1 引言

交流異步電動機(jī)以其構(gòu)造簡單、極高的運(yùn)行可靠性、極強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力和優(yōu)異的拖動性能而在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但其致命缺點是起動沖擊大，會對電網(wǎng)及設(shè)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(zhuǎn)換起動，自耦變壓器降壓起動，飽和電抗器和開關(guān)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(jī)的，由于起動轉(zhuǎn)矩與其電壓的平方成正比，當(dāng)定子電壓降低時，其起動轉(zhuǎn)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(jī)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(zhuǎn)差率的存在，不可避免地會出現(xiàn)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(jī)的起動轉(zhuǎn)矩的新的軟起動方式。

2晶閘管軟起動

2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

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(guān)，QF1、QF2為真空斷路器， SCR為（普通）晶閘管，M為中壓電動機(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(guān)特性，通過晶閘管的觸發(fā)角來改變晶閘管的導(dǎo)通時間，從而控制到電機(jī)的輸出電壓，達(dá)到控制電機(jī)的起動特性。當(dāng)電機(jī)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(jī)直接連到電網(wǎng)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(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，起動電流從零線性上升至設(shè)定值，從而滿足起動轉(zhuǎn)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(shù)可調(diào)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(chǎn)品。但可控硅調(diào)壓方式的軟起動器控制感應(yīng)電動機(jī)，在減小電壓的同時，供電頻率仍為工頻，使得其功率因數(shù)低，無功功率增加，這決定了其只能應(yīng)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(jī)起動時的沖擊電流，存在著起動轉(zhuǎn)矩小的問題。由于起動轉(zhuǎn)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(yīng)地降低頻率，就可以提高起動轉(zhuǎn)矩。本文采用分級變頻的方式，在0-50Hz的頻率段內(nèi)取不同的頻率點進(jìn)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(dá)到工頻 50Hz，分級變頻雖然可以實現(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(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，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(dǎo)通會捱到與之反并聯(lián)SCR關(guān)斷的時刻。

3.5‘不進(jìn)行過零觸發(fā)’的定義

‘不進(jìn)行過零觸發(fā)’是相對‘進(jìn)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(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)生器總是無條件地產(chǎn)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(guān)斷對應(yīng)于‘不進(jìn)行過零觸發(fā)’。

3.6觸發(fā)制度的數(shù)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(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。

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(shù)總共為6p，觸發(fā)制度的數(shù)字表示的重復(fù)周期也是6p，例如，觸發(fā)制度第2拍的數(shù)字表示若為‘10’，則第6p+2拍的數(shù)字表示仍為‘10’。

4 結(jié)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(jié)構(gòu)，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(xiàn)了電動機(jī)在起動初期具有低電流、高轉(zhuǎn)矩的特性。交-交分級變頻軟起動的出現(xiàn)很好的解決了電動機(jī)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(jié)構(gòu)，所以成本不會有所增加，這為分級變頻軟起動擴(kuò)大其使用范圍、推向市場提供了有利的競爭條件。