大部分成果，應用在高壓大功率電動機軟起動時，產生的起動電流雖然有

3、所減小，但對電網造成的影響仍然較大;第二，目前大部分成果僅關注電動機起動過程中功率因數(shù)的變化，忽略起動過程中無功功率的動態(tài)補償;第三，目前大部分成果僅考慮高壓大功率電動機軟起動時電流幅值限制，沒有考慮起動過程中起動電流與起動時間的協(xié)調優(yōu)化控制。
　　 基于以上考慮，有必要進一步研究高壓大功率電動機軟起動方法及關鍵技術。在本論文中，從綜合的觀點考慮，針對不同的研究問題，分別引入相應的原理和技術，提出對應的綜合設計方法和控制策略，進

4、行深入的研究。本文主要研究內容如下:
　　 (1)針對電動機軟起動限流問題，提出了自耦磁控軟起動方法，構建了自耦磁控軟起動器拓撲結構及等效數(shù)學模型，進一步減小了電動機起動從電網吸收的電流
　　 本文對國內外高壓大功率電動機軟起動方法進行分析與比較，總結各種方法的優(yōu)點與不足，立足于課題組多年的研究積累，結合自耦降壓與磁控調壓軟起動技術優(yōu)勢，提出了自耦磁控軟起動方法，該方法具有自耦降壓與磁控調壓雙重特性，可進一步降低電動機起

5、動時從電網吸收的電流。運用電磁場理論、電工理論及電機學原理，構建自耦磁控軟起動器拓撲結構，建立了自耦磁控軟起動器等效數(shù)學模型，研究了自耦磁控軟起動器限流機理。通過對直接起動、自耦降壓起動、自耦磁控起動方法的MATLAB仿真及分析，驗證了自耦磁控軟起動方法具有良好的限流效果。
　　 (2)針對電動機起動過程中功率因數(shù)較低問題，提出了軟起動與無功功率動態(tài)補償一體化方法。
　　 本文在研究電動機起動過程中功率因數(shù)變化特性的基礎

6、上，分析了電動機起動過程中功率因數(shù)較低的原因。針對功率因數(shù)較低問題，提出了軟起動與無功功率動態(tài)補償一體化方法，研究了軟起動過程中無功功率動態(tài)補償方案及實現(xiàn)技術。構建了自耦磁控軟起動與無功功率動態(tài)補償一體化拓撲結構、研究了無功功率補償量的計算方法及無功補償量最優(yōu)投切策略。通過MATLAB仿真，驗證了在電動機軟起動過程中進行無功功率動態(tài)補償，可有效提高軟起動過程中的功率因數(shù)，降低電網壓降，減小電動機起動對電網的影響。
　　 (3)針

7、對電動機軟起動過程中限流與起動時間的協(xié)調控制問題，提出了自耦磁控軟起動動態(tài)規(guī)劃優(yōu)化控制策略。
　　 異步電動機起動系統(tǒng)是一個非線性多變量時變系統(tǒng)，通過對其數(shù)學模型的分析，闡述起動過程中電流及轉矩振蕩原因。在軟起動控制過程中，常規(guī)控制策略往往只關注限制起動電流而忽略起動時間，容易因起動時間過長而引起熱故障，造成起動失敗。本文在分析電動機起動過程狀態(tài)方程及電動機理想起動曲線的基礎上，針對起動過程明顯的時序性，提出了基于動態(tài)規(guī)劃方法的

8、異步電動機起動過程優(yōu)化控制策略，在滿足起動電流限制的前提下實現(xiàn)了起動時間最優(yōu)控制。通過對軟起動斜坡控制、恒流控制及動態(tài)規(guī)劃三種控制方式的MATLAB仿真比較，驗證了動態(tài)規(guī)劃控制策略是可行的。
　　 (4)高壓大功率電動機自耦磁控軟起動器研制與試驗
　　 本文在研究自耦磁控軟起動方法理論及技術的基礎上，對高壓大功率自耦磁控軟起動器的方案、結構及原理進行了設計，并研制出21000kW/10kV高壓大功率軟起動器，通過掛網試驗