【正文】 －恒流起動階段 圖 表示了斜坡恒流軟起動方式的電流特性。從圖中可以看出，電動機的起動過程分為兩個階段，先為斜坡起動階段，后為恒流起動階段。當起動即將結(jié)束時起動電流會自動減下來。起動電流上升變化率和恒流值都可以任意設(shè)定，恒流值 smI 大小決定起動時間的長短。因此，起動電流上升變化率和恒流值一般應(yīng)根據(jù)負載情況與生產(chǎn)要求來設(shè)定，以便軟起動器獲得最佳 的起動過程，并減小起動損耗。 斜坡恒流軟起動方式一般適用于空載或輕載起動，也適 用于起動轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速增加而增大的負載設(shè)備，如通風機、水泵等。 tIsmI1stt 2stt圖 2 . 3 斜 坡 恒 流 軟 起 動山東科技大學繼續(xù)教育學生畢業(yè)論文用紙 第 11 頁 4. 脈沖恒流軟起動 這種起動方式在起動初始階段有一個較大的起動沖擊電流，該電流值大于設(shè)定的恒流值 smI ，從而能產(chǎn)生較大的起動沖擊轉(zhuǎn)矩去克服較大的靜摩擦阻轉(zhuǎn)矩，使設(shè)備能夠起動；然后進入恒流起動階段，直至起動結(jié)束。圖 24 表示了脈沖恒流軟起動方式的電流特性。 1stt －脈沖起動時間 2stt －恒流起動階段 圖中脈沖起動階段電流的幅值和脈沖維持時間是可以設(shè)定的。顯然，這種起動方式的起動轉(zhuǎn)矩大，適用于重載起動，如皮帶輸送機、磨煤機的帶載起動。 除了上面介紹的軟起動方式外，還有電壓與電流控制的各種組合方式，如斜坡電壓與電流限制下的軟起動，起動脈沖、斜坡電壓與電流限制下的軟起動等。 tIsmI1stt 2stt圖 2 . 4 脈 沖 恒 流 軟 起 動山東科技大學繼續(xù)教育學生畢業(yè)論文用紙 第 12 頁 軟起動的控制 對一個好的軟起動過程：應(yīng)該是對電網(wǎng)影響（包括諧波公害）小的；起動耗時短的；沖擊電流量小的；機械沖擊力小的；噪聲小的；電動機溫升小的過程；對于不同的用戶其 對每一指標的側(cè)重點不同，所以產(chǎn)生廠家為一產(chǎn)品會配置如此多的起動方式，以滿足不同的用戶需求，以達到占有市場的目的。 市場上真正達到智能化軟起動裝置的很少，許多軟起動裝置均冠以“智能化”的名字無非是提升自身產(chǎn)品的市場策略。 目前除了以 SCR 為主體的固態(tài)軟起動裝置 ,應(yīng)用中還有液壓耦合軟起動裝置 ,本文主要討論以晶閘管為主體的固態(tài)軟起動裝置。從晶閘管的觸發(fā)角控制出發(fā)，前人對于這種固態(tài)軟起動器的裝置做了許多改進和提供，如以基于 FPGA 技術(shù)對觸發(fā)電路的設(shè)計，提高觸發(fā)脈沖控制的可靠性，用 IGBT 等大功率可關(guān)斷控制器件替代晶 閘管，都取得了一定的成果，但一定程度使硬件設(shè)計變得復雜，成本提高。 對于一個智能化的軟起動裝置，首先應(yīng)該包含對軟起動過程作出評價的體系，其次能對對象作至少時離線辨識，最后裝置應(yīng)工作在反饋或前饋控制原則下，控制是在檢測的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。 對于無速度反饋環(huán)節(jié)的 SCR 軟起動裝置，電流和電壓是目前 SCR軟起動裝置所能感知的變量或者還有若干點的溫度和起動時間。 SCR 軟起動裝置無法超越它的感知能力。本課題擬對煤礦皮帶運輸機的軟起動作出分析，比較分析目前各種軟起動實施方案，根據(jù)特定的運行工況設(shè)計合理的軟起動方式，同時通過電 流閉環(huán)實現(xiàn) SCR 多方式軟起動。 通過電流閉環(huán)實現(xiàn) SCR 多方式軟起動 控制理論認為，任何確定型多變量控制系統(tǒng)，都可以由輸入變量山東科技大學繼續(xù)教育學生畢業(yè)論文用紙 第 13 頁 )(tX 到輸出變量 )(tY 的映射來描述： )]([)( tXFtY ? ，其中 )(tX 是各輸入 )(1tX 、 )(2tX ， … )(tXm 的向量表示； )(tY 是各輸出 )(1tY 、 )(2tY ， … )(tYm的向量表示； [*]F 表示映射關(guān)系， )(tX 是“象源“， )(tY 是”象“。如果指定 )(tY 中某一分量 )(tYJ （應(yīng)該是某一曲線），可以激 勵出此 )(tYJ 的)(tX 一般不唯一，其中， )(1tX 、 )(2tX ， … )(tXm 的某一組合可以實現(xiàn))(tY ，則另一組合也可以實現(xiàn) )(tY 。 但是如果對單輸入系統(tǒng)輸入變量為 )(tX ，且非零 )(tX 映射的 )(tYJ非零，則可以實現(xiàn) )(tYJ 的 )(tX 就是唯一的。這是 1－ 1 對應(yīng)的映射系統(tǒng)。這類系統(tǒng)中的任一變量都可以視為“象源“，其他一切變量均是其映射生成的”象“。 SCR 軟起動裝置和對象組成的系統(tǒng)，在對象情況不變得條件下，在起動過程范圍內(nèi)，正好就是這樣的系統(tǒng)。輸入變量 SCR 觸發(fā)角 )(t? 就是”象源“，它通過系統(tǒng)映射為“象”：由 )(tI 、 )(tU 、 )(tn 等變量表征的整個軟起動過程。也可以將電動機電壓 )(tU 或定子電流 )(tI視為“象源“，軟起動過程中一切物理量（包括 )(t? ）的變化過程均是由”象源“ )(tI 或 )(tU 映射產(chǎn)生的”象“。由于 SCR 軟起 動裝置電壓或電流閉環(huán)的響應(yīng)速度很快，又可以把電流給定 )(tI? 視同 )(tI ，電壓給定)(tU? 視同 )(tU ，只要精心構(gòu)建好 )(tI? 或 )(tU? 就可以演繹出任一種起動方式所期望的結(jié)果。 控制對象情況的變異（例如電網(wǎng)電壓、電動機溫升、負載強弱的變化）是破壞上述映射關(guān)系的擾動，由于電流閉環(huán)的抗擾 動性優(yōu)于電壓閉山東科技大學繼續(xù)教育學生畢業(yè)論文用紙 第 14 頁 環(huán)，我們多選擇 )(tI? 為“象源“。 只有存在對象較大變異頻發(fā)的條件下，才需要對電流閉環(huán)無法抑制的擾動作補償，就是按照獲悉的擾動的性質(zhì)和強隊對電流給定 )(tI? 在線修正。 所以對于 SCR 軟起動裝置只要構(gòu)建一恰當?shù)?)(0tI? ，然后建立一個好的軟起動過程評價體系，不斷改進 )(tI? ，實現(xiàn)軟起動裝置的真正智能化。 我們軟起動器的初級智能化可以通過軟件實現(xiàn)。首 先是軟起動過程的評價，綜合特定應(yīng)用對象，考慮特定起動要求，如起動電流沖擊，發(fā)熱，能量損耗、傳動系統(tǒng)的平均加速度等指標來衡量。在硬件上落實對SCR 軟起動裝置各項要求的可感知性的基礎(chǔ)上，將要求量化，再根據(jù)每一要求的重要程度給量化加權(quán)，得出評價函數(shù)，給出軟起動過程的質(zhì)量評價。其次是電流給定與起動過程映射關(guān)系離線仿真，為了軟起動映射關(guān)系仿真軟件，我們必須掌握對象的數(shù)學模型，特別是電網(wǎng)的輸出阻抗，電動機的機械特性 )(nM 和負載特性 )(nMfz 以及 折算到電動機的總飛輪慣量 ? 2GD 。仿真軟件的任務(wù)就是預測由給定的電流曲線 )(*tI 引起的整個軟起動過程。仿真軟件的輸入包括對象的數(shù)學模型和既定的 )(*tI ，它的輸出則包括 )(tn 、 )(tI 、 )(tU 、網(wǎng)壓 U 、 )(tM 、 )(tMfz 及其電機的發(fā)熱量 )(tW 等。 )(*tI 是否可用應(yīng)以仿真輸出圖形 )(tn 是否適宜為標準。 離線辨識，讓 SCR 軟起動裝置對象系統(tǒng)按任意方式作一次軟起動，山東科技大學繼續(xù)教育學生畢業(yè)論文用紙 第 15 頁 在這一過程中，采集電流 )(tI 、電壓 )(tU ，電網(wǎng)電壓、電機功率因數(shù)等，結(jié)合某些已知數(shù)據(jù)和先驗猜測，通過不斷改進吻合程 度的方法獲取對象的數(shù)學模型。起動過程中，如果同時采集 )(tn 數(shù)據(jù)對于建模的精度是大好處的，但是從硬件的組成上比較麻煩，這就需要權(quán)衡。 最后是通過軟起動過程質(zhì)量評價體系生成比較理想的電流曲線)(*tI 。 電動機起動的安全要求 電動機起動，是指電動機按正常工作條件接通電源時，從靜止狀態(tài)過渡到以一定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行的過程。為了使電動機能夠轉(zhuǎn)動起來，并能很快地達到所需的轉(zhuǎn)速而正常工作，要求電動機具有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，同時又希望起動中的電 流不太大。起動轉(zhuǎn)矩和起動電流是電動機起動性能中最重要的兩項指標、一般在電動機技術(shù)條件標準中都對它們規(guī)定了限值，以保證電動機的起動能力。如果電動機的起動轉(zhuǎn)矩相對于負載轉(zhuǎn)矩來說不夠大，那么拖動負載從靜止到達所需轉(zhuǎn)速的起動時間就會延長，嚴重時會出現(xiàn)抖動、低速爬行甚至不能起動的現(xiàn)象，同時會導致電動機發(fā)熱。 如果電動機的起動電流很大，在電網(wǎng)容量不夠大時，就會使電網(wǎng)電壓顯著下降。這會帶來兩方面的危害：一是使電動機的起動轉(zhuǎn)矩減小，不利于起動；二是會影響接在同一電網(wǎng)上的其他電動機和電氣設(shè)備的正常工作。在電動機直接接到電源上 起動 (即直接起動 )時，通常都將出現(xiàn)很大的起動電流。因此，起動電動機時必須根據(jù)電網(wǎng)容量和機械負載對起動轉(zhuǎn)矩的要求等來選擇適當?shù)钠饎臃椒?。在電網(wǎng)容量不夠大或者電動機本身不允許通過很大電流的情況下，必須采用限制或減小起動電流的山東科技大學繼續(xù)教育學生畢業(yè)論文用紙 第 16 頁 起動方法。 三相異步電動機在直接起動時，一般起動電流為其額定電流值的4～ 7 倍，起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的 1— 2 倍。在一般情況下，直接起動時起動電流引起的電壓降落，對經(jīng)常起動的電動機只要不超過 %10 ，對不經(jīng)常起動的只要不超過 %15 ，就允許采用直接起動方法，而不致影響接在同一電網(wǎng)上的其他異步電動機的正常工作。如果電網(wǎng)容量不夠大而不能直接起動時，可以采用降低電壓的辦法即降壓起動。當然，電壓降低后，起動轉(zhuǎn)矩也隨之降低了，因此降壓起動方法只適用于對起動轉(zhuǎn)矩要求不高的場合 (如驅(qū)動風機、離心泵等 )。如果既要求起動電流小、同時又要求起動轉(zhuǎn)矩大，那么就需要采用起動性能好的異步電動機，如深榴式、雙鼠籠式異步電動機，或繞線式異步電動機。 目前礦山長距離帶式輸送機的起動主要采用以下 3 種技術(shù) （ 1） 差動輪系液粘調(diào)技術(shù)。差動輪系液粘調(diào)速裝置主要由行星齒輪 減速器與可控液粘離合器組成，其主要工作原理通過調(diào)節(jié)離合器中的油壓利用摩擦片間所形成的油膜的動力粘性來傳遞動力，并控制減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速，達到輸送機的軟起動。該裝置起動時調(diào)速精度高，可以變速運行，缺點是其成本和維護費用高。 （ 2） 變頻調(diào)速裝置，變頻調(diào)速裝置主要由功率器件－IGBT 絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。其工作原理 :通過控制器來調(diào)節(jié)功率器件中的柵極，使進入功率器件的交流電源頻率發(fā)生變化，根據(jù)公式pfn 60?，改變頻率則改變電動機轉(zhuǎn)速，可使電機按一定設(shè)定的速度起動實現(xiàn)電 機的軟起動，該裝置山東科技大學繼續(xù)教育學生畢業(yè)論文用紙 第 17 頁 起動時調(diào)速精度高，可以變速運行。調(diào)速范圍大，缺點是控制裝置成本高，控制系統(tǒng)變得復雜，使用維護費用也高。 （ 3） 液力調(diào)速裝置。液力調(diào)速裝置主要由液力耦合器、電動執(zhí)行器，稀油潤滑裝置與油箱等組成。其工作原理是利用傳動介質(zhì)來傳遞動力。通過調(diào)節(jié)耦合器工作腔內(nèi)充液量的多少，來控制耦合器輸出軸的速度，達到輸送機的軟起動。該裝置起動時的調(diào)速精度高，也可變速運行，運行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，操作維護方便，價格低廉，缺點調(diào)速范圍小。 電機起動特性分析 電力拖動系統(tǒng)一般是由電動機，生產(chǎn)機械、傳動機構(gòu)、工作機構(gòu)和電源 組成，如圖所示，在電力拖動系統(tǒng)中，電動機將取自電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，帶動生產(chǎn)機械按照預期的運行規(guī)律實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程。雖然生產(chǎn)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和負載特性各部相同，但是從理論分析的角度均可以把它們抽象為單一轉(zhuǎn)軸的動力學系統(tǒng)。該系統(tǒng)只具有一個負載轉(zhuǎn)矩和一個轉(zhuǎn)動慣量。這樣便于研究 電 源傳 動 機 構(gòu)控 制 設(shè) 備 電 動 機 工 作 機 構(gòu)山東科技大學繼續(xù)教育學生畢業(yè)論文用紙 第 18 頁 圖 2－ 5 電力拖動系統(tǒng)一般組成 作用于電力拖動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩有電動機的軸轉(zhuǎn)矩 M 和負載轉(zhuǎn)矩 LM ,設(shè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量為 J ，角速度為 ? ，則角動量為 ?J ,根據(jù)動力學規(guī)律，可得到系統(tǒng)運動方程式的一般形式： dtdJdtdJJdtdMM L ??? ???? )( (2－ 1) 一般 J 為常量，則 dtdJMM L ??? (22) 拖動系統(tǒng)在起動過程中，描述系統(tǒng)狀態(tài)的運動方程為： dtdnJMM L ?? (2－ 3) 帶式輸送機的起 動參數(shù)選擇 對于帶式輸送機起動參數(shù)的要求，判斷某種軟起動起動是否滿足要求的主要依據(jù)是該軟起動系統(tǒng)能否保證輸送機的張力（決定了輸送帶和各機械部件的設(shè)計強度）和起動性能在給定的安全度內(nèi)。 在起動時 ，最大張力不大于輸送帶許用動張力，對鋼繩芯膠帶D2N22101 標準規(guī)定動安全系數(shù) ?AS 起動中 ，又為了保證輸送機平穩(wěn)，避免發(fā)生共振等動力學現(xiàn)象，輸送機的起動時間應(yīng)大于下分支輸送機帶縱向應(yīng)力波由機頭傳到機尾的時間 15CLtA? , (2－ 4) 1C －輸送機帶縱向應(yīng)力波的傳遞速度 L －輸送機的帶長 山東科技大學繼續(xù)教育學生畢業(yè)論文用紙 第 19 頁 1． 帶式輸送機軟起動參數(shù)的計算 輸送帶許用最大加速力 根據(jù) DIN22101 設(shè)計標準，輸送帶許用的最大起動張力為： ANA S BKT ?max1 (2－ 5) 式中 NK －帶強， B －帶寬， AS －動安全系數(shù) 因此輸送帶許用的最大加速度力為： uANuAu a ma s FTS BKFTTF ?????? 11m a x1 )( (2－ 6) 式中 1T －滿載起動時的張力， uF －滿載運行阻力 傳動系統(tǒng)最大有效驅(qū)動圓周力 uppNT AuA FmZmmZmnD ZiPKFr???????? ???? 129555 ?