【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由以上式得出了U1，和移相觸發(fā)角、續(xù)流角的具體關(guān)系補(bǔ)充的一點(diǎn)是，電壓波形過(guò)零與電流波形過(guò)零之間的相位角，可以近似地看作功率因數(shù)角，本論文后面的續(xù)流角檢測(cè)部分會(huì)對(duì)此詳細(xì)介紹。(1)限流軟起動(dòng)主要用于輕載啟動(dòng)。在起動(dòng)過(guò)程中限制起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值(Im)，其輸出電壓從零開始迅速增長(zhǎng)，直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后在保持輸出電流IIm的條件下逐漸升高電壓直到額定值，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。限流軟起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小、對(duì)電網(wǎng)電壓影響小，且可按需要進(jìn)行調(diào)整(起動(dòng)電流的限值Im必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)設(shè)定，Im設(shè)置過(guò)小將會(huì)使起動(dòng)失敗或燒毀電機(jī))，缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。(2)電壓斜坡起動(dòng)用于重載起動(dòng)。輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)變有級(jí)為無(wú)級(jí)。電壓斜坡起動(dòng)缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線型上升，對(duì)起動(dòng)不利，且起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)電機(jī)也不利。改進(jìn)的方法是采用雙斜坡起動(dòng)：輸出電壓先迅速升至U1（電動(dòng)機(jī)起動(dòng)所需最小轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電壓值），然后按設(shè)定的速率逐漸升壓，直至額定電壓。初始電壓及電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。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。(3)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)主要用于重載起動(dòng)，它是按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓，它的優(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)減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載起動(dòng)方式，其缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。(4)轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)同樣用于重載起動(dòng)。不同的是，突跳控制在起動(dòng)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，干擾其它負(fù)荷。(5)電壓控制起動(dòng)用于輕載起動(dòng)，在保證起動(dòng)壓降的前提下使電動(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。(1)生產(chǎn)設(shè)備精密，不允許起動(dòng)沖擊，否則會(huì)造成生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品不良后果的場(chǎng)合。(2)電動(dòng)機(jī)功率較大，若直接起動(dòng)，要求主變壓器容量加大的場(chǎng)合。(3)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)要求嚴(yán)格，對(duì)壓降要求≤10％UＮ的供電系統(tǒng)。(4)對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高，可進(jìn)行空載或輕載啟動(dòng)的設(shè)備。嚴(yán)格地講，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于額定轉(zhuǎn)矩50%的拖動(dòng)系統(tǒng)才適合用軟起動(dòng)器解決起動(dòng)沖擊問(wèn)題。重載或滿載只能采取變頻軟起動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)過(guò)流軟起動(dòng)。(5)軟起動(dòng)器的缺點(diǎn)是不能長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求很高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置上。這是因?yàn)殡姍C(jī)軟起動(dòng)器實(shí)際上是將自身電壓斜坡式抬升至最大值，停機(jī)過(guò)程中又逐漸下降至設(shè)定的關(guān)機(jī)水平來(lái)完成工作的。由于轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，連接電機(jī)無(wú)法一開始就達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩，因此軟起動(dòng)器更適合于風(fēng)扇、電梯、水泵、傳送帶等輕型易起動(dòng)設(shè)備。從20世紀(jì)70年代開始推廣利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)制作的晶閘管軟起動(dòng)器，以后又把功率因數(shù)控制技術(shù)結(jié)合進(jìn)去，以及采用微控制器代替模擬控制電路，發(fā)展成現(xiàn)代智能化電子軟起動(dòng)器。電子軟起動(dòng)器是目前最先進(jìn)也是最流行的異步電機(jī)軟起動(dòng)控制器，它是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停機(jī)、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置。相比較于傳統(tǒng)的起動(dòng)方式，其突出的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:(1)電子軟起動(dòng)器是無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的，能夠連續(xù)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)電機(jī)的起動(dòng)，而傳統(tǒng)起動(dòng)的調(diào)節(jié)是分檔的，即屬于有級(jí)調(diào)節(jié)范圍。(2)沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流小。軟起動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí)，通過(guò)逐漸增大晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)起動(dòng)電流限制在設(shè)定值以內(nèi)，因而沖擊轉(zhuǎn)矩和電流都小，也可控制轉(zhuǎn)矩平滑上升，保護(hù)傳動(dòng)機(jī)械、設(shè)備和人員。(3)恒流起動(dòng)。軟起動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中保持恒流，確保電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)。(4)根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流，節(jié)省能源。(5)這種軟起動(dòng)器體積最小，一臺(tái)開關(guān)柜能放多臺(tái)這種起動(dòng)器，節(jié)省工程造價(jià)，且故障率與維修費(fèi)用較低。同時(shí)，此軟起動(dòng)器還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制，為自動(dòng)化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。所以，這種起動(dòng)器應(yīng)是實(shí)際應(yīng)用中首選的產(chǎn)品，也是本文所要研究的軟起動(dòng)器，之后的軟起動(dòng)器若非特指，都為電子軟起動(dòng)器。原則上，籠型異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用電子軟起動(dòng)器，目前的電子軟起動(dòng)器應(yīng)用范圍是交流380v(也可660v)，電機(jī)功率從幾千瓦到800kw。軟起動(dòng)器特別適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車的場(chǎng)合。同樣對(duì)于變負(fù)載的工況，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場(chǎng)合，應(yīng)用軟起動(dòng)器(不帶旁路接觸器)則具有輕載節(jié)能的效果。目前電子軟起動(dòng)器國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家很多，可說(shuō)五花八門，雖然也有一定的市場(chǎng)份額，但在技術(shù)和市場(chǎng)占有上還是與國(guó)外廠家有很大差距的。從技術(shù)先進(jìn)性和應(yīng)用效果以及市場(chǎng)占有率來(lái)看，在整個(gè)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)能形成品牌和有影響力的大約有五家。一是“雷諾爾”，二是“ABB”，三是“施耐德”，四是“AB”，五是“西門子”。在國(guó)外，世界上許多著名的電氣公司都生產(chǎn)智能化電子軟起動(dòng)器:如GE公司生產(chǎn)的最大功率達(dá)到850kw，額定電壓500v，額定電流1180A，最大起動(dòng)電流5900A。ABB公司生產(chǎn)的最大功率達(dá)到1200kw，額定電壓690v，額定電流1000A。意大利S工E工公司生產(chǎn)的額定電壓690v，額定電流1600A。，最大功率達(dá)到10000kw。下面的表三列出了國(guó)外較著名廠商軟起動(dòng)器制造公司的低壓產(chǎn)品的一些技術(shù)性能指標(biāo)，從中可以看出軟起動(dòng)器的起動(dòng)方式及獨(dú)特功能是其他降壓起動(dòng)不可比擬的。3軟起動(dòng)器硬件設(shè)計(jì)在前幾章研究了軟起動(dòng)器控制策略的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行了軟起動(dòng)器實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的研制，并在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)中實(shí)現(xiàn)前一章介紹的幾種起動(dòng)方式和控制策略。該系統(tǒng)是通過(guò)80C51作為主控制芯片，晶閘管作為主要開關(guān)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本章從系統(tǒng)硬件框圖出發(fā)詳細(xì)進(jìn)行各部分的設(shè)計(jì)。添加了節(jié)能運(yùn)行功能的異步電機(jī)軟啟動(dòng)器主要由單片機(jī)、功率因數(shù)檢測(cè)電路、電機(jī)運(yùn)行控制電路、數(shù)據(jù)輸入A/D轉(zhuǎn)換等部分構(gòu)成。系統(tǒng)基于8位的80C51單片機(jī)開發(fā)，用于電機(jī)起動(dòng)及節(jié)能運(yùn)行過(guò)程中各控制參數(shù)的設(shè)定、輸入等。型號(hào)功率kw電壓v電流A轉(zhuǎn)速效率(%)功率因數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流額定電流Y290S4380138075在選擇雙向晶閘管時(shí)，必須仔細(xì)考慮其參數(shù)選擇。晶閘管工作中可能會(huì)遭受一些意外的瞬時(shí)過(guò)壓或過(guò)流，為了確保管子的安全運(yùn)行，在選用晶閘管時(shí)應(yīng)使其額定電壓為正常工作電壓峰值的2~3倍，: （）其中Um為雙向晶閘管額定電壓，Un為系統(tǒng)正常工作線電壓即380v雙向晶閘管多用于交流電路，因而通態(tài)時(shí)額定電流是指有效值電流。例如:，起動(dòng)電流可以高達(dá)額定電流的5~10功倍，當(dāng)僅取5倍的安全裕量后，雙向晶閘管額定通態(tài)電流為:IM=5IN=。為了使晶閘管能正常工作而不受損壞，還必須對(duì)過(guò)電壓、過(guò)電流，過(guò)高的電流引起的器件或電機(jī)溫升等進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)或抑制。本系統(tǒng)中根據(jù)市場(chǎng)情況采用的晶閘管是Semikron公司的KK1018E型晶閘管模塊，額定電壓1300v，峰值電壓1800v，額定電流為10A，能充分滿足要求。電子軟起動(dòng)器采用單片機(jī)進(jìn)行智能化控制，不但克服了傳統(tǒng)起動(dòng)的弊端，而且從根本上解決了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題。該起動(dòng)器是一種集控制，自診斷和保護(hù)與一體的小型化多功能化控制器。通過(guò)改變控制參數(shù)，就能改變電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，保證負(fù)載在要求的起動(dòng)特性下平滑起動(dòng)，并降低起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，充分體現(xiàn)了電子軟起動(dòng)靈活方便適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。在需要用軟起動(dòng)來(lái)起動(dòng)電機(jī)時(shí)，把軟起動(dòng)器按上圖所示的接法接入。在起動(dòng)過(guò)程中，旁路接觸器 Km2斷開，Km1閉合，軟起動(dòng)器接入，有控制信號(hào)控制軟起動(dòng)器運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后電動(dòng)機(jī)達(dá)到正常狀態(tài)，軟起動(dòng)結(jié)束。軟起動(dòng)器自動(dòng)切除，旁路接觸器接通，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的安全軟起動(dòng)運(yùn)行。主回路脈沖產(chǎn)生及觸發(fā)電路控制電路單片機(jī)控制電路旁路接觸器狀態(tài)信號(hào)起動(dòng)信號(hào)Uk同步信號(hào)L2L3T1T2T3L1 軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)框圖該軟啟動(dòng)器系統(tǒng)硬件由主回路，如圖所示:軟起動(dòng)器主要包括主電路部分和控制電路部分。原理簡(jiǎn)述:通過(guò)微機(jī)控制晶閘管的導(dǎo)通角，逐漸增大晶閘管的輸出電壓(也是電機(jī)的輸入端電壓)進(jìn)行異步電機(jī)軟起動(dòng)。同時(shí)控制器還要通過(guò)電壓、電流、溫度等檢測(cè)來(lái)實(shí)施過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)等功能?？驁D中各主要部分功能簡(jiǎn)述如下:(1)三相晶閘管:其中每相電路都由兩只晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成，并含有阻容吸收電路。(2)電壓檢測(cè):一方面將三相電源電壓的大小信號(hào)，送入單片機(jī)，經(jīng)A/D處理作為故障檢測(cè)、過(guò)壓及欠壓保護(hù)、電壓顯示等的依據(jù)。另一方面，將三相電源的模擬電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)，作為觸發(fā)三相晶閘管的相位信號(hào)與同步信號(hào)。(3)電流檢測(cè):通過(guò)電流互感器檢測(cè)電機(jī)的三相電流，將電流信息送入單片機(jī)中，作為過(guò)流保護(hù)、電流顯示等的依據(jù)。另一方面同樣檢測(cè)電流的相位信號(hào)。(4)功率因數(shù)角檢測(cè)電路:由于晶閘管截止時(shí)意味著沒(méi)有電流通過(guò)，即電流為零，因此晶閘管截止時(shí)刻與電源電壓即同步信號(hào)過(guò)零時(shí)刻間的相位差代表著電機(jī)的續(xù)流角度，即可測(cè)得功率因數(shù)角。該主回路采用大功率晶閘管，連接形式為反并聯(lián)，由晶閘管觸發(fā)裝置輸出兩個(gè)互相差的出發(fā)脈沖。主電路工作過(guò)程：斷開開關(guān)Km2后，控制電路的SB1按下，由單片機(jī)控制使km1閉合接通起動(dòng)電路。起動(dòng)過(guò)程中有預(yù)先在單片機(jī)中設(shè)置的晶閘管的初始導(dǎo)通角和初始電壓開始，由單片機(jī)控制，使電動(dòng)機(jī)的端電壓由預(yù)先設(shè)置的初始電壓以一種線性函數(shù)的關(guān)系逐漸上升，而這一過(guò)程則由單片機(jī)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的端電壓達(dá)到要求后，由單片機(jī)控制使Km2閉合Km1斷開。電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。由于晶閘管過(guò)流過(guò)壓能力很差，如果不采取可靠的保護(hù)措施是不能正常工作的。RC阻容吸收網(wǎng)絡(luò)就是常用的保護(hù)方法之一。我們知道，晶閘管有一個(gè)重要特性參數(shù)－斷態(tài)電壓臨界上升率div/dit。它表明晶閘管在額定結(jié)溫和門極斷路條件下，使晶閘管從斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)的最低電壓上升率。若電壓上升率過(guò)大，超過(guò)了晶閘管的電壓上升率的值，則會(huì)在無(wú)門極信號(hào)的情況下開通。即使此時(shí)加于晶閘管的正向電壓低于其陽(yáng)極峰值電壓，也可能發(fā)生這種情況。因?yàn)榫чl管可以看作是由三個(gè)PN結(jié)組成。在晶閘管處于阻斷狀態(tài)下，因各層相距很近，其J2結(jié)面相當(dāng)于一個(gè)電容C0。當(dāng)晶閘管陽(yáng)極電壓變化時(shí)，便會(huì)有充電電流流過(guò)電容C0，并通過(guò)J3結(jié)，這個(gè)電流起了門極觸發(fā)電流作用。如果晶閘管在關(guān)斷時(shí)，陽(yáng)極電壓上升速度太快，則C0的充電電流越大，就有可能造成門極在沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)的情況下，晶閘管誤導(dǎo)通現(xiàn)象，即常說(shuō)的硬開通，這是不允許的。因此，對(duì)加到晶閘管上的陽(yáng)極電壓上升率應(yīng)有一定的限制。為了限制電路電壓上升率過(guò)大，確保晶閘管安全運(yùn)行，常在晶閘管兩端并聯(lián)RC阻容吸收網(wǎng)絡(luò)。利用電容兩端電壓不能突變的特性來(lái)限制電壓上升率。因?yàn)殡娐房偸谴嬖陔姼械?變壓器漏感或負(fù)載電感)，所以與電容C串聯(lián)電阻R可起阻尼作用，它可以防止R、L、C電路在過(guò)渡過(guò)程中，因振蕩在電容器兩端出現(xiàn)的過(guò)電壓損壞晶閘管。同時(shí)，避免電容器通過(guò)晶閘管放電電流過(guò)大，造成過(guò)電流而損壞晶閘管。由于晶閘管過(guò)流過(guò)壓能力很差，如果不采取可