1　引　言 　　交流異步電動(dòng)機(jī)廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，異步電機(jī)直接起動(dòng)存在著起動(dòng)力矩小、起動(dòng)電流大、對(duì)電網(wǎng)沖擊大、起動(dòng)困難、對(duì)機(jī)械設(shè)備沖擊大、電機(jī)使用壽命短、維護(hù)工作量大、維護(hù)費(fèi)用高等問(wèn)題。異步電機(jī)軟起動(dòng)器可減小電動(dòng)機(jī)硬起動(dòng)引起的電網(wǎng)電壓降，使之不影響與其共網(wǎng)的其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行?？蓽p小電動(dòng)機(jī)的沖擊電流，沖擊電流會(huì)造成電動(dòng)機(jī)局部溫升過(guò)大，降低電動(dòng)機(jī)壽命；可減小硬起動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械沖擊力和沖擊力加速對(duì)所傳動(dòng)機(jī)械（軸、嚙合齒輪等）的磨損；減少電磁干擾，沖擊電流會(huì)以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行。軟起動(dòng)使電動(dòng)機(jī)可以起停自如，減少空轉(zhuǎn)，提高作業(yè)率，因而有節(jié)能作用。 　　對(duì)于電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，大致可分為有級(jí)和無(wú)級(jí)兩種。有級(jí)型的軟起動(dòng)有定子串電抗器降壓、液態(tài)電阻降壓、星-三角（y-△）降壓、自耦變壓器降壓和延邊三角形降壓等。無(wú)級(jí)型軟起動(dòng)有開(kāi)關(guān)變壓器降壓、磁飽和電抗器降壓、晶閘管串聯(lián)降壓軟起動(dòng)等。由于有級(jí)型降壓軟起動(dòng)的調(diào)節(jié)存在一定程度的二次電流沖擊，因此對(duì)電機(jī)的軟起動(dòng)效果有限。而在無(wú)級(jí)型軟起動(dòng)器中，隨著電力電子技術(shù)的提高和功率器件的發(fā)展以及銅、鐵等原材料價(jià)格的大幅上漲，晶閘管串聯(lián)式的高壓軟起動(dòng)裝置越來(lái)越被市場(chǎng)所認(rèn)可。 2　降壓起動(dòng)原理 　　把三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接通到三相電源上，轉(zhuǎn)子從靜止升速到穩(wěn)定狀態(tài)，這一過(guò)程叫起動(dòng)。在合閘的瞬間，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率為1，起動(dòng)電流等于堵轉(zhuǎn)電流，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。隨著轉(zhuǎn)速升高，起動(dòng)電流從堵轉(zhuǎn)電流逐漸下降，最后穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值。較高的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩表明電動(dòng)機(jī)能在較大負(fù)載下起動(dòng)，并獲得較大的加速度，但過(guò)大的堵轉(zhuǎn)電流會(huì)在供電線路上產(chǎn)生很大的壓降，使電網(wǎng)電壓波動(dòng)，直接影響到接在該電網(wǎng)上電氣設(shè)備的運(yùn)行。異步電動(dòng)機(jī)的t形等效電路圖如圖1所示。 　　電機(jī)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式如式（1）所示： （1） 　　其中： 　　m為電磁轉(zhuǎn)矩； 　　s為轉(zhuǎn)差率； 　　p 為極對(duì)數(shù)； 　　m1r1x1分別為定子繞組的相數(shù)、電阻和電抗； 　　r｀2x｀2分別為折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電阻和電抗。 　　由t形等效電路圖和式（1）可求出合閘時(shí)的起動(dòng)電流（有效值）和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其公式為： （2） （3） 　　由以上分析可以得出，當(dāng)降低電機(jī)定子端電壓時(shí)，流經(jīng)電機(jī)的起動(dòng)電流按正比例下降。電網(wǎng)供給電機(jī)的起動(dòng)電流也相應(yīng)下降。因而減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊。 3　高壓軟起動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　3.1　系統(tǒng)綜述 　　高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置系統(tǒng)框圖如圖2所示。晶閘管串聯(lián)的功率單元聯(lián)接在三相高壓電網(wǎng)與電動(dòng)機(jī)之間，控制單元根據(jù)傳感器傳送回來(lái)的信號(hào)按事先設(shè)定好的起動(dòng)曲線進(jìn)行移相調(diào)節(jié)?？刂茊卧l(fā)出的晶閘管觸發(fā)信號(hào)經(jīng)光纖傳送到晶閘管觸發(fā)單元，用來(lái)調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整電壓的目的，使得輸出到電動(dòng)機(jī)上的電壓按照一定曲線緩慢上升，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，旁路接觸器吸合，電動(dòng)機(jī)處于旁路運(yùn)行狀態(tài)。控制單元仍然進(jìn)行在線檢測(cè)，負(fù)責(zé)電機(jī)的電壓、電流的顯示及各種故障的監(jiān)測(cè)。 　　3.2　晶閘管串聯(lián)單元設(shè)計(jì) 　　由于目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)大多是6kv和10kv電機(jī)，做為串接在高壓電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)之間的功率執(zhí)行器件，單只晶閘管還不足以承受6kv的高壓，雖然單只晶閘管目前已經(jīng)成熟地發(fā)展到單只耐壓6500v，但考慮到電網(wǎng)波動(dòng)、浪涌及耐壓余量等可靠性因素，在設(shè)計(jì)6kv高壓軟起動(dòng)裝置的時(shí)候，功率單元采用3只晶閘管串聯(lián)的方式來(lái)提高耐壓值。同理在設(shè)計(jì)10kv高壓軟起動(dòng)裝置的時(shí)候采用5只晶閘管串聯(lián)組成高壓閥組。 　　單相6kv高壓晶閘管功率閥組的示意圖如圖3所示。scr1～scr6 為大功率高壓晶閘管，它們每三個(gè)串聯(lián)后再反并聯(lián)組成單相功率串聯(lián)閥組，以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)器對(duì)交流電機(jī)的控制。這6只晶閘管選用同一廠家、同一型號(hào)、同一生產(chǎn)批次的產(chǎn)品，以減小其在生產(chǎn)過(guò)程中由于生產(chǎn)工藝的不同而產(chǎn)生的自身特性諸如伏安特性、反向恢復(fù)電荷、開(kāi)關(guān)時(shí)間和臨界電壓上升率等的差異，影響均壓。r1、r2、r3為靜態(tài)均壓電阻，用以實(shí)現(xiàn)晶閘管的靜態(tài)均壓。靜態(tài)均壓電阻選用無(wú)感電阻，阻值為晶閘管阻斷狀態(tài)等效阻值的1/40，且功率留有足夠大的余量。r4、r5、r6和c1、c2、c3共同組成動(dòng)態(tài)均壓網(wǎng)絡(luò)，用以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均壓。通過(guò)選擇，各電阻和電容的參數(shù)誤差應(yīng)非常小，電容的取值根據(jù)晶閘管的最大反向恢復(fù)電荷和最小反向恢復(fù)電荷的差值計(jì)算求得。均壓過(guò)程主要是由電容c完成的。串聯(lián)的各只晶閘管開(kāi)關(guān)速度不會(huì)完全一致，而會(huì)稍有差別。電容c上的電壓在靜態(tài)情況下數(shù)值相同，在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，由于電容上的電壓不能突變，加在各只晶閘管上的壓降不會(huì)發(fā)生跳變。由于開(kāi)關(guān)過(guò)程中各只晶閘管中電流不一致所造成的影響由電容c的充放電補(bǔ)償。 請(qǐng)登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng) 瀏覽更多信息 　　3.2.1　靜態(tài)均壓 　　在晶閘管外加一定電壓，在阻斷狀態(tài)時(shí)，總有一定的漏電流。串聯(lián)時(shí)，漏電流最小即漏電阻最大的晶閘管承受的電壓最大。有效的解決辦法就是并聯(lián)電阻rj（如圖3中的r1、r2、r3），稱為均壓電阻。由于rj的阻值比漏電阻小得多，因此管子在正反阻斷時(shí)承受的電壓基本相等，通 常數(shù)值為： 來(lái)源:輸配電設(shè)備網(wǎng) （4） 　　其中， 　　ured為晶閘管額定電壓； 　　idr為靜態(tài)重復(fù)平均電流； 　　πidr近似為漏電流峰值。 　　均壓電阻的功率可由下式求得： （5） 　　其中，um為作用于元件的正向峰值電壓； 　　n為串聯(lián)元件數(shù)； 　　krj為系數(shù)，單相時(shí)取0.25；三相時(shí)取0.45；直流時(shí)取1。 　　3.2.2　動(dòng)態(tài)均壓 　　動(dòng)態(tài)均壓是同一橋臂中晶閘管開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中的均壓，即過(guò)渡過(guò)程中的均壓。靜態(tài)均壓電阻rj只能使直流電壓或變化緩慢的電壓均勻分配到各串聯(lián)的晶閘管上。開(kāi)通時(shí)，后開(kāi)通的將瞬時(shí)受到較高電壓，關(guān)斷時(shí)，先關(guān)斷的承受全部的換流反向電壓，可能導(dǎo)致反向擊穿。因此，與管子并聯(lián)上電容c（如圖3中的c1、c2、c3）。為了防止晶閘管導(dǎo)通瞬間，電容放電造成過(guò)大的（di/dt），還應(yīng)在c上串聯(lián)電阻r（如圖3中的r4、r5、r6）。阻容吸收電路要盡量靠近晶閘管，引線要短，最好用無(wú)感電阻。電容耐壓選管子電壓的1-1.5倍。電容的容值可用反向恢復(fù)電荷法計(jì)算求得。 　　閘管關(guān)斷時(shí)，其電流正向過(guò)零并不立即恢復(fù)其阻斷狀態(tài)，由于反向恢復(fù)電荷的存在，晶閘管中形成一個(gè)反向恢復(fù)電流itr。反向恢復(fù)電荷由下式得出： （6） 　　其中，tr2為反向阻斷恢復(fù)時(shí)間。 　　反向恢復(fù)電荷決定了串聯(lián)閥組中每個(gè)晶閘管所承受的阻斷電壓值，當(dāng)晶閘管反向流過(guò)反向漏電流itr時(shí)，即恢復(fù)了反向阻斷特性，此時(shí)關(guān)斷過(guò)程結(jié)束。電容值的計(jì)算可由下式得出： （7） 　　3.3　接口單元設(shè)計(jì) 　　單元包括電壓傳感器接口、電流傳感器接口、光纖傳送接口、故障檢測(cè)接口及人機(jī)交互接口等。其中電壓信號(hào)采用高阻降壓方式，并考慮到系統(tǒng)兼容性，將電路設(shè)計(jì)成3kv、6kv、10kv通用，以方便產(chǎn)品生產(chǎn)。電流傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)x/5電流互感器加高精度電流霍爾的形式，將信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理后送到cpu進(jìn)行運(yùn)算。高壓與低壓間的信號(hào)傳送采用光纖傳輸，既保證信號(hào)的實(shí)時(shí)性及可靠性傳輸，又起動(dòng)高低壓隔離作用。信號(hào)經(jīng)過(guò)接口電路編碼后通過(guò)光纖傳送至觸發(fā)單元，觸發(fā)單元將信號(hào)解碼并經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理后用以觸發(fā)晶閘管。觸發(fā)單元的供電采用高位、低位相結(jié)合，每只晶閘管的觸發(fā)電源各自獨(dú)立。人機(jī)接口采用貼膜式軟鍵和液晶顯示屏。液晶顯示屏為4行8列，設(shè)計(jì)成4級(jí)菜單管理模式，可預(yù)設(shè)中文及英文顯示。 　　3.4　軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)控制的核心，直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。為了適應(yīng)各種不同負(fù)載的應(yīng)用，軟件設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)了多種不同的起動(dòng)曲線，包括電壓斜坡起動(dòng)、限流起動(dòng)、突跳起動(dòng)及軟停車曲線等。同時(shí)設(shè)計(jì)完善的保護(hù)功能，包括短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓、欠壓保護(hù)、晶閘管過(guò)熱保護(hù)等。電機(jī)的參數(shù)及各種保護(hù)參數(shù)可由用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況自行設(shè)定。 4　系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，用6kv/1000kw電機(jī)進(jìn)行了帶載起動(dòng)實(shí)驗(yàn)。電機(jī)額定電壓6kv，額定電流112a，額定轉(zhuǎn)速1480r/min。起動(dòng)電流單相波形如圖4所示。從圖中可以看出，起動(dòng)電流平穩(wěn)無(wú)沖擊，峰值起動(dòng)電流為額定電流的2.6倍左右，起動(dòng)時(shí)間22s ，電網(wǎng)電壓無(wú)明顯波動(dòng)，達(dá)到了良好的起動(dòng)效果。 5　結(jié)束語(yǔ) 　　本系統(tǒng)以晶閘管串聯(lián)閥組為主功率執(zhí)行器件，通過(guò)交流調(diào)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。系統(tǒng)有控制靈活，操作簡(jiǎn)單，起動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，可有效緩解電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)及負(fù)載的沖擊，保護(hù)電機(jī)安全起動(dòng)和運(yùn)行。