基于PLC實(shí)現(xiàn)的煤礦排水電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要高壓軟啟動(dòng)和PLC以廣泛用于煤礦排水的電控系統(tǒng)中。該方法就是在恒定交流鼠籠異步電動(dòng)機(jī)之間接入晶閘管作為交流電壓控制器。采用恒流啟動(dòng)方式把異步電動(dòng)機(jī)拖入正常運(yùn)行狀態(tài)。本文提出了PLC作為主機(jī)、高壓軟啟動(dòng)（電抗器備用）啟動(dòng)方案應(yīng)用于煤礦排水電控系統(tǒng) 。與常規(guī)繼電器控制系統(tǒng)不同之處采用PLC。PLC克服繼電器體積龐大、可靠性不高、改變控制程序麻煩、維護(hù)量大、尤其定時(shí)不精確等缺點(diǎn)。與常規(guī)的直接啟動(dòng)或用電抗器啟動(dòng)不同之處采用高壓軟啟動(dòng)，克服了直接啟動(dòng)（電抗器啟動(dòng)）給電機(jī)直接加入額定電壓，啟動(dòng)速度快，尤其對(duì)電網(wǎng)、電機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械的沖擊危害很大等缺點(diǎn)。本文采用了德國(guó)西門子S7-200PLC作為控制器，采

2、用了河南株洲鐵道機(jī)車研究所生產(chǎn)的QJR-400高壓交流電機(jī)軟啟動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)調(diào)速，不僅改善了啟動(dòng)性能，而且滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。 關(guān)鍵詞：晶閘管； 鼠籠異步電機(jī)； 排水； 高壓軟啟動(dòng)； 西門子PLC ABSTRACTHigh-pressure soft-start and PLC are widely used in coal mine drainage to the electronic control system. The method is in a constant exchange between the squirrel cage induction motor access SCR as

3、AC voltage controller. Way to start a constant current induction motor dragged into the normal operation of state. In this paper, as the host PLC, the high-voltage soft-start (Reactor standby) launched the programme for mine drainage electronic control system. Relay control systems and conventional

4、difference between the use of PLC. PLC overcome the relay size, reliability is not high, and change control procedures trouble maintaining large, in particular, timing and other shortcomings imprecise. The launch of direct and conventional power reactor or start using high-pressure difference betwee

5、n the soft start to overcome the boot (start Reactor) added directly to the motor rated voltage, fast startup, particularly on the power grid, the electrical, mechanical production of the harmful impact , And other shortcomings.In this paper, the German Siemens S7-200PLC as a controller, using the H

6、enan Institute of Zhuzhou railway locomotive production QJR-400 high-voltage AC motor soft start device to achieve speed, not only to improve the performance started, but also meet the requirements of the scene.Keywords： SCR; cage induction motor; drainage; soft-start high-pressure; Siemens PLC目 錄1

7、緒論11.1 序言11.2 礦井排水啟動(dòng)設(shè)備的現(xiàn)狀11.2.1 直接啟動(dòng)11.2.2 降壓?jiǎn)?dòng)21.3 晶閘管介紹21.3.1 晶閘管工作原理31.3.2 晶閘管的應(yīng)用41.3.3 晶閘管軟起動(dòng)裝置的技術(shù)特點(diǎn)52 排水設(shè)備62.1 礦井簡(jiǎn)介62.2 選擇水泵62.3 管路選擇92.4 驗(yàn)算排水時(shí)間及排水管中流速122.5 確定電動(dòng)機(jī)功率133 電控設(shè)備143.1 研制方案的提出143.2方案比較163.3 方案確定173.3.1 軟啟動(dòng)器的技術(shù)特點(diǎn)183.3.2 軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)方式183.3.3 軟啟動(dòng)器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)204 軟起動(dòng)裝置的主電路設(shè)計(jì)214.1 軟起動(dòng)裝置的原理214.2 晶閘管選型

8、計(jì)算264.2.1 晶閘管電壓等級(jí)的選擇264.2.2 晶閘管電流等級(jí)的選擇274.3 晶閘管觸發(fā)方式的選擇284.3.1 門極觸發(fā)脈沖的要求284.3.2 觸發(fā)方式的選擇294.4 三相同步信號(hào)采集與脈沖觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路314.4.1 三相同步信號(hào)采集314.4.2 脈沖觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路324.5 電機(jī)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)中功率因數(shù)角的研究344.5.1 軟起動(dòng)控制器的主電路344.5.2 三相異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)角的變化規(guī)律354.5.3 三相異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)角對(duì)晶閘管輸出電壓的影響384.5.4 電機(jī)功率因數(shù)角的閉環(huán)控制415 可編程控制器445.1 PLC的產(chǎn)生和定義445.1.1 PLC的產(chǎn)生44

9、5.1.2 PLC的定義455.2 PLC的特點(diǎn)455.3 PLC的應(yīng)用和發(fā)展455.3.1 PLC的發(fā)展?fàn)顩r455.3.2 PLC的發(fā)展趨勢(shì)465.3.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域475.3.4 PLC的分類475.3.5 PLC的系統(tǒng)組成485.3.6 PLC的工作原理495.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)535.4.1 系統(tǒng)組成535.4.2 PLC原理圖556 運(yùn)行總結(jié)566.1概述566.2 保護(hù)性能試驗(yàn)566.3 起動(dòng)特性試驗(yàn)606.4 試驗(yàn)結(jié)論60結(jié)束語62致 謝63參考文獻(xiàn)641 緒論1.1 序言煤礦在建設(shè)和生產(chǎn)中，不斷有地下水涌入礦井，為保證入井人員正常工作和安全生產(chǎn)。必須考慮排水問題，在建設(shè)與生產(chǎn)中

10、要不間斷的排水工作。在我國(guó)的煤炭企業(yè)中，煤礦的機(jī)電設(shè)備中，排水設(shè)備用量很多，消耗的電量很大。正確選擇與使用水泵，合理配制主排水系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于煤礦企業(yè)節(jié)能提效有著十分重要的意義 。1.2 礦井排水啟動(dòng)設(shè)備的現(xiàn)狀1.2.1 直接啟動(dòng)目前在工礦企業(yè)中使用著大量的交流異步電動(dòng)機(jī)，包括低壓電動(dòng)機(jī)及3kV/6kV中壓電動(dòng)機(jī)及10kV高壓電動(dòng)機(jī)。通常采用的起動(dòng)方式有兩種：一是在額定電壓下的直接起動(dòng)，另一種是降壓起動(dòng)方式。直接起動(dòng)是給電機(jī)直接加上額定電壓，起動(dòng)速度快，但危害很大，主要表現(xiàn)在：1) 對(duì)電網(wǎng)的沖擊：直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的47倍，造成電網(wǎng)電壓跌落，可能使欠壓保護(hù)動(dòng)作，造

11、成設(shè)備的有害跳閘，使電機(jī)起動(dòng)失敗并影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。2) 對(duì)電機(jī)的沖擊：過大的起動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)的繞組迅速發(fā)熱，加速其絕緣老化，從而影響電機(jī)的電氣壽命；直接起動(dòng)過大的沖擊轉(zhuǎn)距往往使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損或擊穿、轉(zhuǎn)軸扭曲等。3) 對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊：突然的沖擊轉(zhuǎn)距往往還使與電動(dòng)機(jī)相連的聯(lián)軸節(jié)或傳動(dòng)齒輪損傷，帶動(dòng)的皮帶撕裂；過大的沖擊力會(huì)造成帶動(dòng)的其它設(shè)備的非正常磨耗和老化，影響其精確度，縮短其壽命；而直起過程中壓力的突變對(duì)泵系統(tǒng)的管道、閥門造成損傷。1.2.2 降壓?jiǎn)?dòng)降壓?jiǎn)?dòng)就是軟啟動(dòng)。軟起動(dòng)可分為有級(jí)和無級(jí)兩類，有級(jí)的如星/角變換軟起動(dòng)、自耦變壓器軟起動(dòng)、電抗器

12、軟起動(dòng)等，都避免不了二次沖擊。無級(jí)的有液阻軟起動(dòng)、磁控軟起動(dòng)和晶閘管軟起動(dòng)。以技術(shù)性能比較，晶閘管方式的智能型軟起動(dòng)已逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，因而國(guó)內(nèi)低壓軟起動(dòng)（380V、660V、1140V等）市場(chǎng)主要是采用晶閘管方式的軟起動(dòng)器。在中高壓應(yīng)用中，國(guó)外產(chǎn)品基本都是晶閘管方式的軟起動(dòng)器。而國(guó)內(nèi)由于技術(shù)方面的原因，有多種軟起動(dòng)方式并存，但逐漸將向智能型的、應(yīng)用高壓晶閘管方式的軟起動(dòng)器轉(zhuǎn)化。1.3 晶閘管介紹1957 年美國(guó)通用電氣公司(GE)發(fā)明了普通反向阻斷型可控硅整流管(Sillicon Controlled Rectifier SCR) ，以后稱為晶閘管(Thyristor)，它是一種大功率半導(dǎo)體

13、器件。它標(biāo)志著電力電子技術(shù)的誕生。經(jīng)過工藝完善和應(yīng)用開發(fā)，到了20 世紀(jì)70年代，晶閘管已形成了從低壓小電流到高壓大電流的系列產(chǎn)品。以晶閘管為主要器件的電力電子技術(shù)很快在電化學(xué)工業(yè)、鐵道電氣機(jī)車、鋼鐵工業(yè)(感應(yīng)加熱)、電力工業(yè)(直流輸電、無功補(bǔ)償)中獲得了廣泛的應(yīng)用。 在性能上，晶閘管不僅具有單相導(dǎo)電性，而且還具有比硅整流元件俗稱( “死硅”)更為可貴的可控性。它具有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)。晶閘管能以毫安級(jí)電流控制大功率的機(jī)電設(shè)備，廣泛應(yīng)用于可控整流、無觸點(diǎn)開關(guān)、交流調(diào)壓、逆變和變頻等場(chǎng)合。普通的晶閘管適用于交流頻率為400 Hz 以下的控制設(shè)備。如果超過此頻率，因元件開關(guān)損耗顯著增加，允許通過的

14、平均電流相應(yīng)降低。此時(shí)，標(biāo)稱電流應(yīng)降級(jí)使用。晶閘管的優(yōu)點(diǎn)很多，例如：以小功率控制大功率功率，放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍；反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷；無觸點(diǎn)運(yùn)行，無火花，無噪音；頻率高，成本低等等。晶閘管的弱點(diǎn)：靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的過載能力較差；容易受干擾而誤導(dǎo)通。晶閘管(SCR)自問世以來到目前為止其功率容量提高了近3000倍，現(xiàn)在許多國(guó)家已能生產(chǎn)8KV/4KA 的晶閘管。近十幾年來，隨著自關(guān)斷器件的飛速發(fā)展，晶閘管的應(yīng)用領(lǐng)域有所縮小，但是，由于晶閘管具有高電壓、大電流特性，因此它在HVDC、 靜止無功補(bǔ)償(SVC)、 大功率直流電源及超大功率和高壓變頻調(diào)速應(yīng)用方面仍占有十分重要的地位。預(yù)計(jì)在今后若干年

15、內(nèi)，晶閘管仍將在高電壓、大電流應(yīng)用場(chǎng)合得到繼續(xù)發(fā)展。1.3.1 晶閘管工作原理 普通晶閘管從20世紀(jì)60年代開始研制并生產(chǎn)，到現(xiàn)在已成為電力電子器件中品種最多的一種，由于它具有電流容量大，電壓耐量高以及開通的可控性，又有獨(dú)特的伏安特性，加上效率高、小型輕量的特點(diǎn)，因此已被廣泛應(yīng)用于相控整流、逆變、交流調(diào)壓直流、變換等領(lǐng)域，成為特大功率、低頻裝置中的主要器件。晶閘管的導(dǎo)通條件可定性地歸納為陽極正偏和門極正偏。晶閘管導(dǎo)通后，即使是撤除門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 也不能使晶閘管關(guān)斷，只有設(shè)法使陽極電流減小到維持電流 (約十幾毫安)以下，導(dǎo)致內(nèi)部已建立的正反饋無法維持，晶閘管才能恢復(fù)阻斷狀態(tài)。很明顯，如果給晶閘管

16、陽極加反向電壓，無論有無門極電壓，晶閘管都不能導(dǎo)通。晶閘管像二極管一樣具有單向?qū)щ娦?，但它又與二極管不同。當(dāng)門極沒有加上正向電壓時(shí)，盡管陽極已加正向電壓，晶閘管仍處于正向阻斷狀態(tài)，在門極電壓的觸發(fā)下，晶閘管立即導(dǎo)通。這種門極電壓對(duì)晶閘管正向?qū)ㄋ鸬目刂谱饔梅Q為閘流特性，也稱為晶閘管的可控單向?qū)щ娦?。門極電壓只能觸發(fā)晶閘管開通，不能控制它的關(guān)斷，從這個(gè)意義上講，晶閘管是半控型電力器件。1.3.2 晶閘管的應(yīng)用 晶閘管是一種具有三個(gè)PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件，它和只有一個(gè)PN 結(jié)的硅整流二極管在結(jié)構(gòu)上迥然不同。晶閘管的四層結(jié)構(gòu)和控制極的引用，為其發(fā)揮“以小控大”的優(yōu)異控制特性奠定了基礎(chǔ)

17、。在應(yīng)用晶閘管時(shí)，只要在控制極加上很小的電流或電壓，就能控制很大的陽極電流或電壓，實(shí)現(xiàn)以小功率控制大功率，功率放大倍數(shù)高達(dá)幾十萬倍。普通晶閘管最基本的用途就是可控整流，除了整流，它還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通或切斷電路；實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變；將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。晶閘管和其它半導(dǎo)體器件一樣，具有體積??；效率高，反應(yīng)極快，在微秒級(jí)內(nèi)開通、關(guān)斷；控制容易；可靠性高；穩(wěn)定性好；損耗低等優(yōu)點(diǎn)。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，是向強(qiáng)電沖擊的先鋒，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭(zhēng)相采用的元件，并獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。三相交流異步

18、電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可靠耐用，而在各行各業(yè)特別是工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但它直接起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊會(huì)對(duì)電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)本身及其負(fù)載機(jī)械設(shè)備帶來諸多不利的影響，對(duì)于容量較大的電動(dòng)機(jī)，這些危害也就尤為嚴(yán)重。近年來，隨著各種新興產(chǎn)業(yè)的涌現(xiàn)與發(fā)展，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的起、停與運(yùn)行提出了更高的要求。隨著電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，晶閘管在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)中發(fā)揮了越來越重要的作用。1.3.3 晶閘管軟起動(dòng)裝置的技術(shù)特點(diǎn)晶閘管降壓軟起動(dòng)是近年來出現(xiàn)的較完善的技術(shù)方案，是集現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，可以根據(jù)不同應(yīng)用情況設(shè)置初始轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)時(shí)間、停機(jī)時(shí)

19、間、限流和各種保護(hù)值，平滑的起動(dòng)特性和免維護(hù)等使其具有傳統(tǒng)軟起動(dòng)方法無法比擬的優(yōu)越性。中高壓QJR系列晶閘管軟起動(dòng)裝置具有以下的技術(shù)特點(diǎn)：1) 以成熟的大功率高壓晶閘管為主電路部件，結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)，具有高可靠性和維修性；2) 與液阻軟起動(dòng)相比，它的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，起動(dòng)重復(fù)性好，采用閉環(huán)控制，系統(tǒng)響應(yīng)速度快；3) 安裝使用簡(jiǎn)單，晶閘管是無觸點(diǎn)的電子器件，壽命長(zhǎng)，不同于其他類型的產(chǎn)品需經(jīng)常維護(hù)液體和部件等，把機(jī)械壽命變?yōu)殡娮釉褂脡勖B續(xù)運(yùn)行數(shù)年也無需停機(jī)維護(hù)，更無爆炸引起高壓接地等危險(xiǎn)；4) 采用光纖傳輸技術(shù)隔離高、低壓系統(tǒng)，技術(shù)先進(jìn)，絕緣可靠；5) 采用一系列防干擾措施，通過EMC試驗(yàn)；

20、6) 完善的裝置自診斷功能；7) 可靠的晶閘管保護(hù)功能，每組晶閘管均有獨(dú)立的保護(hù)電路及狀態(tài)檢測(cè)電路；8) 起動(dòng)方式靈活：主要有斜坡起動(dòng)方式、恒流起動(dòng)方式、轉(zhuǎn)距突跳起動(dòng)方式（以及與前兩種方式的組合）；9) 停車方式可選：供選的停車方式有兩種：自由停車，軟停車；10) 保護(hù)方式完備：十余種軟起動(dòng)裝置及電機(jī)保護(hù)措施：起動(dòng)超時(shí)故障、起動(dòng)過流故障、運(yùn)行過流故障、晶閘管短路故障、逆序故障、缺相故障、三相電流不平衡、失壓故障、斷路器故障、接觸器故障,晶閘管溫度過高等；2 排水設(shè)備2.1 礦井簡(jiǎn)介某礦年產(chǎn)為160萬噸立井，正常涌水量Q=230，其日期為300天，最大涌水量=380，共62天，井深260m，礦井

21、水為中性(PH=7)。2.2 選擇水泵（1）所需水泵最小排水能力根據(jù)煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，“工作水泵的能力，應(yīng)能在20小時(shí)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的正常涌水量”。因此，所需水泵最小排水能力為：=1.2Q() （2-1） 式中 Q為礦井正常涌水量()。正常涌水時(shí)： =1.2Q=1.2230=276() （2-2）最大涌水時(shí)：=1.2Q/=1.2380=456() （2-3）（2） 估算水泵揚(yáng)程HB= (m) （2-4）式中為從吸水井水面到排水管路在地面出口之間的垂直距離高度，也可以用水泵房地面至地表面的垂直距離，在加5.05.5m的吸水高度；為管路效率，考慮管路沿程損失、局部損失以及管路因用久內(nèi)有淤積，

22、使內(nèi)徑減小增加的損失。 立井： =0.860.92斜井：當(dāng)傾角a= ; =0.760.90 a= ; =0.720.88 a= ; =0.660.86所以水泵揚(yáng)程HB = （2-5） = （2-6） =288（m）式中 =260（m）排水高度； 為吸水高度取5m； 為按最小排水量取0.92。在泵類產(chǎn)品樣本中，選擇能滿足及HB 效率較高水泵為200D-43型，該水泵的額定流量=288()；單級(jí)額定揚(yáng)程=43（m）； 最大效率= 80%；允許吸水高度=5.7（m）。該礦井為中性水(PH=7)可不采取防酸措施。（3）水泵形式及臺(tái)數(shù)水泵級(jí)數(shù)：i=6.7 取7級(jí) （2-7）式中為水泵在額定流量時(shí)，單級(jí)水

23、輪的揚(yáng)程。水泵臺(tái)數(shù)：根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，“必須有工作、備用和檢修的水泵”?！皞溆盟玫哪芰?yīng)不小于工作水泵能力的70%，并且工作和備用水泵的總能力，應(yīng)能在20小時(shí)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的最大涌水量。檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的25%”。即正常涌水時(shí)工作水泵臺(tái)數(shù)=0.96 取一臺(tái) （2-8）式中 為所選水泵額定流量（）;備用水泵臺(tái)數(shù) =70% =70% 1=0.7 取一臺(tái) （2-9）檢修水泵臺(tái)數(shù)=25% =25%1=0.25 取一臺(tái) （2-10）以上計(jì)算如有尾數(shù)，均取偏上整數(shù)；水泵總臺(tái)數(shù)Z=+=3（臺(tái)） （2-11）校驗(yàn)在最大涌水量時(shí)工作水泵臺(tái)數(shù)= （2-12） =1.582（臺(tái)）式中 為

24、礦井最大涌水量（）。當(dāng)( + ), 說明工作和備用水泵的總能力，能在20小時(shí)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的最大涌水量，最后決定水泵總臺(tái)數(shù)為3臺(tái)。2.3 管路選擇煤礦安全規(guī)程規(guī)定，井下排水“工作水管的能量應(yīng)能配合工作水泵在20小時(shí)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應(yīng)能配合工作和備用水泵在20小時(shí)內(nèi)排出礦井24小時(shí)的最大涌水量。當(dāng)排送量一定時(shí)，管徑取大些，揚(yáng)程損失會(huì)小，長(zhǎng)期運(yùn)行的電能相應(yīng)減少。但其一次基建投資費(fèi)用要高些。反之，如果管徑取得偏小，則相反。因此，必須在兩者之間求出管道最有利的經(jīng)濟(jì)直徑。運(yùn)用經(jīng)濟(jì)速度求排水管的直徑，即：d/p = （m） （2-13）式中為水泵的額定流量（）；

25、 為最有利的經(jīng)濟(jì)流速，一般VP =1.52.2（m/s），因此排水管直徑 d/p = = =0.225（m） （2-14）式中=1.52.2(m/s），現(xiàn)在取 = 2(m/s）。查表選排水管公稱內(nèi)徑dp=225（mm），壁厚7（mm），內(nèi)徑231（mm），外徑245mm的無縫鋼管。對(duì)于吸水管徑dx,為了減少吸水管阻力損失及不產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，吸水管徑一般可比排水管徑大一些。?。篸x=dp+0.025(m) （2-15）所以dx=dp+0.025=0.225+0.025=0.25(m)查表2-1選吸水管的公稱內(nèi)徑dp=250（mm），外徑273（mm）；壁厚7（mm米），內(nèi)徑259mm的無縫鋼管。表

26、2-1 國(guó)產(chǎn)無縫鋼管規(guī)格Table 2-1 Domestic specifications Seamless Steel Tube公稱內(nèi)徑外徑壁厚內(nèi)經(jīng)每米長(zhǎng)的重量公稱內(nèi)徑外徑壁厚內(nèi)經(jīng)每米長(zhǎng)的重量毫米毫米毫米毫米公斤/米毫米毫米毫米毫米公斤/米80894818.381022557.9557910.36250273725945.92100108410010.26825752.2859812.7922558.669615.091025364.86125133412512.731125171.07512315.78300325830962.54612118.99930770.141501594.515

27、017.151030577.68514918.991130385.18614722.641230192.63714526.243503371035790.51200219620731.5212353108.02520536.614349125.33820341.6325327217.02920146.6135307295.2圖2-1 管路布置 Fig.2-1 pipe layout2.4 驗(yàn)算排水時(shí)間及排水管中流速 正常涌水期的排水時(shí)間T=19.220（h） （2-16）最大涌水期的排水時(shí)間=15.820(h) （2-17）通過驗(yàn)算可知正常與最大涌水期的排水時(shí)間，都小于20小時(shí)，說明所選水泵型

28、號(hào)及臺(tái)數(shù)均合適。排水管的實(shí)際流速=2.01(） （2-18）驗(yàn)算排水管實(shí)際流速，沒有超出經(jīng)濟(jì)流速范圍（1.52.2），因此所選管道合適。2.5 確定電動(dòng)機(jī)功率由此泵所需功率為N=1.1=1.1=316.8(kw) （2-19）式中 r為礦水重度10000（）。因此200D437型泵所配350 kw電動(dòng)機(jī)3 電控設(shè)備3.1 研制方案的提出經(jīng)過大量調(diào)研、查閱資料、分析，并在充分了解煤礦系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的工作性能、安全可靠性等的基礎(chǔ)上，我們提出以下三種解決方案：方案1：一拖一軟起動(dòng)方案圖3-1 一拖一軟起動(dòng)方案系統(tǒng)原理圖Fig. 3-1 a soft start was delayed programme

29、 system schematics系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示，使用一臺(tái)軟起動(dòng)裝置起動(dòng)一臺(tái)水泵電機(jī)，系統(tǒng)可以達(dá)到很高的可靠性，軟起動(dòng)裝置和電機(jī)可以分別形成三套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，而不互相影響。方案2：采用“一拖三”軟起動(dòng)方案圖3-2 一拖三軟起動(dòng)方案系統(tǒng)原理圖Fig. 3-2 Soft start was delayed three programmes system schematics系統(tǒng)原理圖如圖3-2所示，在利用一臺(tái)軟起動(dòng)裝置起動(dòng)三臺(tái)水泵電機(jī)的目的。本系統(tǒng)可靠性高，滿足現(xiàn)場(chǎng)起動(dòng)要求。方案3：采用“一拖三+電抗器”軟起動(dòng)方案系統(tǒng)采用一臺(tái)軟起動(dòng)裝置起動(dòng)三臺(tái)水泵電機(jī)簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，另用一臺(tái)起動(dòng)電抗器

30、作備用改善起動(dòng)性能，完善保護(hù)性能。同時(shí)為了滿足煤礦對(duì)安全的苛刻要求提高系統(tǒng)的可靠性，這樣在軟起動(dòng)裝置檢修時(shí)仍可用一臺(tái)起動(dòng)電抗器起動(dòng)三臺(tái)水泵電機(jī)。圖3-3 采用“一拖三+電抗器”軟起動(dòng)方案系統(tǒng)原理圖Fig. 3-3 A delayed 3 + reactor Soft Start programme system schematics3.2方案比較表3-1 上述三種方案各項(xiàng)指標(biāo)比較Table 3-1 These indicators compare the three options方案1方案2方案3性能指標(biāo)軟起動(dòng)裝置和電機(jī)可以分別形成三套水泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，完成每一臺(tái)水泵電機(jī)的起停工作可使用軟起動(dòng)裝

31、置分別完成三臺(tái)電機(jī)系統(tǒng)的起動(dòng)，性能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)使用要求可使用軟起動(dòng)裝置（或電抗器）分別完成三臺(tái)電機(jī)系統(tǒng)的起動(dòng)，性能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)使用要求可靠性三套軟起動(dòng)系統(tǒng)互相獨(dú)立，互不干擾，可將任何一套起動(dòng)系統(tǒng)作為備用或進(jìn)行檢修，可靠性高。雖采用可靠性很高的高壓軟起動(dòng)裝置，但無法提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？勺龅矫刻姿秒姍C(jī)起動(dòng)相對(duì)獨(dú)立、互不干擾，保留一臺(tái)電抗器作為軟起動(dòng)裝置后備，裝置處于維護(hù)或檢修時(shí)仍能對(duì)電機(jī)進(jìn)行起動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，相對(duì)獨(dú)立系統(tǒng)復(fù)雜，使用設(shè)備較多結(jié)構(gòu)優(yōu)化，系統(tǒng)簡(jiǎn)單高效經(jīng)濟(jì)效益軟起動(dòng)裝置成本較高，系統(tǒng)需三套軟起動(dòng)裝置造成設(shè)備投入費(fèi)用過高，經(jīng)濟(jì)效益較差整套系統(tǒng)的初始投入較少，可能造成今后較高且無法估計(jì)的維護(hù)成

32、本整套系統(tǒng)投入較少，利用新技術(shù)使系統(tǒng)基本達(dá)到免維護(hù)的要求3.3 方案確定通過表3-1對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)、可靠性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效益等四個(gè)方便的比較，最終確定“方案3”為系統(tǒng)最優(yōu)方案，進(jìn)行實(shí)施。3.3.1 軟啟動(dòng)器的技術(shù)特點(diǎn)軟啟動(dòng)器是電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的電氣設(shè)備,它主要由串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其控制電路構(gòu)成。運(yùn)用移相控制原理,在啟動(dòng)過程中,控制晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大,使電動(dòng)機(jī)的端電壓從0以設(shè)定的函數(shù)關(guān)系逐漸上升,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速也逐漸增高,實(shí)現(xiàn)無沖擊啟動(dòng),啟動(dòng)完畢自動(dòng)轉(zhuǎn)入全電壓運(yùn)行。3.3.2軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)方式(1)斜坡升壓軟啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方式最簡(jiǎn)單,僅控制晶閘管

33、導(dǎo)通角,使啟動(dòng)電流與時(shí)間成一定的比例關(guān)系增大。由于不限流,在啟動(dòng)過程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生過大電流而損壞晶閘管,對(duì)電網(wǎng)也有不利影響,故實(shí)際很少應(yīng)用。(2)斜坡恒流軟啟動(dòng)。其特性曲線如圖3-4所示。啟動(dòng)初始階段,啟動(dòng)電流按設(shè)定的上升速率(斜率)逐漸增大,到達(dá)設(shè)定值后,保持恒流狀態(tài)直至啟動(dòng)完畢。啟動(dòng)電流的上升率可根據(jù)負(fù)載需要進(jìn)行調(diào)整,電流上升速率高,則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,啟動(dòng)時(shí)間短。一般啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩在額定轉(zhuǎn)矩的5% 90%之間調(diào)整,啟動(dòng)時(shí)間可在230 s之間調(diào)整。該啟動(dòng)方式適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載,是實(shí)際應(yīng)用最多的軟啟動(dòng)方式(井下6 kV高壓排水泵采用該啟動(dòng)方式) 。(3)脈沖恒流啟動(dòng)。在啟動(dòng)初始階段,晶閘管在很短時(shí)間內(nèi)以

34、較大電流導(dǎo)通一定時(shí)間后下降,再按原設(shè)定速率上升,進(jìn)入恒流啟動(dòng),其特性曲線如圖3-5所示。這種啟動(dòng)方式適用于需要沖擊轉(zhuǎn)矩助推方能正常啟動(dòng)的重載場(chǎng)合。(4)階躍恒流啟動(dòng)。這是一種快速啟動(dòng)方式。一開機(jī),即以極短時(shí)間使啟動(dòng)電流迅速上升到設(shè)定值直至啟動(dòng)完畢。通過改變電流設(shè)定值,可滿足不同負(fù)載對(duì)啟動(dòng)速度的要求。 圖3-4 斜坡恒流軟啟動(dòng)Fig.3-4 Slopes constant current soft start 圖3-5 脈沖恒流啟動(dòng)Fig.3-5 Pulse constant start3.3.3軟啟動(dòng)器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)軟啟動(dòng)器與自耦減壓?jiǎn)?dòng)器等傳統(tǒng)的減壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備相比,具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。(1)無沖擊

35、電流。軟啟動(dòng)使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流以一定斜率逐漸上升至設(shè)定值,對(duì)電網(wǎng)無沖擊電流,提高了供電可靠性。由于引入電流閉環(huán)控制,實(shí)現(xiàn)恒流平穩(wěn)啟動(dòng),無二次沖擊電流,減小對(duì)負(fù)載機(jī)械的沖擊轉(zhuǎn)矩,延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。(2)啟動(dòng)參數(shù)可調(diào)。軟啟動(dòng)的啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩及啟動(dòng)時(shí)間均可根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性適當(dāng)選擇,無級(jí)調(diào)節(jié)至最佳。(3)有軟停機(jī)功能。軟停機(jī)平滑減速,逐漸停機(jī),它可克服瞬間斷電停電的弊端,減輕對(duì)重載機(jī)械的沖擊,避免高程供水系統(tǒng)的“水錘”效應(yīng),減少設(shè)備的損壞。(4)輕載節(jié)能。軟啟動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)多功能自動(dòng)調(diào)壓器,電動(dòng)機(jī)輕載時(shí),能適當(dāng)降低其端電壓,空載激磁電流和鐵耗隨之減小,功率因數(shù)提高,達(dá)到輕載節(jié)能的目的

36、。4 軟起動(dòng)裝置的主電路設(shè)計(jì)4.1 軟起動(dòng)裝置的原理在進(jìn)行軟起動(dòng)裝置的主電路設(shè)計(jì)時(shí),首先考慮在不失軟起動(dòng)裝置的性能和可靠性的前提下,應(yīng)選擇使用國(guó)產(chǎn)功率電子器件,達(dá)到降低軟起動(dòng)裝置的制造成本,提高軟起動(dòng)裝置產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化率的目的；另外為了將來安裝和維修方便，要合理計(jì)算和選擇功率元件的散熱器形狀和尺寸。通過計(jì)算比較，最后選用現(xiàn)有的鋁型材，作為晶閘管的散熱器，外形規(guī)整，便于安裝，同時(shí)節(jié)省資金。異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能主要有兩個(gè)指標(biāo)，起動(dòng)電流倍數(shù)和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。控制交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與加在定子端電壓的平方成正比，同時(shí)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流與定子端電壓成正比。因此可以通過控制加在電動(dòng)機(jī)定子上的電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和

37、起動(dòng)電流進(jìn)行控制，以降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的過高起動(dòng)電流和起動(dòng)力矩。電壓的控制是通過控制晶閘管的導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)的。本軟起動(dòng)裝置是電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的電氣裝置，在提供大電流時(shí)采用的是三相交流調(diào)壓中的相位交流調(diào)壓方式。主電路由6只單向晶閘管兩兩反向并聯(lián)組成，將其串接于電源和電動(dòng)機(jī)定子之間，形成三相三線交流調(diào)壓電路，如圖4-1所示。利用全數(shù)字無矢量控制技術(shù)，完成電動(dòng)機(jī)端電壓與電流的控制。運(yùn)用移相控制原理，工作時(shí)，軟起動(dòng)裝置接收到控制信號(hào)后,根據(jù)用戶已設(shè)定的參數(shù),通過調(diào)節(jié)晶閘管的觸發(fā)角， 從而控制導(dǎo)通角增大，晶閘管輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，使電動(dòng)機(jī)按設(shè)定模式平滑起動(dòng)，直到晶閘管全導(dǎo)通

38、，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑無沖擊起動(dòng)，降低起動(dòng)電流，避免起動(dòng)過流跳閘，從而控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過程，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)及運(yùn)行保護(hù)等。圖4-1 晶閘管調(diào)壓主電路圖Fig.4-1 Brilliant floodgate in charge of transferring and keeping the main circuit diagram 起動(dòng)結(jié)束后，由控制裝置發(fā)出信號(hào)，使旁路真空接觸器閉合，反并聯(lián)晶閘管暫停工作，由電源直接供電使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟起動(dòng)裝置的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟起動(dòng)裝置在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)結(jié)束后可以對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)

39、繼續(xù)監(jiān)視，對(duì)各類故障進(jìn)行全程保護(hù)。QJR-400/1140(660)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型交流軟起動(dòng)裝置的整體結(jié)構(gòu)和功能用圖8 所示的框圖來表示。從圖4-2中可以看出，一套功能完備的交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下幾個(gè)組成部分：1) 核心控制系統(tǒng)：軟起動(dòng)控制裝置；2) 被控制功率主回路；3) 控制系統(tǒng)的輸入輸出部分分別包括電動(dòng)機(jī)控制參數(shù)的設(shè)定和電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)顯示以及電流和電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)；4) 電機(jī)運(yùn)行中過壓保護(hù)欠壓保護(hù)過載保護(hù)短路保護(hù)等的控制部分；5) 電源部分包括本安電源控制回路和控制裝置的電源。除此之外作為隔爆型的交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置還要考慮到軟起動(dòng)裝置的防爆隔爆設(shè)計(jì)問題。電 源

40、控制電路 電源主電路晶閘管單元阻容保護(hù)旁路接觸器具軟起動(dòng)裝置外圍控制電路LCD顯示顯示參數(shù)設(shè)定電流反饋檢測(cè)電路速度反饋電機(jī)圖4-2 QJR-400/1140 (660)工作流程圖Fig.4-2 QJR-400/1140 (660)flow diagram of jobQJR型交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置的原理接線圖如圖4-3 所示。1140V/660V三相電源從配電箱進(jìn)入，經(jīng)隔離換相開關(guān)，真空接觸器，晶閘管組件輸出到負(fù)載。亦可選擇遠(yuǎn)控/近控和直起/軟起。遠(yuǎn)控時(shí)，按下遠(yuǎn)控啟動(dòng)按鈕SB4，控制器輸出的本安12V 電壓經(jīng)遠(yuǎn)控停止按鈕SB5常閉觸點(diǎn)、SB4 常開觸點(diǎn)加到繼電器K1上。撥至近控，按下門蓋近控啟動(dòng)

41、按鈕SB1，本安12V 電壓同樣加到繼電器K1上。繼電器K1吸合，同時(shí)其常開觸頭閉合，使變壓器二次側(cè)24V 電壓回路接通，繼電器K3 吸合(注端子22# 23#為控制器內(nèi)部常閉點(diǎn))。常開點(diǎn)K3-1 、K3-2、K3-3 閉合：1) K3-3 閉合在本安回路給啟動(dòng)按鈕提供自保持保持繼電器K1在吸合狀態(tài)；2) K3-1 閉合在變壓器二次側(cè)220V 電壓回路中繼電器K4 吸合；3) K3-2 閉合。（1）若撥動(dòng)開關(guān)在直起，繼電器K2得電吸合，常開點(diǎn)K4、K2閉合，220V電壓加至真空接觸器線圈KM上，真空接觸器吸合，完成合閘動(dòng)作。（2）撥動(dòng)開關(guān)撥至軟起，24V電壓經(jīng)20# 、21#端子常開點(diǎn)加至繼電

42、器K2上。20#、21#常開點(diǎn)的閉合由軟起動(dòng)控制時(shí)間來控制。軟起動(dòng)就是在KM 吸合前由控制器控制晶閘管組件，負(fù)載側(cè)電壓由小、平穩(wěn)上升至660V或1140V，電動(dòng)機(jī)緩慢啟動(dòng)，軟起動(dòng)時(shí)間到時(shí)，繼電器K2吸合，KM吸合，將晶閘管組件短接?？刂破骺刂凭чl管組件停止工作。啟動(dòng)前，控制器首先對(duì)負(fù)載進(jìn)行漏電檢測(cè)?？刂破?4#、25#端子為660V、 1140V漏電檢測(cè)輸入端，經(jīng)繼電器K4兩個(gè)常閉點(diǎn)、KM 輔助開關(guān)兩個(gè)常閉點(diǎn)，接至晶閘管出線側(cè)，負(fù)載主回路對(duì)地電阻1140V時(shí)小于42K左右，660V時(shí)小于22K，控制器22# 、23#端子常閉點(diǎn)斷開，同時(shí)顯示面板顯示E-3 。同樣，電壓缺相顯示E-5；電源過壓顯

43、示E-6；欠壓顯示E-7。參數(shù)調(diào)整,可用磁棒在顯示面板上直接調(diào)整。將控制器10# 、11# 、12# 、13#調(diào)整參數(shù)端子接至門板啟動(dòng)、停止、復(fù)位按鈕上的另一組常開點(diǎn)。兩個(gè)回路(啟動(dòng)回路參數(shù)調(diào)整回路)由一個(gè)撥動(dòng)開關(guān)控制，互不干擾。圖4-3 軟起動(dòng)裝置的原理接線圖Fig.4-3 The principle soft start device wiring diagram4.2 晶閘管選型計(jì)算晶閘管元件參數(shù)的選擇，主要是選擇它的額定電壓等級(jí)和額定電流等級(jí)。就是說，選擇正、反向重復(fù)峰值電壓 (即和兩者的較小值)和通態(tài)平均電流。4.2.1 晶閘管電壓等級(jí)的選擇晶閘管承受的正、反向電壓與所采用的電路形式

44、和電源電壓有關(guān)。主要從可靠性、經(jīng)濟(jì)性和可能性來考慮。電壓等級(jí)選的太高，不經(jīng)濟(jì)；選的太低，不可靠，元件容易擊穿。精確設(shè)計(jì)晶閘管的耐壓值比較困難，這是因?yàn)樗粌H和回路的接法有關(guān)，同時(shí)還與電動(dòng)機(jī)的容量、激磁電流等數(shù)值有關(guān)。晶閘管工作中可能會(huì)遭受一些意外的瞬時(shí)過電壓或過電流，為了確保管子的安全運(yùn)行，一般在考慮有過電壓吸收回路的情況下，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。本課題所研究的軟起動(dòng)裝置型號(hào)為QJR-400/1140，其額定電流為400A，額定電壓為1140V， 故所選晶閘管的額定電壓為： （4-1）式中， 為晶閘管在實(shí)際工作中可能承受的最大電壓；為晶閘管元件承受的最大正

45、、反向峰值電壓(V)；(2 3)為電壓的安全系數(shù)。根據(jù)KP型晶閘管的電流電壓級(jí)別并考慮到晶閘管的安全性，取本裝置中的晶閘管的額定電壓為4000V。4.2.2 晶閘管電流等級(jí)的選擇由于雙向晶閘管通常用在交流電路中，因此不用平均值而用有效值來表示其額定電流值。正弦半波電流平均值)、電流有效值和電流最大值三者的關(guān)系為： （4-2） （4-3）正弦半波情況下電流波形系數(shù)為： （4-4）考慮到晶閘管的過載能力比一般電機(jī)電器產(chǎn)品小得多，因此選擇額定電流時(shí)考慮1.52倍的安全裕量是必要的。所以，晶閘管在流過任意波形電流并考慮了安全裕量情況下的額定電流的計(jì)算公式為： （4-5）在使用中還應(yīng)注意，當(dāng)晶閘管散熱條

46、件不滿足規(guī)定要求時(shí)，則元件的額定電流應(yīng)立即降低使用，否則元件會(huì)由于結(jié)溫超過允許值而損壞。晶閘管額定正向平均電流的選擇，主要與下列因素有關(guān)：負(fù)載電流的大小、電路形式、控制角的大小以及工作頻率（規(guī)定在400Hz 范圍以內(nèi)不考慮頻率的影響)。因?yàn)楸狙b置的額定電流為400A，考慮晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)時(shí)，在線路電流達(dá)到兩倍額定電流之前軟起動(dòng)裝置不工作，所以取額定電流的兩倍即800A為電流計(jì)算值，故： （4-6） （4-7） （4-8）根據(jù)K 型晶閘管的電流電壓級(jí)別選取單只晶閘管的通態(tài)平均電流為800A。根據(jù)現(xiàn)代實(shí)用電子技術(shù)手冊(cè)所選的晶閘管型號(hào)為KP80040D。4.3 晶閘管觸發(fā)方式的選擇4.3.1 門極觸

47、發(fā)脈沖的要求觸發(fā)電路的基本作用是向晶閘管提供門極驅(qū)動(dòng)電流，并能根據(jù)控制要求使晶閘管在需要導(dǎo)通的時(shí)刻可靠導(dǎo)通。雙向晶閘管門極的觸發(fā)，必須要有觸發(fā)電路與之正確可靠的配合才能實(shí)現(xiàn)。因此，觸發(fā)電路與主電路一樣，是晶閘管變流裝置的重要組成部分。觸發(fā)電路是通過輸出觸發(fā)信號(hào)來實(shí)現(xiàn)對(duì)晶閘管的控制的，觸發(fā)信號(hào)的類型可以是直流信號(hào)、交流信號(hào)或時(shí)間短促的脈沖信號(hào)。只要功率足夠大，它們都能使承受正向電壓的晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通。因晶閘管導(dǎo)通后觸發(fā)信號(hào)就失去作用，為了減小觸發(fā)電路和門極功耗并使觸發(fā)更準(zhǔn)確可靠，大多采用脈沖作為觸發(fā)信號(hào)。對(duì)雙向晶閘管門極觸發(fā)脈沖的要求是：1) 觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率，觸發(fā)脈沖的電壓、電流應(yīng)大于晶閘

48、管要求的數(shù)值，并流有一定的裕量；2) 觸發(fā)脈沖的相位應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)移動(dòng)；3) 觸發(fā)脈沖與晶閘管主電路電源必須同步、同頻，且具有固定的相位關(guān)系，使每一周期能在同樣的相位上觸發(fā)；4) 觸發(fā)脈沖波形一定要滿足要求，對(duì)感性負(fù)載，一般大于50Hz的18。4.3.2 觸發(fā)方式的選擇圖4-4 三相全控整流Fig.4-4 Three phases accuse of rectification completely以三相全控整流圖4-4為例，關(guān)于觸發(fā)脈沖的相位，共陰極組的VT1、VT3和VT5之間應(yīng)互差120；共陽極組的VT4、VT6和VT2之間亦互差120。接在同一相的兩管，如VT1與VT4 ，VT3與V

49、T6 ，VT5與VT2之間互差180 。共陰極組的元件在各自的電源電壓正半周時(shí)導(dǎo)通，而共陽極組的元件則在其電源電壓負(fù)半周時(shí)導(dǎo)通。為了使全控橋正常工作，形成電流通路，保證全控橋合閘后共陰極組和共陽極組各有一晶閘管導(dǎo)通（換流期間有三只導(dǎo)通)，或者由于電流斷續(xù)后能再次導(dǎo)通，必須對(duì)兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對(duì)晶閘管同時(shí)給觸發(fā)脈沖。為此，可以采取兩種辦法：一種是使每個(gè)觸發(fā)脈沖的寬度大于60 （一般取80100) ，稱寬脈沖觸發(fā)；另一種是在觸發(fā)某一號(hào)晶閘管的同時(shí)給前一號(hào)晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)脈沖，相當(dāng)于用兩個(gè)窄脈沖等效替代大于60的寬脈沖，稱雙窄脈沖觸發(fā)，在一個(gè)周期中對(duì)每一只晶閘管需要連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖間隔為60。例如

50、當(dāng)要求VT1導(dǎo)通時(shí)，除了給VT1 發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時(shí)給VT6 發(fā)一觸發(fā)脈沖。欲觸發(fā)VT2時(shí)，必須給VT1 同時(shí)發(fā)一觸發(fā)脈沖等。因此，用雙窄脈沖觸發(fā)，在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)每個(gè)晶閘管需要連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖前沿的間隔為60 。雙窄脈沖電路比較復(fù)雜，但它可減小觸發(fā)裝置的輸出功率，減小脈沖變壓器的鐵心體積。用寬脈沖觸發(fā)，雖然脈沖次數(shù)少一半，為了不使脈沖變壓器飽和，其鐵心體積要做得大些，繞組匝數(shù)多些，因而漏感增大，導(dǎo)致脈沖的前沿不夠陡（這對(duì)多個(gè)晶閘管串并聯(lián)時(shí)很不利)，增加去磁繞組可以改善這一情況，但又使裝置復(fù)雜化，故通常多采用雙窄脈沖觸發(fā)。雙窄脈沖產(chǎn)生方式非常簡(jiǎn)單自然，硬件、軟件均很簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的脈沖穩(wěn)定

51、可靠。本裝置晶閘管的觸發(fā)脈沖采用的是雙窄脈沖。雙窄脈沖經(jīng)光電隔離后，傳送至脈沖列形成放大后，輸出為高頻脈沖列脈沖列，經(jīng)過脈沖變壓器隔離后送到晶閘管控制極。本裝置使用的脈沖變壓器采用了高強(qiáng)度絕緣材料，并經(jīng)過環(huán)氧樹脂浸漆，一、二次之間絕緣強(qiáng)度達(dá)15KV。同時(shí)，脈沖變壓器鐵芯采用了高磁密材料，輸出脈沖無延時(shí)和震蕩現(xiàn)象，輸出脈沖波形穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)。4.4 三相同步信號(hào)采集與脈沖觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路本裝置中共用到三只雙向晶閘，管其中每只雙向晶閘管中的兩個(gè)單向晶閘管觸發(fā)次序相差180。晶閘管觸發(fā)需滿足兩個(gè)條件：有觸發(fā)脈沖、端電壓為正?？刂破鹘?jīng)過分析計(jì)算，產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)控制信號(hào)，經(jīng)觸發(fā)電路，產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的脈沖去驅(qū)

52、動(dòng)晶閘管。由于晶閘管交流調(diào)壓控制電路中的六只單向晶閘管觸發(fā)脈沖依次相差60，所以，晶閘管能否按照預(yù)定的次序?qū)?，這是調(diào)壓能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。同步信號(hào)的提取與觸發(fā)形式的選擇，是軟起動(dòng)裝置能夠可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)關(guān)鍵。這兩個(gè)問題解決不好，軟起動(dòng)裝置就不能實(shí)現(xiàn)晶閘管觸發(fā)器的準(zhǔn)確控制，更不能實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。4.4.1 三相同步信號(hào)采集由于本系統(tǒng)是通過晶閘管的相控調(diào)壓來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，故必須對(duì)供電電源進(jìn)行同步檢測(cè)，并由此確定晶閘管的觸發(fā)順序和觸發(fā)角的大小。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，晶閘管觸發(fā)器的同步信號(hào)的提取，首先通過同步變壓器提取出三相動(dòng)力電源中三相的相位，這樣產(chǎn)生的三相觸發(fā)同步信號(hào)穩(wěn)定，準(zhǔn)確的與電網(wǎng)保持一致，保證晶閘管觸發(fā)的可靠進(jìn)行。使用三相同步變壓器獲得三相同步信號(hào)，是一種傳統(tǒng)的方法。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行驗(yàn)證，這種方法有其弱點(diǎn)，即當(dāng)起動(dòng)或運(yùn)行過程中出現(xiàn)斷相故障時(shí)，經(jīng)三相同步變壓器取得的同步信號(hào)相位將發(fā)生變化。如果沒有及時(shí)的封鎖晶閘管的觸發(fā)脈沖，將出現(xiàn)錯(cuò)誤觸發(fā)，使電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)出現(xiàn)直流，從而造成生產(chǎn)機(jī)械系統(tǒng)的損壞。在CPU的軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)就這一現(xiàn)象提出保護(hù)，但實(shí)踐證明用，軟件保護(hù)的方法也可以有效的避免錯(cuò)誤觸發(fā)現(xiàn)象的發(fā)生。圖4-5 三相電壓同步信號(hào)采集Fig.4-5 The synchronous sig