【正文】 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)。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。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)。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)。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)的問題。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。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。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。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)。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。最大功率達(dá)到10000kw。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。一是“雷諾爾”，二是“ABB”，三是“施耐德”，四是“AB”，五是“西門子”。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。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。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。(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。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)。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。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。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。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。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)。(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。(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。(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。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。(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)。初始電壓及電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。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。(2)電壓斜坡起動(dòng)用于重載起動(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。故改變角的大小就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓U1，又角與角和角都有關(guān)系即U，和移相觸發(fā)角、續(xù)流角都有關(guān)系，由圖可得經(jīng)過(guò)相控調(diào)壓后，其有效值數(shù)學(xué)表達(dá)式為: （）其中U0為電網(wǎng)相電壓有效值，經(jīng)推導(dǎo)后得 （）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。由于沒有零線，所以雖有三次諧波電勢(shì)，但三次諧波卻無(wú)通路，故沒有三次諧波電流，這樣對(duì)電源裝置的干擾很小。各相電壓及穩(wěn)態(tài)電流自身是半波對(duì)稱的。例如晶閘管調(diào)壓器在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，隨著控制角由大到小變化時(shí)，負(fù)載所得的電壓也隨之升高的，而負(fù)載上電流變化的一般趨勢(shì)是從大減小到額定值。而當(dāng)負(fù)載為交流異步電動(dòng)機(jī)、變壓器時(shí)其控制角的最大移相范圍為。本系統(tǒng)采用寬的脈沖觸發(fā)方式。在圖中，由于沒有中線，所以在工作時(shí)若要負(fù)載電流流通，至少要有兩相構(gòu)成通路。()加入起動(dòng)信號(hào)后，系統(tǒng)軟件首先施加若干毫秒的固定延時(shí)用于系統(tǒng)自檢，然后進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，輸出晶閘管觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)控制晶閘管導(dǎo)通角α，使啟動(dòng)器按所設(shè)計(jì)的模式調(diào)節(jié)輸出電壓、控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。本文就是以晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)為研究對(duì)象。在必需的情況下則寧可選用高壓變頻裝置，這就是高壓晶閘管軟起動(dòng)比較受冷落的原因。在這幾個(gè)缺點(diǎn)中，價(jià)格高是制約其向大功率和特大功率發(fā)展的主要因素。二是晶閘管引起的高次諧波較嚴(yán)重。根據(jù)異步電機(jī)的機(jī)械特性可知，降低了電機(jī)的端電壓就限制了起動(dòng)電流，而且異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比，因此，降壓起動(dòng)時(shí)，可以消除起動(dòng)電流的沖擊，不過(guò)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也將隨之減小，這也是其不足之處。電機(jī)起動(dòng)的一般要求為:有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使生產(chǎn)機(jī)械較快的達(dá)到正常運(yùn)行。是否易于實(shí)現(xiàn)軟停止難易較易電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)功能有初級(jí)保護(hù)功能完善完善高次諧波小大較大價(jià)格比15~101~2體積比1~噪音小較小較大維護(hù)工作量較大小小軟起動(dòng)完成后是否被旁路是不一定，可以繼續(xù)參加節(jié)電運(yùn)行是電力器件對(duì)環(huán)境溫度的要求較高較高較低各種軟起動(dòng)方式，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)還是降壓起動(dòng)。用微電子通過(guò)晶閘管實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，調(diào)節(jié)快速性好，秒級(jí)的，閉環(huán)控制，可實(shí)現(xiàn)起動(dòng)方式的菜單化。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，這些優(yōu)點(diǎn)也是磁控式軟起動(dòng)難以望其項(xiàng)背的。早在十幾年前，電器工程界就有人指出，晶閘管軟起動(dòng)將引發(fā)軟起動(dòng)行業(yè)的一場(chǎng)革命。但磁控式軟起動(dòng)器還存在著體積大，耗電量大，故障率較高和維修費(fèi)用較高的問題，不適于頻繁起動(dòng)。顯然，限流作用的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)是靜止的、無(wú)接觸的、非機(jī)械似的，這就為微電子技術(shù)打開了大門。在交流繞組里流過(guò)的是電動(dòng)機(jī)定子電流，它必然會(huì)在直流勵(lì)磁繞組上感應(yīng)出電勢(shì)，后者會(huì)影響勵(lì)磁回路的運(yùn)行。因?yàn)榇棚柡碗娍蛊鞯妮敵龉β时瓤刂乒β蚀髱资?，它也有被稱為“磁放大器”。磁控軟起動(dòng):磁控軟起動(dòng)在起動(dòng)開始時(shí)限流作用較強(qiáng)，在軟起動(dòng)過(guò)程中限流作用逐漸減弱，電抗器在起動(dòng)完成后被旁路。三是液阻軟起動(dòng)需要維護(hù)，液箱中的水需要定期補(bǔ)充，且電極板長(zhǎng)期浸泡于電解液中，表面會(huì)有一定的銹蝕，需要做表面處理(3年一次)。液阻軟起動(dòng)存在的缺點(diǎn)一是液阻箱容積大的，其根源在于阻性限流，若減少容積會(huì)引起溫升加大，一次軟起動(dòng)后電解液通常會(huì)有1030℃的溫升，使軟起動(dòng)的重復(fù)性差。液阻的熱容量大。液阻軟起動(dòng):液阻是一種由電解液形成的電阻，它導(dǎo)電的本質(zhì)是離子導(dǎo)電。設(shè)備較笨重，維護(hù)量大。設(shè)備維護(hù)量較大。無(wú)起停參數(shù)調(diào)整，同時(shí)這種起動(dòng)方式能源浪費(fèi)也大。例如定子串電抗器起動(dòng)，起動(dòng)電流一般是標(biāo)稱電流的34倍。技術(shù)指標(biāo)傳統(tǒng)起動(dòng)方式直接起動(dòng)自藕變壓器起動(dòng)定子串電抗起動(dòng)星一三角起動(dòng)起動(dòng)電流Is，為直接起動(dòng)電流倍數(shù)100%30%~40%58%~70%30%起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為直接起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)100%40%~85%40%~60%33%起動(dòng)級(jí)數(shù)14，3或23或22接到電動(dòng)機(jī)的線數(shù)3336線電流過(guò)載倍數(shù)5~10In~4In3~4In~當(dāng)不滿足上述條件時(shí)就要采用降壓起動(dòng)了，在以往的解決方法中，中大功率電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)問題往往采用一些傳統(tǒng)的起動(dòng)方式及設(shè)備，如:定子回路串電抗器起動(dòng)、自藕變壓器降壓起動(dòng)、Y/△變換方式起動(dòng)、延邊三角形起動(dòng)方式等。，不允許電機(jī)的容量大于10%15%主變壓器的容量。然而對(duì)較大功率的電機(jī)而言，這種起動(dòng)方式的缺點(diǎn)也是顯而易見的，起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，這一方面會(huì)引起電機(jī)的發(fā)熱損壞，另一方面會(huì)對(duì)供電電網(wǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因而一般情況下不能滿足起動(dòng)要求。在三相電路的每一相有兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)連接，控制輸出的觸發(fā)脈沖即可調(diào)整晶閘管的輸出電壓。另外一種降壓起動(dòng)方式是用固態(tài)起動(dòng)器起動(dòng)。常規(guī)的降壓起動(dòng)方式主要有：定子電路中串入起動(dòng)電抗、星—三角形起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)等。但這種電機(jī)控制器的電路復(fù)雜，成本較高，當(dāng)不需要精確調(diào)速時(shí)，不適合應(yīng)用這種起動(dòng)方式。在電機(jī)起動(dòng)加速時(shí)，逆變器輸出頻率做線性增長(zhǎng)，隨頻率增大電壓隨之增高。這種起動(dòng)方式可以防止起動(dòng)時(shí)對(duì)負(fù)載設(shè)備的沖擊，但不能防止起動(dòng)過(guò)程中沖擊電流對(duì)電網(wǎng)的影響。（1）離心連接方式包括液力耦合器，電磁轉(zhuǎn)差離合器等多種形式?；谝陨系脑?，電動(dòng)機(jī)一般不允許直接起動(dòng)，必須對(duì)其起停加以控制。異步電機(jī)是以反電勢(shì)來(lái)平衡外電壓的，反電勢(shì)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增大，電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)之初反電勢(shì)為零，所以起動(dòng)時(shí)沖擊電流很大，約為額定電流的57倍。目前變頻技術(shù)主要還是用于調(diào)速方面，通用的軟起動(dòng)技術(shù)還是降壓起動(dòng)。本章從異步電動(dòng)機(jī)模型出發(fā)詳細(xì)介紹軟起動(dòng)原理。隨著技術(shù)進(jìn)步。(3)、目前對(duì)軟起動(dòng)器，通常只重點(diǎn)研究軟起動(dòng)(軟停機(jī))的成敗，不太關(guān)心它的好壞，不很在意于軟起動(dòng)中出現(xiàn)的一些毛病，例如對(duì)電網(wǎng)污染大、噪聲大等等，忽略對(duì)軟起動(dòng)過(guò)程質(zhì)量的評(píng)估和比較。但電子軟起動(dòng)裝置畢竟是其中的一個(gè)特殊類別，有其獨(dú)有特點(diǎn):(1)、工作是論“次數(shù)”的，每次工作周期通常不會(huì)超過(guò)幾十秒鐘，軟起動(dòng)過(guò)程總是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近其額定值時(shí)結(jié)束。這是由于晶閘管屬于非自關(guān)斷(全控)器件，且工作頻率不高，大功率情況下的頻率范圍更低(一般都不會(huì)超過(guò)幾千赫茲)，同時(shí)它又是電流型控制器件，所以一般不在高頻領(lǐng)域應(yīng)用，只在低頻大功率領(lǐng)域占優(yōu)勢(shì)。2軟起動(dòng)技術(shù)晶閘管自1958年問世以來(lái)，隨著半導(dǎo)體技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，它在電氣控制領(lǐng)域中發(fā)揮了很大的作用。本文在研究軟起動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用80C518位微控制器研制了實(shí)現(xiàn)該電機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)的電子軟起動(dòng)器樣機(jī)一臺(tái)()，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩閉環(huán)起動(dòng)方式，同時(shí)，在該樣機(jī)中實(shí)現(xiàn)了目前軟起動(dòng)市場(chǎng)上常用的起動(dòng)方法(如斜坡電壓起動(dòng)，限流起動(dòng)等)和其