交流异步电机结构简单、运行可靠、环境适应性强和拖动性能好,因而获得广泛应用。在额定电压空载起动(直接起动)时电流通常为额定电流4-7倍,部分国产电机甚至达到8-12倍,过大电流不仅在定子线圈和转子笼条上产生很大冲击力,破坏绕组绝缘和造成笼条断裂,引起电机故障；而且还会产生大量焦耳热,损伤绕组绝缘,缩短电机寿命；特别是对于高压电机来说,过大的起动电流会使得电网电压急剧下降从而导致同一电网上其它设备不能正常运行,甚至使电网失去稳定造成更大的事故；所以电机起动电流大,对电机自身、电网、负载均有不利的影响；另外起动转矩脉动大、转矩小,也限制了电机的应用范围。为了克服起动电流大的弊端通常采用降压起动方式起动,传统的降压起动种类繁多,包括：定子串电阻/电抗软起动、频敏变阻器软起动、水电阻/液阻软起动、Y/△软起动、自藕变压器软起动、延边三角形起动、磁控软起动等,具有体积重量大、占地面积广、技术含量比较低的弊端但都不产生谐波。在降压起动中由于转矩大小跟电压平方成正比,所以电压降低一点转矩下降得更多,从而起动转矩更小。到了20世纪70年代随着电力电子器件的飞速发展,开始采用晶闸管移相触发降压软起动(即电子式软起动),克服了传统软起动上述弊端,同时又带来谐波含量比较大、价格也比较高、晶闸管参数一致性要求高和一旦损坏难以修复等弊端,目前只有少数国外的大公司掌握生产这种装置的核心技术。20世纪80年代发展起来的变频调速技术,除可控制电机的调速运行外,也完美的解决了异步电机软起动问题。但是由于其价格昂贵,用在不需要调速仅仅为了解决起动问题的场合是非常不经济的,一般工业企业无法承受的。为了提高起动转矩、降低起动电流,本文主要对一种新型的软起动方法—分级交交变频的方法进行系统地研究,利用电子式软起动器的硬件结构,仅仅通过改变控制策略去探讨电机的起动特性。本文主要开展了7个方面的研究工作,取得的研究成果如下所示：1)广泛查阅资料,综述了软起动技术发展历程、现状、意义,阐述传统软起动类别、特点和电子式软起动器的特点、控制方式、使用场合；着重阐述了基于晶闸管的单相、三相交流调压电路的原理、常用的软起动控制策略,并对使用最普遍的电压斜坡起动、限流软起动进行建模和仿真。2)阐述分级交交变频基本原理,首先对分级变频后得到的离散电压进行基波提取,然后对不平衡的电压基波采用三相对称分量法进行分析并分解成为：平衡的正序、负序、零序电压,最后再将其分别作用在电机上,通过叠加方法得到不平衡电压作用下电机的性能指标。3)以电机获得最大转矩为目标,逐一分析、考察不平衡的2分频、3分频后的电压组合和正序分频的4分频、7分频后的电压组合,找出能够产生最大转矩的电压组合。另外起动电流大一向是直接起动的弊端,以起动电流为目标逐一考察上述分频后得到的电压组合,对每种组合进行建模和仿真,找出起动电流最小的电压组合,仿真发现起动电流最小的电压组合同时也是起动转矩最大组合,这样就找到产生小电流大转矩的三相电压组合,这正是电机起动时需要的特性。4)在分级变频起动时采用晶闸管作为主开关器件,谐波比较大,采用傅里叶级数对谐波、基波进行定量分析；同时采用MATLAB搭建相应仿真模型并对其进行分析,理论分析和仿真结果是一致的。5)以电机稳态数学模型为研究对象,以获得最大转矩为研究目的,分析任意分频下基波正、负序电压值,推导出电机起动转矩大小,发现定、转子电感值相对电阻值越大电机起动转矩越大,同时也为分级变频中频率等级选择提供理论依据。6)对分级变频中产生转矩脉动的原因进行分析,并对可能产生转矩脉动的因素逐一进行仿真。为了起动转矩平稳增加,从分级变频方法得到电压中提取基波,对基波采用恒U/f进行控制,采用仿真和理论分析相结合的方法确定不同频率等级时的基波电压,从而确定触发方法。7)设计出分级变频系统硬件电路,编写相应的软件,对选择的分频等级分别进行实验后按照频率由低到高逐步增加,以电阻、电机为负载进行实验,试验结果验证：采用分级交交变频控制策略能够小电流高转矩的起动电机。