基于功率因数闭环控制的异步电动机软起动器的研究
4页1、基于功率因数闭环控制的异步电动机软起动器的研究孙立伟,孙 力(哈尔滨工业大学电气工程系 哈尔滨 150001)摘要: 异步电动机起动电流过大将对电网造成很大的冲击,本文在分析异步电动机功率因数角特性的基础上,以电机的功率因数角作为系统的反馈量进行闭环控制,避免了在电机起动过程中,由于电机端口输入电压的变化引起的电磁转矩振荡及电流振荡,保障了电机电压按预期的规律进行调节。实验结果证明了该方法的有效性。关键词:异步电动机;软起动器;功率因数;闭环控制;节能 Soft-starter of Asynchronous Motor Based on Power Factor Closed-loop ControlSun Liwei, Sun Li( Dept. of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001)Abstract: The large starting current of asynchronous motor may bring about great impact to electr
2、ic network. According to the analysis of power factor characteristic in asynchronous motors, this paper brings forward a closed-loop control method using the power factor angle as the feedback variable of the system, avoiding the vibration of electromagnetic torsion and currents by variation of input-voltage during the starting process of motors. The above strategy ensures the voltage regulation according to the expected rules. The experiment results prove the availability of the method.Keywords
3、: asynchronous motors; soft-starter; power factor; closed-loop control; energy-saving国家自然科学基金 054770090 引 言一般情况下,三相异步电动机的起动电流比较大,而起动转矩并不大。过大的起动电流会使电网电压下降,影响其他用电设备的正常运行,甚至使自身无法起动。这时就必须采取措施来降低起动电流,常用的办法是降压起动1。而传统的降压起动方法,如星/角起动、定子串电阻或电抗起动、自耦变压器降压起动等,它们都是一级降压起动,起动过程中电流有两次冲击,其幅值虽比直接起动电流低,但起动过程时间较长,且都无法对电机的起动电压进行连续调节,因而导致电机起动时仍然存在较大的冲击电流2。本文详细分析了异步电动机起动和运行过程中的功率因数角特性,以电机功率因数角作为系统的一个反馈量,对功率因数角进行闭环控制,在保证较大起动转矩的条件下,有效地降低了电机的起动电流1。系统中通过监测电机功率因数角,借助模糊控制方法实时修正晶闸管的触发角,避免了在电机起动过程中,由于电机端口输入电压的变化引起的电磁转矩振荡及电流振荡,
4、保障了电机电压按预期的规律进行调节。另外,电机功率因数角信息的获得,为电机的轻载节能运行提供了可靠依据。系统设计简单、可靠,实验证明该方法的有效性,并具有良好的动态响应性能和鲁棒性。1异步电动机功率因数角特性分析1.1运行过程中的功率因数角特性 三相异步电动机可用如图1所示的T型电路进行等效。图1三相异步电动T型等效电路Fig.1 T-type equivalent circuit of asynchronous motor电机的功率因数角值等于任意一相的相电流与相电压的相位差,还等于电机一相的阻抗角。电机一相的阻抗Z可表示为: (1)在供电频率不变的情况下,电机的同步转速ns是常量,电机转速n与同步转速ns的关系为: (2)根据式(1)和(2),可知功率因数角与电机转速n存在如下关系: (3)当已知电机参数时,可得=f(n)的关系曲线,如图2所示:图2 功率因数角与转速的关系曲线Fig2 The curve of relationship of PF angle and speed从上图可见,在电机起动的过程中,随着转速的增加功率因数角有较大的变化,如上图中曲线b段所示。功率因数角随
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