【正文】 ,根據(jù)動力學(xué)規(guī)律，可得到系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)動方程為： dtdnJMM L ?? (2－ 3) 帶式輸送機(jī)的起 動參數(shù)選擇 對于帶式輸送機(jī)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(jī)的張力（決定了輸送帶和各機(jī)械部件的設(shè)計強(qiáng)度）和起動性能在給定的安全度內(nèi)。該裝置起動時的調(diào)速精度高，也可變速運(yùn)行，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡單，操作維護(hù)方便，價格低廉，缺點(diǎn)調(diào)速范圍小。 （ 3） 液力調(diào)速裝置。該裝置起動時調(diào)速精度高，可以變速運(yùn)行，缺點(diǎn)是其成本和維護(hù)費(fèi)用高。當(dāng)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(fēng)機(jī)、離心泵等 )。在電網(wǎng)容量不夠大或者電動機(jī)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(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 16 頁 起動方法。 如果電動機(jī)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。 電動機(jī)起動的安全要求 電動機(jī)起動，是指電動機(jī)按正常工作條件接通電源時，從靜止?fàn)顟B(tài)過渡到以一定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的過程。 )(*tI 是否可用應(yīng)以仿真輸出圖形 )(tn 是否適宜為標(biāo)準(zhǔn)。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。 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(bǔ)償，就是按照獲悉的擾動的性質(zhì)和強(qiáng)隊對電流給定 )(tI? 在線修正。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。 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。 SCR 軟起動裝置無法超越它的感知能力。 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。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(jī)、磨煤機(jī)的帶載起動。 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(fù)載設(shè)備，如通風(fēng)機(jī)、水泵等。從圖中可以看出，電動機(jī)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。 stt －恒流起動時間 Ut圖 2 . 1 斜 坡 電 壓 起 動Isttt圖 2 . 2 恒 流 軟 起 動山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 10 頁 圖 22 表示了這種恒流軟起動方式的電流特性。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 9 頁 圖 中，起動電壓先以設(shè)定的速率增加，然后再轉(zhuǎn)為額定電壓。均提供了眾多的可資遴選的起動方式；其中 SIEI 公司提供的起動方式就有 10 種之多：普通負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)起動、高起動轉(zhuǎn)矩負(fù)載、常用泵、需帶突跳起動的泵、輕型傳輸帶、重型傳輸帶、小慣量風(fēng)機(jī)、大慣量風(fēng)機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、螺旋式壓縮機(jī)。 軟起動的方式主要指軟起動裝置按什么原則規(guī)律將電動機(jī)從零速升至額定轉(zhuǎn)速。為了使電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時達(dá)到它的額定轉(zhuǎn)矩，在經(jīng)歷了預(yù)先設(shè)定的時間后，又從星形接線轉(zhuǎn)換到三角形接線，在轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的電流峰值反作用于供電電網(wǎng)；同樣，此時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩沖擊使傳動單元還是落入“硬起動”的俗套。眾所周知，電動機(jī)起動時刻出現(xiàn)的起動電流最高可達(dá)電動機(jī)額定電流的 15 倍，這樣大的電流不僅加重了進(jìn)線、供電電網(wǎng)以及接在電動機(jī)前面的開關(guān)電器的負(fù)荷，而且同時出現(xiàn)的巨大轉(zhuǎn)矩又會使電動機(jī)發(fā)生猛烈的沖振，并且也給用作動力傳輸?shù)妮o助設(shè)備（例如三角皮帶、變速機(jī)構(gòu)）和做功的機(jī)械設(shè)備帶來不可避免的機(jī)械沖擊。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 7 頁 2. 電動機(jī)的軟起動 與傳統(tǒng)起動設(shè)備相比，軟起動器具有更好的起動控制性能及保護(hù)性能。但它們還存在著明顯不足之處，如沒解決電動機(jī)起動瞬間電流沖擊問題，而且上述起動設(shè)備在起動過程中需進(jìn)行電壓切換，電動機(jī)也將有瞬時大電流沖擊問題。 5. 部分繞組起動 若正常運(yùn)行電動機(jī)的定子每相繞組由兩條或多條并聯(lián)支路組成。 根據(jù)延邊三角形接法時的特點(diǎn)，定子每相繞組所承受的電壓，小于三角形接法時的電壓 1U ,但大于星形接法時的 31U 。延邊三角形起動方法是從 ??Y 起動方法演變而來的，不同之處僅在定子每相繞組中多一個中間抽頭。而自耦變壓器起動的優(yōu)點(diǎn)在于不受定子繞組接法的限制并且變比 ak 可以改變。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 5 頁 3. 自耦變壓器起動 這種起動方法是利用一臺降壓的自耦變壓器又稱起動補(bǔ)償器，使加在定子繞組上的電壓降低，待起動完畢后，再把電動機(jī)直接接到電源。當(dāng)電動機(jī)定子繞組改為星形接法起動時，這時施加在定子每相繞組上的電壓降為31UUY ?，因此 Y 接法時起動電流kstY ZUI 31? ，可見 ??Y 起動時，電源供給的起動電流僅為 ?接法直接起 動時的 31 。 2. 星型－三角型轉(zhuǎn)換降壓起動（ ??Y ）， ??Y 起動的方法只適用于正常運(yùn)行時定子繞組接成三角形的電動機(jī)。由于起動時定子繞組串入的電抗器起到分壓作用，使加在電機(jī)上的端電壓降低，故減小了起動電流。如果直接起動引起電壓降落超過 %15 ，可采用降壓起動的方法 降壓起動 降壓起動就是降低電機(jī)端電壓的方法來限制起動電流，待起動完畢后，再切換到額定端電壓下運(yùn)行。但是否采用此法起動，主要取決于供電變壓器容量的大 小。這種起動方法的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備少，線路簡單，但起動電流大。對異步電動機(jī)起動性能的基本要求有：足夠大的起動倍數(shù)Nstst MMK ? ；盡可能小的起動電流倍數(shù) NstII ；起動時間短，能符合生產(chǎn)技術(shù)要求；起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠等。由于輸送帶成本在山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 2 頁 帶式輸送機(jī)整機(jī)費(fèi)用中占 40%～ 60%,因而采取有效措施控制起動張力 ,降低輸送帶強(qiáng)度 ,具有很可觀的經(jīng)濟(jì)效益。由于帶載起動 ,且?guī)佥^高 ,起動時間過短會引發(fā)物料與輸送帶之間的相對運(yùn)動 ,從而發(fā)生滾料現(xiàn)象 ,這一點(diǎn)對傾角運(yùn)輸尤為重要。但隨著礦山生產(chǎn)能力的不斷提高 ,帶式輸送機(jī)朝著大功率、長距離、大運(yùn)量、高速度方向發(fā)展 ,輸 送機(jī)的起動將直接影響到該機(jī)能否正常運(yùn)行。 問題的提出 異步電動機(jī)自發(fā)明一百年以來，因其結(jié)構(gòu)簡單牢固、成本低、可靠性高和高性能，已經(jīng)成了工業(yè)應(yīng)用的寵兒，成為經(jīng)典傳動的核心成員。早期帶式輸送機(jī)由于其功率小、運(yùn)距短、速度低、電機(jī)與減速器之間一般采用剛性聯(lián)軸器或液力聯(lián)軸器即可滿足起動要求。 (2) 必須延長起動時間 ,確保起動的平穩(wěn)性。 (4) 起動張力增大引起輸送帶強(qiáng)度提高。 不同負(fù)載和不同供電電網(wǎng)的容量，對電動機(jī)起動性能的要求是不一樣的。直接起動即全壓起動，通過開關(guān)或接觸器將額定電源直接加 在電動機(jī)的定子繞組上，使電動機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)逐漸加速到穩(wěn)定運(yùn)行。 就電動機(jī)本身而言，籠型異步電動機(jī)都允許在額定電壓下直接起動。 在電網(wǎng)容量足夠大，起動電流不致引起顯著的電壓降落時，如果沒有其他特殊的起動要求，應(yīng)優(yōu)先采用直接起動。常用的幾種降壓起動方法有： 1. 定子電路串電抗起動 定子電路串電抗起動，接通電源前，先將電抗串入定子繞組，起動時合上電源開關(guān)，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，再將電抗切除。因此，該起動方法只能用于空載或輕載起動。當(dāng)定子繞組為 ? 接法時，電動機(jī)直接起動時的線電流 ?stI 為：kst ZUI 13?? ，式中， 1U 為電動機(jī)額定線電壓?，F(xiàn)在星三角磁力起動器依然應(yīng)用很普遍。而 stI 只是自耦變壓器的副邊電流，自耦變壓器的原邊電流才是由電源提供的起動電流 ?stI ，其值為：stNastast IkIkI 211 ???.由于電機(jī)端電壓降為（aNkU ），所以自耦變壓器和 ??Y 起動具有相同的性質(zhì)，其起動和由電源提供的起動電流減少的倍數(shù)是一樣的。 4. 延邊三角形起動 ??Y 起動方法設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)性好，但起動轉(zhuǎn)矩只有額定電壓起動時的 31 ，因此只能適用于空載或輕載起動，不適用于各種不同起動要求。它象一個三角形的三個邊延長，故 稱延邊三角形起動。這樣起動方法的缺點(diǎn)是定子繞組的制造比較負(fù)載。 6. 電機(jī)的軟起動 前面介紹異步電動機(jī)的起動方法與設(shè)備，如 ??Y 降壓起動、自耦變壓器降壓起動等，較大程度地緩解了在供電變壓器容量相對不夠大時電動機(jī)起動的矛盾。這種軟起動器使得電動機(jī)起動平穩(wěn)，對電網(wǎng)沖擊小，還可以實現(xiàn)電動機(jī)軟停車、軟制動，以及電動機(jī)的過載、缺相等保護(hù)，還能實現(xiàn)電動機(jī)輕載節(jié)能運(yùn)行等。在這漫長的歲月中，它為奠定與發(fā)展這項經(jīng)典的傳動技術(shù)樹立了豐碑，然而，電動機(jī)的起動特 性卻一直舉步維艱，難以跨出“硬起動”的框框。在電動機(jī)繞組星形接線時，電動機(jī)電流僅為三角形接線時的 31 ，遺憾的是電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩也同樣降低到三角形接線時的 31 。國內(nèi)外已有各種 SCR 為主體的電子式固態(tài)起動器出現(xiàn)在市場上。其他軟起動裝置 有西門子、 AB、ABB 等公司的產(chǎn)品，其中不外乎上面集中起動方式，各軟起動裝置廠家為方便用戶、增加產(chǎn)品的適應(yīng)性。圖 21斜坡電壓控制示意圖。起動 時電動機(jī)的起動電流保持恒定 (即限定起動電流 )，其電流限定值Ism 通常在電機(jī)額定電流的 － 倍之間選擇。 1stt －斜坡起動時間 2stt －恒流起動階段 圖 表示了斜坡恒流軟起動方式的電流特性。因此，起動電流上升變化率和恒流值一般應(yīng)根據(jù)負(fù)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。 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。 市場上真正達(dá)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。 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(diǎn)的溫度和起動時間。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 。 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)。 控制對象情況的變異（例如電網(wǎng)電壓、電動機(jī)溫升、負(fù)載強(qiáng)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(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 14 頁 環(huán)，我們多選擇 )(tI? 為“象源“。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(biāo)來衡量。仿真軟件的輸入包括對象的數(shù)學(xué)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(jī)的發(fā)熱量 )(tW 等。 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 。如果電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩相對于負(fù)載轉(zhuǎn)矩來說不夠大，那么拖動負(fù)載從靜止到達(dá)所需轉(zhuǎn)速的起動時間就會延長，嚴(yán)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(dǎo)致電動機(jī)發(fā)熱。因此，起動電動機(jī)時必須根據(jù)電網(wǎng)容量和機(jī)械負(fù)載對起動轉(zhuǎn)矩的要求等來選擇適當(dāng)?shù)钠饎臃椒?。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。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(dá)到輸送機(jī)的軟起動。調(diào)速范圍大，缺點(diǎn)是控制裝置成本高，控制系統(tǒng)變得復(fù)雜，使用維護(hù)費(fèi)用也高。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(dá)到輸送機(jī)的軟起動。該系統(tǒng)只具有一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩和一個轉(zhuǎn)動慣量。 異步電動機(jī)起動的機(jī)械特性 由電機(jī)學(xué)原理，可作如下假設(shè) a 忽略空間和時間諧波 、 b 忽略磁飽和 、 c 忽略鐵損耗，可畫出如圖所示的感應(yīng)電機(jī)等效電路圖： 圖 26 異步電動機(jī) T 型等效電路 圖中， 1?U 為定子電壓； 1?E 為定子電勢； 1?I 為定子電流； mI? 為勵磁電流； s 為轉(zhuǎn)差率； 1r 、 1x 為定子繞組的電阻和漏抗； 1r? 、 ?2x 為轉(zhuǎn)子繞組的電阻和電抗的折算值； mr 為與定子鐵芯損耗相對應(yīng)的等值電阻； mx 為與主磁通相對應(yīng)的定子繞組電路的電抗；21 rss ??為與輸出功率相對應(yīng)的附加電阻。 山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙 第 25 頁 圖 2－ 7 電壓比 UK 曲線 [24] 起動條件 NMem s t MKM 2? ， stNU ZtIUt