【正文】 使不同的移相控制電壓獲得整個(gè)范圍。元件引腳功能見(jiàn)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。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。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其他負(fù)荷。XX 大學(xué) XX 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(chǎng)合。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。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。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。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。它的缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線(xiàn)型上升對(duì)起動(dòng)不利，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。該方法應(yīng)用較多，適用于風(fēng)機(jī)，泵類(lèi)負(fù)載。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。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(guò)程中限制其起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值 Im 的軟起動(dòng)方式，起動(dòng)波形如圖 28 所示。 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(chē)，而軟停車(chē)相當(dāng)于是軟起動(dòng)的逆過(guò)程。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。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)。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)。通過(guò)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。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。該電路的調(diào)壓實(shí)質(zhì)是對(duì)電源電壓進(jìn)行斬波。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(xiàn)由小到大逐漸上升。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。由于主電路中沒(méi)有中線(xiàn)，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。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(xiàn)圈上，這種連接方式諧波比較少，XX 大學(xué) XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12調(diào)壓性能最為優(yōu)越，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠。?本系統(tǒng)軟起動(dòng)器采用晶閘管調(diào)壓原理，通過(guò)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。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)晶閘管造成危害。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。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。當(dāng)電源切斷時(shí)，電動(dòng)機(jī)氣隙中的磁場(chǎng)將由轉(zhuǎn)子中的瞬態(tài)電流來(lái)維持，并隨著轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn)，氣隙磁場(chǎng)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(wèn)隔較長(zhǎng)時(shí)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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。 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(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)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(lái)控制輸出電壓的有效值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。但是晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品也有缺點(diǎn)。而其主要性能卻優(yōu)于液阻軟起動(dòng)。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(chǎng)革命。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起動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)定子回路中，通過(guò)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)。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。自耦變壓器起動(dòng)法不受電動(dòng)機(jī)繞組接線(xiàn)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(guò)改變抽頭進(jìn)行選擇，但設(shè)備費(fèi)用較高。自耦變壓器一般有 65％和 80％額定電壓的兩組抽頭。按啟動(dòng)按鈕后 KM1 線(xiàn)圈通電吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線(xiàn)圈接成星形，與此同時(shí)由于 KM1 輔助常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使得接觸器 KM2 線(xiàn)圈通電吸合，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)。圖 25 所示為自耦變壓器起動(dòng)的自動(dòng)控制主回路。由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，該方法只適合于輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。由控制電路中的時(shí)間繼電器 KT 確定星三角切換的時(shí)間。KM2 閉合時(shí)，定子繞組為星形(丫)接法，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。 圖 24 為星 三角形起動(dòng)法的原理圖。K MM3~F U 2F U 3F U 1RF RQU V W圖 23 定子串電阻或電抗起動(dòng)原理圖(2)星三角形(丫△)起動(dòng)星三角形起動(dòng)法是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，定子繞組為星形(丫)接法，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將繞組切換為三角形(△ )接法，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行的一種起動(dòng)方式。 如圖 23 所示：當(dāng)起動(dòng)電機(jī)時(shí)，合上開(kāi)關(guān) Q，交流接觸器 KM 斷開(kāi)，使電源經(jīng)電阻或電抗 R 流進(jìn)電機(jī)。因此，這種起動(dòng)方法僅僅適用于空載或輕載起動(dòng)場(chǎng)合。由三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路可知：起動(dòng)電流正比于定子繞組的電壓，因而定子繞組串電阻或電抗可以達(dá)到減小起動(dòng)電流的目的。因此，減壓起動(dòng)方法一般只適用于輕載或空載情況。M3~F U 1 F U 2F U 3K M圖 22 直接啟動(dòng)原理圖 傳統(tǒng)減壓起動(dòng)減壓起動(dòng)是在起動(dòng)時(shí)先降低定子繞組上的電壓，待起動(dòng)后，再把電壓恢復(fù)到額定XX 大學(xué) XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8值。如果功率大于7．5kW，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求的話(huà)，電動(dòng)機(jī)也可允許直接起動(dòng)。這是因?yàn)?Ts 及 Tm 均與電網(wǎng)電壓的平方成正比，電網(wǎng)電壓的顯著下降，可使 Ts 及 Tm 均下降到低于 Tz。然而這種起動(dòng)方法有諸多不足。根據(jù)對(duì)國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際測(cè)量，某些籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流甚至可以達(dá)到 8～12 倍。起動(dòng)時(shí)通過(guò)一些直接起動(dòng)設(shè)備，將全部電源電壓(即全壓)直接加到異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下進(jìn)行起動(dòng)。下面就分別做詳細(xì)介紹。下面針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，分析起動(dòng)方式的原理和應(yīng)用。而異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性主要表現(xiàn)在起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩兩個(gè)方面：希望電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)能產(chǎn)生足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以便帶動(dòng)負(fù)載快速地達(dá)到正常轉(zhuǎn)速；同時(shí)，也希望起動(dòng)電流不要太大。st UIrx?由式(212)和式(213)可知，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于定子端電壓的平方，起動(dòng)電流正比于定子電壓。stpUrTfx???????同時(shí)，由于激磁電流相對(duì)較小即 ， 近似為 1，由式(26)的啟動(dòng)電流為：0mI??1mx?????? (213)???22139。239。39。)UIrxs?將式(210)代入(29)得： (211)??211 239。39。由式(27)和式(28)可得：XX 大學(xué) XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6 (29)21039。39。其中 Pem 為： (27)1221239。()(39。39。39。基于 T 形等效電路的數(shù)學(xué)模型為： (21) 111uE ()Zirjxi?????? (22)2Ijs（ +） (23)12mii?? (24)??2E39。r m 代表與定子鐵心損耗所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電阻，x m 代表與主磁通相對(duì)應(yīng)的鐵心磁路的勵(lì)磁電抗。在不改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的物理量和異步電機(jī)的電磁性能的前提下，經(jīng)頻率和繞組的計(jì)算，把異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的頻率、相數(shù)、每相有效串聯(lián)匝數(shù)都?xì)w算成和定子繞組一樣，即可用歸算過(guò)的基本方程式推導(dǎo)出異步電動(dòng)機(jī)的等效電路。 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程的分析 為了研究三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等變量的關(guān)系，進(jìn)而分析異步電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和所外加電壓的關(guān)系，就要研究電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。2 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制的研究 交流三相異步電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)啟動(dòng)技術(shù)，如定子串電阻/電抗器啟動(dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)、星形三角形降壓?jiǎn)?dòng)、轉(zhuǎn)子串電阻或頻敏變阻器啟動(dòng)等，在交流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)技術(shù)發(fā)展過(guò)程中都有過(guò)重要應(yīng)用。(4)用 PROTEL 繪制系統(tǒng)的原理圖。包括主電路，觸發(fā)電路，檢測(cè)電路，XX 大學(xué) XX 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4控制電路，驅(qū)動(dòng)電路等。結(jié)合各方面的因素及實(shí)際情況，本課題研究的內(nèi)容主要有：(1)研究三相調(diào)壓軟起動(dòng)的基本原理，對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分析，對(duì)軟起動(dòng)控制策略進(jìn)行研究。隨著數(shù)字直流 PWM 調(diào)壓技術(shù)的應(yīng)用，以及采用高性能的單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，可以使軟啟動(dòng)器具有控制快速準(zhǔn)確、響應(yīng)快、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點(diǎn)。 本課題研究?jī)?nèi)容軟啟動(dòng)器本質(zhì)上是一種直流調(diào)壓裝置，用來(lái)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟停車(chē)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及各種保護(hù)功能。目前，國(guó)外對(duì)晶閘管三相交流調(diào)壓電路的研究己經(jīng)從對(duì)控制電壓、控制電機(jī)電流的開(kāi)環(huán)、閉環(huán)方式，發(fā)展到通過(guò)建立比較準(zhǔn)確實(shí)用的數(shù)學(xué)模型，找到適用于三相交流調(diào)壓電路電機(jī)負(fù)載的控制方法，從而使三相交流調(diào)壓電路電機(jī)負(fù)載性能更優(yōu) [3]。晶閘管軟起動(dòng)裝置是發(fā)達(dá)國(guó)家軟起動(dòng)的主流產(chǎn)品，各知名電氣公司均有自己晶閘管軟起動(dòng)的品牌，在其功能上又各具特色。在沒(méi)有調(diào)速要求使用的場(chǎng)合下，起動(dòng)負(fù)載較輕時(shí)一般采用晶閘管軟起動(dòng)。目前在國(guó)外，發(fā)達(dá)國(guó)家的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)產(chǎn)品主要是固態(tài)軟起動(dòng)裝置——晶閘管軟起動(dòng)和兼作軟起動(dòng)的變頻器。近三十多年來(lái)，國(guó)外對(duì)晶閘管三相交流調(diào)壓電路進(jìn)行了廣泛的研究，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。要突破傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式，是離不開(kāi)電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展的。近三十年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使無(wú)電弧開(kāi)關(guān)和連續(xù)調(diào)節(jié)電流成為可能。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)的軟啟動(dòng)器主要以機(jī)械式和三相反并聯(lián)晶閘管方式為主。在技術(shù)上和可靠性上與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品尚有一定的差距。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國(guó)軟起動(dòng)技術(shù)起步于上世紀(jì) 80 年代早期，目前生產(chǎn)電機(jī)啟動(dòng)器的廠(chǎng)家很多，先后也推出了多種品牌的軟起動(dòng)器。此外，它還具有多種對(duì)電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備的諸多弊端。晶閘管軟啟動(dòng)器是一種集軟啟動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新穎電機(jī)控制裝備。該軟啟動(dòng)設(shè)備平滑了異步電動(dòng)機(jī)加速過(guò)程，大大減緩了對(duì)電網(wǎng)及機(jī)械設(shè)備的沖擊。采用這些傳統(tǒng)起動(dòng)方式起動(dòng)時(shí)降低了加在定子繞組的電壓，起到了一定的限流作用，但仍存在著很多問(wèn)題，例如靠接觸器切換電壓來(lái)達(dá)到降壓的目的，所以無(wú)法從根本上解決起動(dòng)瞬時(shí)電流尖峰的沖擊；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不可調(diào)，存在二次沖擊電流；對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)，可能造成電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)；容易造成接觸器觸點(diǎn)的拉弧損壞。為了降低起動(dòng)電流，人們采用了各種降壓起動(dòng)技術(shù)。所以，這種“硬起動(dòng)”不僅會(huì)縮短傳動(dòng)單元和做功機(jī)械設(shè)備的使用壽命，而且過(guò)高的起動(dòng)電流還會(huì)引起供電電網(wǎng)的電壓驟然跌落，致使那些對(duì)電壓敏感的用電設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面影響。同時(shí)，由于啟動(dòng)應(yīng)力較大，使得負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)刻出現(xiàn)的起動(dòng)電流一般高出額定電流 3～7 倍，特殊情況下可達(dá)到 10 倍以上，這樣大的起動(dòng)電流不僅加重了進(jìn)線(xiàn)供電電網(wǎng)以及接在電動(dòng)機(jī)前面的開(kāi)關(guān)電器的負(fù)荷，而且對(duì)電網(wǎng)及其負(fù)載造成干擾，特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，沖擊電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)及其負(fù)載造成干擾，嚴(yán)重時(shí)，甚至危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行 [1]。然而，它是以反電勢(shì)為主的負(fù)載，即以反電勢(shì)來(lái)平衡外加電壓。但是，由于其固有的啟動(dòng)性能較差，直接起動(dòng)又容易造成對(duì)周?chē)娋W(wǎng)的影響。 Thyristor。在滿(mǎn)足異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求及降低起動(dòng)電流的前提下，使電機(jī)能夠平穩(wěn)可靠起動(dòng)。本文設(shè)計(jì)的軟起動(dòng)器操作方便簡(jiǎn)單，能夠使電機(jī)順利起動(dòng)。本文首先闡述了軟起動(dòng)器晶閘管調(diào)壓電路(即主電路)的工作原理，主要是基于晶閘管的三相異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器主電路設(shè)計(jì)和觸發(fā)電路設(shè)計(jì)。這種情況對(duì)電機(jī)本身及周?chē)娋W(wǎng)都有非常不利的影響。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 III目 錄摘 要 ............................................................................................................................IAbstract ........................................................................................................................II1 緒 論 ...................