1 引言

交流異步電動機以其構造簡單、極高的運行可靠性、極強的環(huán)境適應能力和優(yōu)異的拖動性能而在國民經濟的各個領域獲得了廣泛的應用，但其致命缺點是起動沖擊大，會對電網及設備造成不利影響。為了解決起動問題，人們長期以來采用了多種方法，諸如星/三角轉換起動，自耦變壓器降壓起動，飽和電抗器和開關變壓器降壓起動，以及水電阻降壓起動等方法。但是這些方法都是采用降低起動電壓的方法來起動電動機的，由于起動轉矩與其電壓的平方成正比，當定子電壓降低時，其起動轉矩會降低很多。所以，降壓起動只適合空載起動或輕載起動，對于需重載起動的電機并不適用。另外，由于普通軟起動器降壓而不降頻，在起動過程中由于大的轉差率的存在，不可避免地會出現大的起動電流，因而大大地限制了軟起動器的使用范圍。

本文推出一種通過控制信號降低起動頻率來提高電動機的起動轉矩的新的軟起動方式。

2晶閘管軟起動

2.1系統(tǒng)總體結構

晶閘管軟起動系統(tǒng)如圖1所示。在圖1中，QS為高壓隔離開關，QF1、QF2為真空斷路器， SCR為（普通）晶閘管，M為中壓電動機。QF1伺職主電路的通斷，QF2伺職電力器件的旁路。

在SCR軟起動裝置里，SCR共6組，每組含m根據電壓的高低和可控硅的耐壓值來確定m的值）個相串的SCR。

2.2系統(tǒng)基本工作原理

利用晶閘管的開關特性，通過晶閘管的觸發(fā)角來改變晶閘管的導通時間，從而控制到電機的輸出電壓，達到控制電機的起動特性。當電機起動過程完畢后，就讓交流接觸器吸合（如圖1所示意，即QF2吸合），短路所有的晶閘管，是電動機直接連到電網上。

2.3優(yōu)缺點

軟起動的優(yōu)點是起動特性曲線好，使晶閘管的導通角從零度開始，逐漸前移，電機的端電壓從零開始逐漸上升，直至達到額定電壓，起動電流從零線性上升至設定值，從而滿足起動轉矩的要求，保證起成功。

盡管軟起動具有起動平滑，起動時間等參數可調的特性，具有傳統(tǒng)起動方法無法比擬的優(yōu)越性，是傳統(tǒng)降壓起動器的理想換代產品。但可控硅調壓方式的軟起動器控制感應電動機，在減小電壓的同時，供電頻率仍為工頻，使得其功率因數低，無功功率增加，這決定了其只能應用于輕載場合，對于重載起動就勉為其難了。

3 分級變頻軟起動

3.1理論概述

傳統(tǒng)的軟起動器一般是在工頻50Hz下采取降壓起動或者限流起動等來抑制電動機起動時的沖擊電流，存在著起動轉矩小的問題。由于起動轉矩和電壓的平方成正比，和頻率成反比，所以在起動過程中降低電壓的同時，如果相應地降低頻率，就可以提高起動轉矩。本文采用分級變頻的方式，在0-50Hz的頻率段內取不同的頻率點進行分級變頻，使軟起動器輸出電壓的頻率從一個較低的值開始，分級上升，最后達到工頻 50Hz，分級變頻雖然可以實現變頻，但是不能像變頻器一樣使頻率連續(xù)變化，只能使頻率分級變化，而且各級頻率均為工頻50Hz的1/P，即50Hz的分頻。

3.2觸發(fā)的概念

（4）在觸發(fā)導通以后，新導通的SCR支路不論承受電網線電壓還是相電壓，流過新導通的SCR支路電流的流向（在與之反并聯的SCR未導通以前）是不可能逆轉的。也就是說，如果該電流等于零了，它將繼續(xù)保持為零（直到下一次被觸發(fā)）。

3.4SCR導通的條件

過零觸發(fā)使被觸發(fā)的SCR具備導通的可能性，但是，并不一定引起該SCR導通。過零觸發(fā)是使某SCR導通的必要條件，而使某SCR導通的充分條件是：不僅進行了過零觸發(fā)，而且與之反并聯的SCR已經不再導通。如果與之反并聯的SCR仍然在導通，那么，因為觸發(fā)脈沖是寬度大于150的寬脈沖，所以，過零觸發(fā)的SCR的導通會捱到與之反并聯SCR關斷的時刻。

3.5‘不進行過零觸發(fā)’的定義

‘不進行過零觸發(fā)’是相對‘進行過零觸發(fā)’而言的。兩者非此即彼。所有SCR在過零時刻都進行寬脈沖觸發(fā)的必然后果是全部晶閘管通通相當于短路導線。觸發(fā)脈沖發(fā)生器總是無條件地產生出所有的過零觸發(fā)脈沖。只是在輸送通道上存在著可控的門電路，而門電路的關斷對應于‘不進行過零觸發(fā)’。

3.6觸發(fā)制度的數字表示（以后也可以簡稱為觸發(fā)制度）

約定以1＃SCR的觸發(fā)為第一拍（在1＃觸發(fā)脈沖的前沿，6＃觸發(fā)脈沖仍然存在），因為(不妨礙一般性)約定第一拍是一定會進行的，所以，相應的觸發(fā)制度的數字表示為‘1’，第二拍觸發(fā)是送給2＃SCR的，如果不進行第二次觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數字表示為‘10’，如果進行第二拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數字表示為‘11’，第三拍觸發(fā)是送給3＃SCR的，如果不進行第3拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數字表示為‘1*0’，*依第二拍是否觸發(fā)而取值0或1，如果進行第3拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數字表示為‘1*1’，第4拍觸發(fā)是送給4＃SCR的，如果不進行第4拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數字表示為‘1**0’，**依第二、三拍是否觸發(fā)而取值00，01或10，11，如果進行第4拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數字表示為‘1**1’，余類推。不贅。

3.7觸發(fā)制度的周期性

分頻觸發(fā)后的基波頻率是50/p Hz，它的周期是20p ms ，在一個20p ms的周期里含有的觸發(fā)拍數總共為6p，觸發(fā)制度的數字表示的重復周期也是6p，例如，觸發(fā)制度第2拍的數字表示若為‘10’，則第6p+2拍的數字表示仍為‘10’。

4 結語

交-交分級變頻軟起動在不改變傳統(tǒng)晶閘管軟起動的主電路結構，只是通過改變的晶閘管觸發(fā)脈沖的觸發(fā)順序和控制算法，從而實現了電動機在起動初期具有低電流、高轉矩的特性。交-交分級變頻軟起動的出現很好的解決了電動機的重載起動問題，將軟起動的發(fā)展推向了一個新的時期。由于未改變傳統(tǒng)晶閘管軟起動的主電路結構，所以成本不會有所增加，這為分級變頻軟起動擴大其使用范圍、推向市場提供了有利的競爭條件。