交-交分級(jí)變頻軟起動(dòng)

　　1 引言

　　交流異步電動(dòng)機(jī)以其構(gòu)造簡(jiǎn)單、極高的運(yùn)行可靠性、極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力和優(yōu)異的拖動(dòng)性能而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但其致命缺點(diǎn)是起動(dòng)沖擊大，會(huì)對(duì)電網(wǎng)及設(shè)備造成不利影響。為了解決起動(dòng)問(wèn)題，人們長(zhǎng)期以來(lái)采用了多種方法，諸如星/三角轉(zhuǎn)換起動(dòng)，自耦變壓器降壓起動(dòng)，飽和電抗器和開關(guān)變壓器降壓起動(dòng)，以及水電阻降壓起動(dòng)等方法。但是這些方法都是采用降低起動(dòng)電壓的方法來(lái)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)的，由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與其電壓的平方成正比，當(dāng)定子電壓降低時(shí)，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)降低很多。所以，降壓起動(dòng)只適合空載起動(dòng)或輕載起動(dòng)，對(duì)于需重載起動(dòng)的電機(jī)并不適用。另外，由于普通軟起動(dòng)器降壓而不降頻，在起動(dòng)過(guò)程中由于大的轉(zhuǎn)差率的存在，不可避免地會(huì)出現(xiàn)大的起動(dòng)電流，因而大大地限制了軟起動(dòng)器的使用范圍。

　　本文推出一種通過(guò)控制信號(hào)降低起動(dòng)頻率來(lái)提高電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的新的軟起動(dòng)方式。

　　2晶閘管軟起動(dòng)

　　2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

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

　　在SCR軟起動(dòng)裝置里，SCR共6組，每組含m根據(jù)電壓的高低和可控硅的耐壓值來(lái)確定m的值)個(gè)相串的SCR。

　　2.2系統(tǒng)基本工作原理

　　利用晶閘管的開關(guān)特性，通過(guò)晶閘管的觸發(fā)角來(lái)改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制到電機(jī)的輸出電壓，達(dá)到控制電機(jī)的起動(dòng)特性。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)過(guò)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(dòng)機(jī)直接連到電網(wǎng)上。

　　2.3優(yōu)缺點(diǎn)

　　軟起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)特性曲線好，使晶閘管的導(dǎo)通角從零度開始，逐漸前移，電機(jī)的端電壓從零開始逐漸上升，直至達(dá)到額定電壓，起動(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值，從而滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，保證起成功。

　　盡管軟起動(dòng)具有起動(dòng)平滑，起動(dòng)時(shí)間等參數(shù)可調(diào)的特性，具有傳統(tǒng)起動(dòng)方法無(wú)法比擬的優(yōu)越性，是傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器的理想換代產(chǎn)品。但可控硅調(diào)壓方式的軟起動(dòng)器控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，在減小電壓的同時(shí)，供電頻率仍為工頻，使得其功率因數(shù)低，無(wú)功功率增加，這決定了其只能應(yīng)用于輕載場(chǎng)合，對(duì)于重載起動(dòng)就勉為其難了。

　　3 分級(jí)變頻軟起動(dòng)

　　3.1理論概述

　　傳統(tǒng)的軟起動(dòng)器一般是在工頻50Hz下采取降壓起動(dòng)或者限流起動(dòng)等來(lái)抑制電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的沖擊電流，存在著起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小的問(wèn)題。由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，和頻率成反比，所以在起動(dòng)過(guò)程中降低電壓的同時(shí)，如果相應(yīng)地降低頻率，就可以提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。本文采用分級(jí)變頻的方式，在0-50Hz的頻率段內(nèi)取不同的頻率點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)變頻，使軟起動(dòng)器輸出電壓的頻率從一個(gè)較低的值開始，分級(jí)上升，最后達(dá)到工頻 50Hz，分級(jí)變頻雖然可以實(shí)現(xiàn)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(jí)變化，而且各級(jí)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(dǎo)通以后，新導(dǎo)通的SCR支路不論承受電網(wǎng)線電壓還是相電壓，流過(guò)新導(dǎo)通的SCR支路電流的流向(在與之反并聯(lián)的SCR未導(dǎo)通以前)是不可能逆轉(zhuǎn)的。也就是說(shuō)，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(dǎo)通的條件

　　過(guò)零觸發(fā)使被觸發(fā)的SCR具備導(dǎo)通的可能性，但是，并不一定引起該SCR導(dǎo)通。過(guò)零觸發(fā)是使某SCR導(dǎo)通的必要條件，而使某SCR導(dǎo)通的充分條件是：不僅進(jìn)行了過(guò)零觸發(fā)，而且與之反并聯(lián)的SCR已經(jīng)不再導(dǎo)通。如果與之反并聯(lián)的SCR仍然在導(dǎo)通，那么，因?yàn)橛|發(fā)脈沖是寬度大于150的寬脈沖，所以，過(guò)零觸發(fā)的SCR的導(dǎo)通會(huì)捱到與之反并聯(lián)SCR關(guān)斷的時(shí)刻。

　　3.5‘不進(jìn)行過(guò)零觸發(fā)’的定義

　　‘不進(jìn)行過(guò)零觸發(fā)’是相對(duì)‘進(jìn)行過(guò)零觸發(fā)’而言的。兩者非此即彼。所有SCR在過(guò)零時(shí)刻都進(jìn)行寬脈沖觸發(fā)的必然后果是全部晶閘管通通相當(dāng)于短路導(dǎo)線。觸發(fā)脈沖發(fā)生器總是無(wú)條件地產(chǎn)生出所有的過(guò)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(guān)斷對(duì)應(yīng)于‘不進(jìn)行過(guò)零觸發(fā)’。

　　3.6觸發(fā)制度的數(shù)字表示(以后也可以簡(jiǎn)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?yàn)?不妨礙一般性)約定第一拍是一定會(huì)進(jìn)行的，所以，相應(yīng)的觸發(fā)制度的數(shù)字表示為‘1’，第二拍觸發(fā)是送給2#SCR的，如果不進(jìn)行第二次觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數(shù)字表示為‘10’，如果進(jìn)行第二拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數(shù)字表示為‘11’，第三拍觸發(fā)是送給3#SCR的，如果不進(jìn)行第3拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數(shù)字表示為‘1*0’，*依第二拍是否觸發(fā)而取值0或1，如果進(jìn)行第3拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數(shù)字表示為‘1*1’，第4拍觸發(fā)是送給4#SCR的，如果不進(jìn)行第4拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數(shù)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(jìn)行第4拍觸發(fā)，則觸發(fā)制度的數(shù)字表示為‘1**1’，余類推。不贅。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　交-交分級(jí)變頻軟起動(dòng)在不改變傳統(tǒng)晶閘管軟起動(dòng)的主電路結(jié)構(gòu)，只是通過(guò)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(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)初期具有低電流、高轉(zhuǎn)矩的特性。交-交分級(jí)變頻軟起動(dòng)的出現(xiàn)很好的解決了電動(dòng)機(jī)的重載起動(dòng)問(wèn)題，將軟起動(dòng)的發(fā)展推向了一個(gè)新的時(shí)期。由于未改變傳統(tǒng)晶閘管軟起動(dòng)的主電路結(jié)構(gòu)，所以成本不會(huì)有所增加，這為分級(jí)變頻軟起動(dòng)擴(kuò)大其使用范圍、推向市場(chǎng)提供了有利的競(jìng)爭(zhēng)條件。