【文章內(nèi)容簡介】 變壓器起動(dòng)法就是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電源通過自耦變壓器降壓后接到電動(dòng)機(jī)上，待轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將自耦變壓器從電源切除，而使電動(dòng)機(jī)直接接到電網(wǎng)上轉(zhuǎn)化為正常運(yùn)行的一種起動(dòng)方法。圖 25 所示為自耦變壓器起動(dòng)的自動(dòng)控制主回路。控制過程如下：合上空氣開關(guān)Q 接通三相電源。按啟動(dòng)按鈕后 KM1 線圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時(shí)由于 KM1 輔助常開觸點(diǎn)閉合，使得接觸器 KM2 線圈通南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10電吸合，KM2 的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓抽頭(例如 65％)將三相電壓的 65％接入電動(dòng)。當(dāng)時(shí)間繼電器 KT 延時(shí)完畢閉合后，KM1 線圈斷電，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時(shí) KM2 線圈斷電，切斷自耦變壓器電源，使 KM3 線圈得電吸合，KM3 主觸頭接通電動(dòng)機(jī)在全壓下運(yùn)行。自耦變壓器一般有 65％和 80％額定電壓的兩組抽頭。若自耦變壓器的變比為 k，與直接起動(dòng)相比，采用自耦變壓器起動(dòng)時(shí)，其一次側(cè)起動(dòng)線電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都降低到直接起動(dòng)的 l／k 2。自耦變壓器起動(dòng)法不受電動(dòng)機(jī)繞組接線方式(丫接法或△接法)的限制，允許的起動(dòng)電流和所需起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可通過改變抽頭進(jìn)行選擇，但設(shè)備費(fèi)用較高。圖 25 異步電動(dòng)機(jī)的自耦變壓器起動(dòng)法自耦變壓器起動(dòng)適用于容量較大的低壓電動(dòng)機(jī)作減壓起動(dòng)用，應(yīng)用非常廣泛，有手動(dòng)及自動(dòng)控制線路。其優(yōu)點(diǎn)是電壓抽頭可供不同負(fù)載起動(dòng)時(shí)選擇；缺點(diǎn)是質(zhì)量大、體積大、價(jià)格高、維護(hù)檢修費(fèi)用高。 軟啟動(dòng)軟起動(dòng)可分為有級(jí)和無級(jí)兩類，前者的調(diào)節(jié)是分檔的，后者的調(diào)節(jié)是連續(xù)的。在電動(dòng)機(jī)定子回路中，通過串入限流作用的電力器件實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，叫做降壓或者限流軟起動(dòng)。它是軟起動(dòng)中的一個(gè)重要類別。按限流器件不同可分為：以電解液限流的液阻軟起動(dòng)；以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動(dòng)；以晶閘管為限流器件的晶閘管軟南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11起動(dòng)。晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品問世不過 30 年左右的時(shí)間，它是當(dāng)今電力電子器件長足進(jìn)步的結(jié)果。10 年前，電氣工程界就有人預(yù)言，晶閘管軟起動(dòng)將引發(fā)軟起動(dòng)行業(yè)的一場革命。目前在低壓(380V) 內(nèi)，晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品價(jià)格已經(jīng)下降到液阻軟起動(dòng)的大約 2 倍，甚至更低。而其主要性能卻優(yōu)于液阻軟起動(dòng)。與液阻軟起動(dòng)相比，它的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)量小，功能齊全，菜單豐富，起動(dòng)重復(fù)性好，保護(hù)周全，這些都是液阻軟起動(dòng)無法比擬的。但是晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品也有缺點(diǎn)。一是高壓產(chǎn)品的價(jià)格太高，是液阻軟起動(dòng)產(chǎn)品的 5～10 倍，二是晶閘管引起的高次諧波比較嚴(yán)重。 軟起動(dòng)的原理及分析 晶閘管調(diào)壓原理晶閘管的控制方式有兩種：一是相位控制，即通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)壓；二是周波控制，即把晶閘管作為靜止接觸器，交替的接通與切斷幾個(gè)周波的電源電壓，用改變接通時(shí)間與切斷時(shí)間之比來控制輸出電壓的有效值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。但周波控制用在異步電機(jī)定子上時(shí)，通斷交替的頻率不能太低，一方面會(huì)引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，另一方面每次接通電流就相當(dāng)于一次異步電動(dòng)機(jī)的重起動(dòng)過程。當(dāng)電源切斷時(shí)，電動(dòng)機(jī)氣隙中的磁場將由轉(zhuǎn)子中的瞬態(tài)電流來維持，并隨著轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn)，氣隙磁場在定子繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)頻率將有所變化，當(dāng)斷流時(shí)問隔較長時(shí)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場在定子中感應(yīng)的電勢(shì)和重新接通時(shí)的電源電壓在相位上可能會(huì)有很大的差別，這樣就會(huì)出現(xiàn)較大的電流沖擊，可能危及晶閘管的安全。故在異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓控制中，晶閘管調(diào)壓一般采用相位控制。采用相位控制時(shí)，輸出電壓波形已不是正弦波，經(jīng)分析可知，輸出電壓不含偶次諧波，奇次諧波中以三次諧波為主要成分。諧波在異步電機(jī)中會(huì)引起附加損耗，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等不良影響。此外，由于異步電機(jī)是感性負(fù)載，從電力電子學(xué)中可以知道，當(dāng)晶閘管交流調(diào)壓回路帶有感性負(fù)載時(shí)，只有當(dāng)移相角大于負(fù)載的功率因數(shù)角時(shí)，才能起到調(diào)壓的作用。當(dāng) 時(shí)，電流導(dǎo)通的時(shí)間將始終保??持在 180176。其情況與 =0 時(shí)一樣，相控不起任何調(diào)壓作用，甚至在晶閘管觸發(fā)脈沖不?夠?qū)挼那闆r下，出現(xiàn)只有一個(gè)方向上的晶閘管工作，負(fù)載上出現(xiàn)直流分量，對(duì)晶閘管南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12造成危害。為了保證晶閘管的安全，在使用相控晶閘管電路時(shí)采用寬脈沖觸發(fā)，移相范圍限制在 ≤ 180176。??本系統(tǒng)軟起動(dòng)器采用晶閘管調(diào)壓原理，通過調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子輸入端電壓的大小和相位實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)的各種功能。本系統(tǒng)軟起動(dòng)器采用了如圖 26 所示的主電路。用三組反并聯(lián)晶閘管分別串聯(lián)在星形接法的電機(jī)三相定子線圈上，這種連接方式諧波比較少，調(diào)壓性能最為優(yōu)越，控制系統(tǒng)簡單、可靠。圖 26 軟起動(dòng)主回路原理圖為了方便分析，做以下假定：(1)電源為三相對(duì)稱的正弦電壓源，內(nèi)阻抗為零；(2)各晶閘管的特性一致，對(duì)稱觸發(fā)，關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，其阻抗為無窮大；導(dǎo)通狀時(shí)壓降為零；(3)電機(jī)為理想電機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子繞組在空間產(chǎn)生正弦分布的磁通勢(shì)；(4)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為常數(shù)。由于主電路中沒有中線，因此在工作時(shí)若要負(fù)載電流流通，至少要有兩相構(gòu)成通路。其中一相是正向晶閘管導(dǎo)通，另一相則是反向晶閘管導(dǎo)通。為了保證在電路起始工作時(shí)有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，以及在感性負(fù)載與控制角較小時(shí)仍能保證不同相的兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，本系統(tǒng)采用了能夠產(chǎn)生大于 60176。的雙窄脈沖的觸發(fā)電路。要實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)，需要控制電機(jī)的輸入電壓，使其按照某種曲線由小到大逐漸上升。通過按照一定時(shí)序調(diào)整六個(gè)晶閘管的觸發(fā)角就可以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。該電路的調(diào)壓實(shí)質(zhì)是對(duì)電源電壓進(jìn)行斬波。電機(jī)獲得的電壓是非正弦的，但是每相電壓的正負(fù)半周是對(duì)稱的。晶閘管任意一相的電壓波形如圖 27 所示，其中電網(wǎng)電壓的波形是完整的正弦波， 是晶閘管的觸發(fā)角， 是負(fù)載的功率因數(shù)角(也叫晶閘管的續(xù)流??角)， 是晶閘管的導(dǎo)通角。?南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13 由圖 27 可以很容易地推導(dǎo)出觸發(fā)角 ，功率因數(shù)角 以及導(dǎo)通角 之間的關(guān)系： ??? 公式(215)??????圖 27 任意相晶閘管的工作波形 其中晶閘管的輸出電壓是介于導(dǎo)通角 之間的波形。通過改變導(dǎo)通角 的大小，就??可以改變晶閘管的輸出電壓，從而改變了電機(jī)的輸入電壓。由式(215)可以得知，導(dǎo)通角 與觸發(fā)角 、功率因數(shù)角 都有關(guān)。對(duì)于恒定的負(fù)載而言，功率因數(shù)角 是常量，??? ?導(dǎo)通角 僅僅與觸發(fā)角 有關(guān)。此時(shí)，只要改變晶閘管觸發(fā)角 就可以改變晶閘管的?輸出電壓。但是對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)而言，功率因數(shù)角 是個(gè)變量，并且是電機(jī)轉(zhuǎn)速的函?數(shù)。在電機(jī)起動(dòng)過程中，隨著轉(zhuǎn)速逐漸變大，功率因數(shù)角 也在不斷變化。因此，改變晶閘管觸發(fā)角 的同時(shí)也要兼顧功率因數(shù)角 的變化情況。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)異?步電動(dòng)機(jī)的輸入電壓按照預(yù)定規(guī)律變化的要求 [4]。 軟起動(dòng)的起動(dòng)方式軟起動(dòng)器的功能主要是實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)和軟停車，而軟停車相當(dāng)于是軟起動(dòng)的逆過程。三相異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器擁有多種起動(dòng)模式，可以滿足不同的起動(dòng)要求。下面詳細(xì)介紹：(1)限流起動(dòng)限流起動(dòng)就是在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程中限制其起動(dòng)電流不超過某一設(shè)定值 Im 的軟起動(dòng)方式，起動(dòng)波形如圖 28 所示。主要用于輕載起動(dòng)的降壓起動(dòng)，其輸出電壓從零開始迅速增長，直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值 Im，然后保持輸出電流不大于該值的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓。這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整起動(dòng)電流的限定值 Im。其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14利用壓降空間，損失起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長。該方法應(yīng)用較多，適用于風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載。圖 28 限流啟動(dòng)波形 (2)電壓斜坡起動(dòng)輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的有級(jí)降壓起動(dòng)變?yōu)闊o級(jí)，主要用在重載起動(dòng)。它的缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線型上升對(duì)起動(dòng)不利，起動(dòng)時(shí)間長，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。改進(jìn)的方法是采用雙斜坡起動(dòng)，如圖 29 所示。輸出電壓先迅速升至 U(U，為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需的最小轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電壓值)，然后按設(shè)定的斜率逐漸升高電壓。直至達(dá)到額定電壓，初始電壓和電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。在加速斜坡時(shí)同期聞，電動(dòng)機(jī)電壓逐漸增加，加速斜坡時(shí)間在一定時(shí)間范圍內(nèi)可調(diào)整，加速斜坡時(shí)間一般在 2～60 秒之間。這種起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)電流相對(duì)較大，但起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較短，適用于重載起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。圖 29 電壓斜坡啟動(dòng)波形 (3)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)主要用于重載起動(dòng)，如圖 210 所示。它是按照電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓。其優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑、柔性好、對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有利，同時(shí)減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，使最優(yōu)的重載起動(dòng)方式。其缺點(diǎn)就是起動(dòng)時(shí)間較長。南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15圖 210 轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)波形(4)轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng) 轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)一樣，也是用在重載起動(dòng)的場合。所不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩，克服拖動(dòng)系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，可縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其他負(fù)荷。轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)如圖211 所示。圖 211 轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)波形(5)電壓控制起動(dòng)電壓控制起動(dòng)是在保證起動(dòng)壓降一定的前提下使電動(dòng)機(jī)獲得最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能地縮短起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟起動(dòng)方式，如圖 212 所示。 圖 212 電壓控制起動(dòng)波形南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）163 軟啟動(dòng)器的硬件電路設(shè)計(jì) 主要器件的介紹 KJ004功能介紹該電路由同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏移電壓、移電壓綜合比較放大電路和功相率放大電路四部分組成。元件引腳功能見表 31：鋸齒波的斜率決定于外接RRW1 流出的充電電流和積分 C1 的數(shù)值。對(duì)不同的移項(xiàng)控制 V1，只有改變RR2 的比例，調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移 VP。同時(shí)調(diào)整鋸齒波斜率電位器 RW1，可以使不同的移相控制電壓獲得整個(gè)范圍。觸發(fā)電路為正極性型，即移相電壓增加，導(dǎo)通角增大。R7 和 C2 形成微分電路，改變 R7 和 C2 的值，可獲得不同的脈寬輸出。KJ004 的同步電壓為任意值 表 31 KJ004 的引腳功能表功 能 輸出 空 鋸齒波形成 Vee(1kΩ) 空 地 同步輸入 綜合比較 空 微分阻容 封鎖調(diào)制 輸出 +Vcc引線腳號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16電路采用雙列直插 C—16 白瓷和黑瓷兩種外殼封裝，外型尺寸按電子工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)。 《半導(dǎo)體集成電路外型尺寸》SJ1100—76圖３1 KJ004 引腳圖 與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個(gè)環(huán)節(jié)。南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1711216115143943578R23+15V +5V+15VRP1R24R2R20P4 R5R13R4R67R8R1210R114R19R13R256R27 R28R20R2R16R17R21R18R15V32V1 V181920V45V6 V13V14156V9101V8V7V17S5VS12S3S4 S6S7S8S9D1 D23VD56D7C1 C2ubcous圖 32 KJ004 電路原理圖KJ004 參數(shù)及限制電源電壓：直流+15V、15V，允許波動(dòng)177。5%（177。10%時(shí)功能正常） 。 電源電流：正電流≤15mA，負(fù)電源≤10 mA。 同步電壓：任意值。 同步輸入端允許最大同步電流：6mA（有效值） 。 移相范圍：≥170176。（同步電壓 30V，同步輸入電阻 15KΩ） 。 鋸齒波幅度：≥10V（幅度以鋸齒波平頂為準(zhǔn)） 。 輸出脈沖：（1）寬度：400μs ～2ms(通過改變脈寬阻容元件達(dá)到)。 （2）幅度：≥13V。 （3）KJ004 最大輸出能力：100mA（流出脈沖電流） 。 （4）輸出管反壓：BVCEO≥18V（測試條件 Ie≤100μA） 。 正負(fù)半周脈沖相位不均衡≤177。3176。 。 使用環(huán)境溫度為四級(jí)：C:0～70℃ R:55～85℃ E: 40～85℃ M:55～125℃南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18 KJ041功能介紹　　KJ041 六路雙脈沖形成器是三相全控橋式觸發(fā)線路中常用的電路，它具有雙脈沖形成和電子開關(guān)控制封鎖雙脈沖形成功能。使用兩個(gè)有電子開關(guān)控制的 KJ041 電路組成邏輯控制，適用于正、反組可逆晶閘管電力電子成套裝置（如正、反邏輯無環(huán)流直流調(diào)速的十二相晶閘管整流設(shè)備中）。主要參數(shù)及限制（1）電源電壓：DC +15V177。10%（2）電源電流： ≤20mA（3）輸出脈沖最大負(fù)載電流：≤20mA （4）輸出脈沖幅值：≥1V（5）輸入端二極管最高承受反壓：≥30V（6）控制端正向電流：≤3mA（7） 允許使用環(huán)境溫度：Ⅰ類品為55～+125 176。C ；Ⅱ類品為55～+85176。C；Ⅲ類品為40 ～+85176。C；Ⅳ 類品為10～+70176。C 。7K J 0 4 1圖 33 KJ041 的引腳排列（引腳向下）各引腳的功能及用法：１）輸出引腳引腳 15：對(duì)應(yīng) 1 與 2 的“或”輸出端，使用中，接觸發(fā) A 相正半周晶閘管的功率放大單元輸入端；引腳 14：對(duì)應(yīng) 3 與 2 的“或”輸出端，使用中，接觸發(fā) C 相負(fù)半周晶閘管的功率放大單元輸入端；引腳 13：對(duì)應(yīng) 3 與 4 的“或”輸出端，使用中，接觸發(fā) B 相正半周晶閘管的功率放大單元輸入端；