三相異步電動機(jī)軟啟動器的畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒 論11.1 研究的目的、意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3 本課題研究內(nèi)容32 三相異步電動機(jī)的起動控制的研究42.1 三相異步電動機(jī)的起動過程的分析42.2 三相異步電動機(jī)的起動方法62.2.1 直接起動62.2.2 傳統(tǒng)減壓起動72.2.3 軟啟動102.3 軟起動的原理及分析112.3.1 晶閘管調(diào)壓原理112.3.2 軟起動的起動方式133 軟啟動器的硬件電路設(shè)計(jì)163.1 主要器件的介紹163.1.1 KJ004功能介紹163.1.2 KJ041功能介紹183.1.3 KJ042功能介紹193.2 主電路的選擇203.2.1 調(diào)壓方式的選擇

2、203.2.2 晶閘管相控調(diào)壓原理213.3 主回路設(shè)計(jì)213.3.1 主回路電路223.3.2 晶閘管參數(shù)選擇23 晶閘管觸發(fā)電路.233.3.4 晶閘管保護(hù)電路263.4 電壓檢測回路263.4.1 同步信號檢測273.4.2 電壓反饋回路283.5 電流檢測回路303.5.1 電流反饋回路303.5.2 過電流保護(hù)電路314 基于單片機(jī)的軟起動器的設(shè)計(jì)314.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)324.2 控制軟件設(shè)計(jì)344.3 觸發(fā)脈沖控制的軟件設(shè)計(jì)36結(jié)束語44參考文獻(xiàn)45致 謝46三相異步電動機(jī)軟啟動器的設(shè)計(jì)摘 要三相異步電動機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運(yùn)行可靠、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用在工業(yè)

3、、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、國防工業(yè)以及其他各行各業(yè)中。但它也有明顯的缺點(diǎn)，那就是起動轉(zhuǎn)矩小，起動電流過大。這種情況對電機(jī)本身及周圍電網(wǎng)都有非常不利的影響。為了減小異步電動機(jī)起動過程中對電網(wǎng)的沖擊、消除傳統(tǒng)降壓起動設(shè)備的有級觸點(diǎn)控制對異步電動機(jī)的沖擊、改善異步電動機(jī)的起動特性，本文對基于單片機(jī)控制的晶閘管調(diào)壓軟起動器進(jìn)行討論。本文首先闡述了軟起動器晶閘管調(diào)壓電路(即主電路)的工作原理，主要是基于晶閘管的三相異步電動機(jī)軟啟動器主電路設(shè)計(jì)和觸發(fā)電路設(shè)計(jì)。然后是對電動機(jī)軟啟動器模式的設(shè)計(jì)，但主要還是軟起動器的硬件電路設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的軟起動器操作方便簡單，能夠使電機(jī)順利起動。使之能達(dá)到了改善三相異步電動機(jī)起動

4、性能的要求。在滿足異步電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩要求及降低起動電流的前提下，使電機(jī)能夠平穩(wěn)可靠起動。關(guān)鍵詞：異步電動機(jī)；晶閘管；軟起動Design of three-phase asynchronous motorsoft starterAbstractThree-phase asynchronous motor has a wide range of application in industry,argriculture，transportation business，defense industry and other walks of lifeBut it also has the obvious

5、 shortcomings that starting torque, starting current. This kind of situation of motor and power are very disadvantageous around. In order to reduce the asynchronous motor start-up process for grid, eliminate the impact of traditional step-down start equipment has control of contacts in the level of

6、asynchronous motor, improve the impact of asynchronous motor starter characteristics, this article based on the single chip microcomputer control thyristor surge soft starter are discussed.This article elaborates the soft starter thyristor regulating circuit, which is based on thyristor three-phase

7、asynchronous motor soft starter main circuit design and implement trigger circuit design. Then the motor soft starter, but the pattern design of main or soft starter hardware circuit design.This article designs the soft starter operation convenience simple, can make the motor starts smoothly.To achi

8、eve improved three-phase asynchronous motor starting performance requirements. In asynchronous motor starting torque requirements and reduce starting current, under the premise of the motor can be stable and reliable.Keywords：Asynchronous Motor; Thyristor; Soft Starter1 緒 論1.1 研究的目的、意義三相異步電動機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡

9、單、制造方便、價格低廉、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、很少需要維護(hù)及可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國防軍事和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前大部分工業(yè)拖動都是以交流異步電動機(jī)作為動力，包括風(fēng)機(jī)、水泵、油泵、壓縮機(jī)等。但是，由于其固有的啟動性能較差，直接起動又容易造成對周圍電網(wǎng)的影響。通常要求采用專門的啟動設(shè)備完成正常的啟動工作，尤其頻繁啟動時更是如此。然而，它是以反電勢為主的負(fù)載，即以反電勢來平衡外加電壓。電動機(jī)的反電勢隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加而逐漸增大，電動機(jī)在起動開始時反電勢為零，所以起動電流很大。電動機(jī)起動時刻出現(xiàn)的起動電流一般高出額定電流37倍，特殊情況下可達(dá)到10倍以上，這樣大的起動

10、電流不僅加重了進(jìn)線供電電網(wǎng)以及接在電動機(jī)前面的開關(guān)電器的負(fù)荷，而且對電網(wǎng)及其負(fù)載造成干擾，特別是當(dāng)電動機(jī)容量較大時，沖擊電流會對電網(wǎng)及其負(fù)載造成干擾，嚴(yán)重時，甚至危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行1。啟動電流過大時，將使電動機(jī)本身受到過大電磁力的沖擊，如果經(jīng)常啟動 ，還有使繞組過熱的危險。同時，由于啟動應(yīng)力較大，使得負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。還有，由于起動應(yīng)力較大，出現(xiàn)的巨大轉(zhuǎn)矩又會使電動機(jī)發(fā)生劇烈的沖振，并且也給用作動力傳輸輔助設(shè)備和做功機(jī)械設(shè)備帶來不可避免的機(jī)械沖擊。所以，這種“硬起動”不僅會縮短傳動單元和做功機(jī)械設(shè)備的使用壽命，而且過高的起動電流還會引起供電電網(wǎng)的電壓驟然跌落，致使那些對電壓敏感的用電設(shè)備

11、產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，對三相感應(yīng)電動機(jī)軟起動情況進(jìn)行研究是非常有現(xiàn)實(shí)意義的。為了降低起動電流，人們采用了各種降壓起動技術(shù)。比較傳統(tǒng)和應(yīng)用較普遍的有變壓器降壓起動，串電抗器起動和Y/轉(zhuǎn)換等等。采用這些傳統(tǒng)起動方式起動時降低了加在定子繞組的電壓，起到了一定的限流作用，但仍存在著很多問題，例如靠接觸器切換電壓來達(dá)到降壓的目的，所以無法從根本上解決起動瞬時電流尖峰的沖擊；起動轉(zhuǎn)矩不可調(diào)，存在二次沖擊電流；對負(fù)載產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時，可能造成電動機(jī)堵轉(zhuǎn)；容易造成接觸器觸點(diǎn)的拉弧損壞。近幾年來隨著電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外相繼開發(fā)出以晶閘管為核心的電路元件、以單片機(jī)為控制核心的異步電

12、動機(jī)軟啟動設(shè)備。該軟啟動設(shè)備平滑了異步電動機(jī)加速過程，大大減緩了對電網(wǎng)及機(jī)械設(shè)備的沖擊。采用電力半導(dǎo)體器件對電動機(jī)進(jìn)行啟動控制的電力電子軟啟動器解決了傳統(tǒng)降壓啟動方法存在的二次電流沖擊問題 ，具有無觸點(diǎn)、 啟動電流及啟動時間可控、 啟動過程平滑等優(yōu)點(diǎn)，并且維護(hù)工作量小，具備完善的電動機(jī)保護(hù)功能。晶閘管軟啟動器是一種集軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新穎電機(jī)控制裝備。它不僅實(shí)現(xiàn)在整個啟動過程中實(shí)現(xiàn)無沖擊而平滑地啟動電機(jī)，而且可根據(jù)電動機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)啟動過程中的參數(shù)，如限流值、啟動時間等。此外，它還具有多種對電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓啟動設(shè)備的諸多弊端。本文詳細(xì)介紹

13、三相異步電動機(jī)軟啟動器的設(shè)計(jì)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀我國軟起動技術(shù)起步于上世紀(jì)80年代早期，目前生產(chǎn)電機(jī)啟動器的廠家很多，先后也推出了多種品牌的軟起動器。但由于國內(nèi)自主開發(fā)和生產(chǎn)的能力相對較弱，對國外產(chǎn)品的依賴還是很嚴(yán)重。在技術(shù)上和可靠性上與國外同類產(chǎn)品尚有一定的差距。所以在整個軟起動器市場上，占據(jù)統(tǒng)治地位的還是國外產(chǎn)品，國內(nèi)產(chǎn)品所占的份額還是很低。目前市場上生產(chǎn)的軟啟動器主要以機(jī)械式和三相反并聯(lián)晶閘管方式為主。機(jī)械式啟動器是目前使用比較廣泛的啟動方式，但它是有級起動，會產(chǎn)生二次沖擊電流，啟動電流仍然為標(biāo)稱電流的34倍，且有體積大、噪音大、維護(hù)費(fèi)用高、無法適應(yīng)惡劣環(huán)境等諸多弊端。近三十年來，隨

14、著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使無電弧開關(guān)和連續(xù)調(diào)節(jié)電流成為可能。電力半導(dǎo)體開關(guān)器件具有無磨損、壽命長、功耗小等特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代控制理論及微機(jī)控制技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動提供了全新的思路。要突破傳統(tǒng)的啟動方式，是離不開電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展的。隨著這些技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力電子軟起動裝置也取得了長足的進(jìn)步，采用這些方法可以使三相異步電動機(jī)獲得很好的起動性能。近三十多年來，國外對晶閘管三相交流調(diào)壓電路進(jìn)行了廣泛的研究，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。如美國AB公司、英國CT公司、法國TE公司、德國AEG公司、瑞士ABB公司等均推出了軟起動器系列產(chǎn)品，如GE公司生產(chǎn)的最大功率達(dá)到850kW，額定電壓

15、500V，額定電流1180A，最大起動電流5900A；ABB公司生產(chǎn)的最大功率達(dá)到1200kW，額定電壓690V，額定電流1000A；意大利SIEI工公司生產(chǎn)的額定電壓690V，額定電流1600A；美國BS公司還生產(chǎn)中壓613.8kV同步或異步電動機(jī)軟起動器，最大功率達(dá)到10000kW2。目前在國外，發(fā)達(dá)國家的電動機(jī)軟起動產(chǎn)品主要是固態(tài)軟起動裝置晶閘管軟起動和兼作軟起動的變頻器。在生產(chǎn)工藝兼有調(diào)速要求時，采用變頻裝置。在沒有調(diào)速要求使用的場合下，起動負(fù)載較輕時一般采用晶閘管軟起動。在重載或負(fù)載功率特別大的時候，才使用變頻軟起動。晶閘管軟起動裝置是發(fā)達(dá)國家軟起動的主流產(chǎn)品，各知名電氣公司均有自己

16、晶閘管軟起動的品牌，在其功能上又各具特色。例如GE公司生產(chǎn)的ASTAT智能電機(jī)軟起動器；ABB公司生產(chǎn)的PST、PSTB系列電機(jī)軟起動器；施耐德公司的ATS46軟起動器；德國SIEMENS公司的3RW22 SIKOSTART軟起動器等等。目前，國外對晶閘管三相交流調(diào)壓電路的研究己經(jīng)從對控制電壓、控制電機(jī)電流的開環(huán)、閉環(huán)方式，發(fā)展到通過建立比較準(zhǔn)確實(shí)用的數(shù)學(xué)模型，找到適用于三相交流調(diào)壓電路電機(jī)負(fù)載的控制方法，從而使三相交流調(diào)壓電路電機(jī)負(fù)載性能更優(yōu)3。另一方面，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動機(jī)向更加可靠、方便性好、小型化方向發(fā)展。1.3 本課題研究內(nèi)容軟啟動器本質(zhì)上是一種直流調(diào)壓裝置，用來實(shí)現(xiàn)軟

17、啟動、軟停車、實(shí)時監(jiān)測以及各種保護(hù)功能。為了保證系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，可以充分發(fā)揮單片機(jī)的強(qiáng)大控制功能，由主控制電路對系統(tǒng)的關(guān)鍵器件和關(guān)鍵參數(shù)，例如過壓、欠壓、過流、過載、等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。隨著數(shù)字直流PWM調(diào)壓技術(shù)的應(yīng)用，以及采用高性能的單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，可以使軟啟動器具有控制快速準(zhǔn)確、響應(yīng)快、運(yùn)行穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點(diǎn)。在三相交流異步電動機(jī)不宜采用直接啟動的時候，可以考慮采用定子串電阻或串電抗器啟動、Y-啟動、自耦變壓器降壓啟動、轉(zhuǎn)子串電阻啟動、晶閘管電子軟啟動、分級變頻軟啟動、兩相變頻調(diào)壓軟啟動等方法。結(jié)合各方面的因素及實(shí)際情況，本課題研究的內(nèi)容主要有：(1)研究三相調(diào)壓軟起動的基本原理，

18、對三相異步電動機(jī)的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分析，對軟起動控制策略進(jìn)行研究。(2)對三相晶閘管軟起動系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)。包括主電路，觸發(fā)電路，檢測電路，控制電路，驅(qū)動電路等。(3)實(shí)現(xiàn)三相異步電動機(jī)軟啟動器模式的設(shè)計(jì)和軟件的有關(guān)設(shè)計(jì)。(4)用PROTEL繪制系統(tǒng)的原理圖。本課題的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)的軟啟動，甚至使軟啟動器能夠根據(jù)電機(jī)負(fù)載的實(shí)際情況改變。2 三相異步電動機(jī)的起動控制的研究 交流三相異步電動機(jī)的傳統(tǒng)啟動技術(shù)，如定子串電阻/電抗器啟動、自耦變壓器降壓啟動、星形-三角形降壓啟動、轉(zhuǎn)子串電阻或頻敏變阻器啟動等，在交流電動機(jī)啟動技術(shù)發(fā)展過程中都有過重要應(yīng)用。但隨著晶閘管技術(shù)的發(fā)展，三相交流調(diào)

19、壓軟啟動器因?yàn)榫哂行阅芰己谩a(chǎn)品多樣、電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)以及轉(zhuǎn)矩或電流可閉環(huán)控制等優(yōu)點(diǎn)，使得電子軟啟動器得到了深入而廣泛的發(fā)展，成為軟啟動市場中的主流產(chǎn)品。2.1 三相異步電動機(jī)的起動過程的分析 為了研究三相異步電動機(jī)的起動時的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等變量的關(guān)系，進(jìn)而分析異步電機(jī)起動時的電流、起動轉(zhuǎn)矩和所外加電壓的關(guān)系，就要研究電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。對于電動機(jī)的軟起動而言，多采用基于集中參數(shù)等效電路的數(shù)學(xué)模型。在不改變異步電動機(jī)定子繞組中的物理量和異步電機(jī)的電磁性能的前提下，經(jīng)頻率和繞組的計(jì)算，把異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的頻率、相數(shù)、每相有效串聯(lián)匝數(shù)都?xì)w算成和定子繞組一樣，即可用歸算過的基本方程式推導(dǎo)出異步電動機(jī)的

20、等效電路。三相異步電動機(jī)的T形穩(wěn)態(tài)等效電路如圖2-1所示：圖2-1 異步電動機(jī)的等效電路其中，r1為定子繞組的電阻，x1為定子繞組的漏電抗，r2為歸算到定子方面的轉(zhuǎn)子繞組的電阻，x2為歸算到定子方面的轉(zhuǎn)子繞組的漏抗。rm代表與定子鐵心損耗所對應(yīng)的勵磁電阻，xm代表與主磁通相對應(yīng)的鐵心磁路的勵磁電抗。U1為定子電壓向量，E1為定子感應(yīng)電動勢向量，i1為定子電流向量，im為磁電流向量?；赥形等效電路的數(shù)學(xué)模型為： (2-1) (2-2) (2-3) (2-4)由以上四式可得： (2-5)在異步電動機(jī)里，因?yàn)閞1<x1，rm<<xm，故可以省去r1，rm，則式(2-5)可以表示為

21、： (2-6)由等效電路可見，異步電動機(jī)輸入的電功率P1一部分消耗在釘子繞組的電阻而稱為定子銅耗Pcu1，一部分消耗在定子鐵心上而變成鐵耗PFe，剩余的通過氣隙傳遞到轉(zhuǎn)子的功率成為電磁功耗Pem。其中Pem為： (2-7)電磁轉(zhuǎn)矩為： (2-8)其中，為同步角速度；為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；Pem為機(jī)械功率。由式(2-7)和式(2-8)可得： (2-9)根據(jù)T形等效電路可得： (2-10)將式(2-10)代入(2-9)得： (2-11)剛起動時，轉(zhuǎn)子n=0，轉(zhuǎn)差率s=1，此時啟動轉(zhuǎn)矩為： (2-12)同時，由于激磁電流相對較小即，近似為1，由式(2-6)的啟動電流為： (2-13)由式(2-12)和式

22、(2-13)可知，起動轉(zhuǎn)矩正比于定子端電壓的平方，起動電流正比于定子電壓。起動電壓較低時，起動轉(zhuǎn)矩較小，電流也較??；反之，如果電壓較高，則起動轉(zhuǎn)矩較大，但同時起動時的沖擊電流也很大。而異步電動機(jī)的起動特性主要表現(xiàn)在起動電流和起動轉(zhuǎn)矩兩個方面：希望電動機(jī)起動時能產(chǎn)生足夠的起動轉(zhuǎn)矩，以便帶動負(fù)載快速地達(dá)到正常轉(zhuǎn)速；同時，也希望起動電流不要太大。因?yàn)樵诠╇娮儔浩鞯娜萘勘容^小的情況下，過大的起動電流將造成較大的線路壓降，從而影響接在同一電網(wǎng)上的其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。下面針對異步電動機(jī)的起動特性，分析起動方式的原理和應(yīng)用。2.2 三相異步電機(jī)的啟動方法 三相異步電動機(jī)的起動方法主要有直接起動、傳統(tǒng)減壓

23、啟動和軟啟動三種啟動方法。下面就分別做詳細(xì)介紹。 直接起動直接起動，也叫全壓起動。起動時通過一些直接起動設(shè)備，將全部電源電壓(即全壓)直接加到異步電動機(jī)的定子繞組，使電動機(jī)在額定電壓下進(jìn)行起動。一般情況下，直接起動時起動電流為額定電流的38倍，起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的12倍。根據(jù)對國產(chǎn)電動機(jī)實(shí)際測量，某些籠型異步電動機(jī)起動電流甚至可以達(dá)到812倍。直接起動的起動線路是最簡單的，如圖2-2所示。然而這種起動方法有諸多不足。對于需要頻繁起動的電動機(jī)，過大的起動電流會造成電動機(jī)的發(fā)熱，縮短電動機(jī)的使用壽命；同時電動機(jī)繞組在電動力的作用下，會發(fā)生變形，可能引起短路進(jìn)而燒毀電動機(jī)；另外過大的起動電流，會使線

24、路電壓降增大，造成電網(wǎng)電壓的顯著下降，從而影響同一電網(wǎng)的其他設(shè)備的正常工作，有時甚至使它們停下來或無法帶負(fù)載起動。這是因?yàn)門s及Tm均與電網(wǎng)電壓的平方成正比，電網(wǎng)電壓的顯著下降，可使Ts及Tm 均下降到低于Tz。一般情況下，異步電動機(jī)的功率小于75kW時允許直接起動。如果功率大于75kW，而電源總?cè)萘枯^大，能符合下式要求的話，電動機(jī)也可允許直接起動。 如果不能滿足上式的要求，則必須采用減壓啟動的方法，通過減壓，把啟動電流Ist限制到允許的數(shù)值。圖2-2 直接啟動原理圖 傳統(tǒng)減壓起動減壓起動是在起動時先降低定子繞組上的電壓，待起動后，再把電壓恢復(fù)到額定值。減壓起動雖然可以減小起動電流，但是同時起

25、動轉(zhuǎn)矩也會減小。因此，減壓起動方法一般只適用于輕載或空載情況。傳統(tǒng)減壓起動的具體方法很多，這里介紹以下三種減壓起動的方法：(1)定子串接電阻或電抗起動定子繞組串電阻或電抗相當(dāng)于降低定子繞組的外加電壓。由三相異步電動機(jī)的等效電路可知：起動電流正比于定子繞組的電壓，因而定子繞組串電阻或電抗可以達(dá)到減小起動電流的目的。但考慮到起動轉(zhuǎn)矩與定子繞組電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩會降低的更多。因此，這種起動方法僅僅適用于空載或輕載起動場合。 對于容量較小的異步電動機(jī)，一般采用定子繞組串電阻降壓；但對于容量較大的異步電動機(jī)，考慮到串接電阻會造成銅耗較大，故采用定子繞組串電抗降壓起動。 如圖2-3所示：當(dāng)起動電機(jī)

26、時，合上開關(guān)Q，交流接觸器KM斷開，使電源經(jīng)電阻或電抗R流進(jìn)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)起動完成時KM吸合，短接電阻或電抗R。圖2-3 定子串電阻或電抗起動原理圖(2)星-三角形(丫-)起動星-三角形起動法是電動機(jī)起動時，定子繞組為星形(丫)接法，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時，將繞組切換為三角形()接法，使電動機(jī)轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行的一種起動方式。星-三角形起動方法雖然簡單，但電動機(jī)定子繞組的六個出線端都要引出來，略顯麻煩。 圖2-4為星-三角形起動法的原理圖。接觸器KM2和KM3互鎖，即其中一個閉合時，必須保證另一個斷開。KM2閉合時，定子繞組為星形(丫)接法，使電動機(jī)起動。切換至KM3閉合，定子繞組改為三角形()接

27、法，電動機(jī)轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行。由控制電路中的時間繼電器KT確定星-三角切換的時間。 定子繞組接成星形連接后，每相繞組的相電壓為三角形連接(全壓)時的l/，故星-三角形起動時起動電流及起動轉(zhuǎn)矩均下降為直接起動的13。由于起動轉(zhuǎn)矩小，該方法只適合于輕載起動的場合。圖2-4 星-三角形起動法的原理圖(3)自耦變壓器起動自耦變壓器起動法就是電動機(jī)起動時，電源通過自耦變壓器降壓后接到電動機(jī)上，待轉(zhuǎn)速上升至接近額定轉(zhuǎn)速時，將自耦變壓器從電源切除，而使電動機(jī)直接接到電網(wǎng)上轉(zhuǎn)化為正常運(yùn)行的一種起動方法。圖2-5所示為自耦變壓器起動的自動控制主回路?？刂七^程如下：合上空氣開關(guān)Q接通三相電源。按啟動按鈕后KM1線圈通電

28、吸合并自鎖，其主觸頭閉合，將自耦變壓器線圈接成星形，與此同時由于KM1輔助常開觸點(diǎn)閉合，使得接觸器KM2線圈通電吸合，KM2的主觸頭閉合由自耦變壓器的低壓抽頭(例如65)將三相電壓的65接入電動。當(dāng)時間繼電器KT延時完畢閉合后，KM1線圈斷電，使自耦變壓器線圈封星端打開；同時KM2線圈斷電，切斷自耦變壓器電源，使KM3線圈得電吸合，KM3主觸頭接通電動機(jī)在全壓下運(yùn)行。自耦變壓器一般有65和80額定電壓的兩組抽頭。若自耦變壓器的變比為k，與直接起動相比，采用自耦變壓器起動時，其一次側(cè)起動線電流和起動轉(zhuǎn)矩都降低到直接起動的lk2。自耦變壓器起動法不受電動機(jī)繞組接線方式(丫接法或接法)的限制，允許的

29、起動電流和所需起動轉(zhuǎn)矩可通過改變抽頭進(jìn)行選擇，但設(shè)備費(fèi)用較高。圖2-5 異步電動機(jī)的自耦變壓器起動法自耦變壓器起動適用于容量較大的低壓電動機(jī)作減壓起動用，應(yīng)用非常廣泛，有手動及自動控制線路。其優(yōu)點(diǎn)是電壓抽頭可供不同負(fù)載起動時選擇；缺點(diǎn)是質(zhì)量大、體積大、價格高、維護(hù)檢修費(fèi)用高。 軟啟動軟起動可分為有級和無級兩類，前者的調(diào)節(jié)是分檔的，后者的調(diào)節(jié)是連續(xù)的。在電動機(jī)定子回路中，通過串入限流作用的電力器件實(shí)現(xiàn)軟起動，叫做降壓或者限流軟起動。它是軟起動中的一個重要類別。按限流器件不同可分為：以電解液限流的液阻軟起動；以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動；以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動。晶閘管軟起動產(chǎn)品問

30、世不過30年左右的時間，它是當(dāng)今電力電子器件長足進(jìn)步的結(jié)果。10年前，電氣工程界就有人預(yù)言，晶閘管軟起動將引發(fā)軟起動行業(yè)的一場革命。目前在低壓(380V)內(nèi)，晶閘管軟起動產(chǎn)品價格已經(jīng)下降到液阻軟起動的大約2倍，甚至更低。而其主要性能卻優(yōu)于液阻軟起動。與液阻軟起動相比，它的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)量小，功能齊全，菜單豐富，起動重復(fù)性好，保護(hù)周全，這些都是液阻軟起動無法比擬的。但是晶閘管軟起動產(chǎn)品也有缺點(diǎn)。一是高壓產(chǎn)品的價格太高，是液阻軟起動產(chǎn)品的510倍，二是晶閘管引起的高次諧波比較嚴(yán)重。2.3 軟起動的原理及分析 晶閘管調(diào)壓原理晶閘管的控制方式有兩種：一是相位控制，即通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來調(diào)壓

31、；二是周波控制，即把晶閘管作為靜止接觸器，交替的接通與切斷幾個周波的電源電壓，用改變接通時間與切斷時間之比來控制輸出電壓的有效值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。但周波控制用在異步電機(jī)定子上時，通斷交替的頻率不能太低，一方面會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，另一方面每次接通電流就相當(dāng)于一次異步電動機(jī)的重起動過程。當(dāng)電源切斷時，電動機(jī)氣隙中的磁場將由轉(zhuǎn)子中的瞬態(tài)電流來維持，并隨著轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn)，氣隙磁場在定子繞組中感應(yīng)的電動勢頻率將有所變化，當(dāng)斷流時問隔較長時，這個旋轉(zhuǎn)磁場在定子中感應(yīng)的電勢和重新接通時的電源電壓在相位上可能會有很大的差別，這樣就會出現(xiàn)較大的電流沖擊，可能危及晶閘管的安全。故在異步電動機(jī)的調(diào)壓控制中，晶閘

32、管調(diào)壓一般采用相位控制。采用相位控制時，輸出電壓波形已不是正弦波，經(jīng)分析可知，輸出電壓不含偶次諧波，奇次諧波中以三次諧波為主要成分。諧波在異步電機(jī)中會引起附加損耗，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動等不良影響。此外，由于異步電機(jī)是感性負(fù)載，從電力電子學(xué)中可以知道，當(dāng)晶閘管交流調(diào)壓回路帶有感性負(fù)載時，只有當(dāng)移相角大于負(fù)載的功率因數(shù)角時，才能起到調(diào)壓的作用。當(dāng)<時，電流導(dǎo)通的時間將始終保持在180°。其情況與=0時一樣，相控不起任何調(diào)壓作用，甚至在晶閘管觸發(fā)脈沖不夠?qū)挼那闆r下，出現(xiàn)只有一個方向上的晶閘管工作，負(fù)載上出現(xiàn)直流分量，對晶閘管造成危害。為了保證晶閘管的安全，在使用相控晶閘管電路時采用寬脈沖觸發(fā)

33、，移相范圍限制在<180°。本系統(tǒng)軟起動器采用晶閘管調(diào)壓原理，通過調(diào)節(jié)電動機(jī)定子輸入端電壓的大小和相位實(shí)現(xiàn)軟起動的各種功能。本系統(tǒng)軟起動器采用了如圖2-6所示的主電路。用三組反并聯(lián)晶閘管分別串聯(lián)在星形接法的電機(jī)三相定子線圈上，這種連接方式諧波比較少，調(diào)壓性能最為優(yōu)越，控制系統(tǒng)簡單、可靠。圖2-6軟起動主回路原理圖為了方便分析，做以下假定：(1)電源為三相對稱的正弦電壓源，內(nèi)阻抗為零；(2)各晶閘管的特性一致，對稱觸發(fā)，關(guān)斷狀態(tài)時，其阻抗為無窮大；導(dǎo)通狀時壓降為零；(3)電機(jī)為理想電機(jī)，其定、轉(zhuǎn)子繞組在空間產(chǎn)生正弦分布的磁通勢；(4)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為常數(shù)。由于主電路中沒有

34、中線，因此在工作時若要負(fù)載電流流通，至少要有兩相構(gòu)成通路。其中一相是正向晶閘管導(dǎo)通，另一相則是反向晶閘管導(dǎo)通。為了保證在電路起始工作時有兩個晶閘管同時導(dǎo)通，以及在感性負(fù)載與控制角較小時仍能保證不同相的兩個晶閘管同時導(dǎo)通，本系統(tǒng)采用了能夠產(chǎn)生大于60°的雙窄脈沖的觸發(fā)電路。要實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的平穩(wěn)起動，需要控制電機(jī)的輸入電壓，使其按照某種曲線由小到大逐漸上升。通過按照一定時序調(diào)整六個晶閘管的觸發(fā)角就可以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。該電路的調(diào)壓實(shí)質(zhì)是對電源電壓進(jìn)行斬波。電機(jī)獲得的電壓是非正弦的，但是每相電壓的正負(fù)半周是對稱的。晶閘管任意一相的電壓波形如圖2-7所示，其中電網(wǎng)電壓的波形是完整的正弦波，是晶閘

35、管的觸發(fā)角，是負(fù)載的功率因數(shù)角(也叫晶閘管的續(xù)流角)，是晶閘管的導(dǎo)通角。 由圖2-7可以很容易地推導(dǎo)出觸發(fā)角，功率因數(shù)角以及導(dǎo)通角之間的關(guān)系： 公式(2-15)圖2-7 任意相晶閘管的工作波形 其中晶閘管的輸出電壓是介于導(dǎo)通角之間的波形。通過改變導(dǎo)通角的大小，就可以改變晶閘管的輸出電壓，從而改變了電機(jī)的輸入電壓。由式(2-15)可以得知，導(dǎo)通角與觸發(fā)角、功率因數(shù)角都有關(guān)。對于恒定的負(fù)載而言，功率因數(shù)角是常量，導(dǎo)通角僅僅與觸發(fā)角有關(guān)。此時，只要改變晶閘管觸發(fā)角就可以改變晶閘管的輸出電壓。但是對于異步電動機(jī)而言，功率因數(shù)角是個變量，并且是電機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)。在電機(jī)起動過程中，隨著轉(zhuǎn)速逐漸變大，功率因數(shù)

36、角也在不斷變化。因此，改變晶閘管觸發(fā)角的同時也要兼顧功率因數(shù)角的變化情況。只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的輸入電壓按照預(yù)定規(guī)律變化的要求4。 軟起動的起動方式軟起動器的功能主要是實(shí)現(xiàn)軟起動和軟停車，而軟停車相當(dāng)于是軟起動的逆過程。三相異步電動機(jī)軟起動器擁有多種起動模式，可以滿足不同的起動要求。下面詳細(xì)介紹：(1)限流起動限流起動就是在電動機(jī)的起動過程中限制其起動電流不超過某一設(shè)定值Im的軟起動方式，起動波形如圖2-8所示。主要用于輕載起動的降壓起動，其輸出電壓從零開始迅速增長，直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后保持輸出電流不大于該值的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓。這種起動方式的優(yōu)

37、點(diǎn)是起動電流小，且可按需要調(diào)整起動電流的限定值Im。其缺點(diǎn)是在起動時難以知道起動壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動轉(zhuǎn)矩，起動時間相對較長。該方法應(yīng)用較多，適用于風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載。圖2-8 限流啟動波形 (2)電壓斜坡起動輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的有級降壓起動變?yōu)闊o級，主要用在重載起動。它的缺點(diǎn)是起動轉(zhuǎn)矩小，且轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線型上升對起動不利，起動時間長，對電動機(jī)不利。改進(jìn)的方法是采用雙斜坡起動，如圖2-9所示。輸出電壓先迅速升至U(U，為電動機(jī)起動所需的最小轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的電壓值)，然后按設(shè)定的斜率逐漸升高電壓。直至達(dá)到額定電壓，初始電壓和電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。在加速斜坡時同期

38、聞，電動機(jī)電壓逐漸增加，加速斜坡時間在一定時間范圍內(nèi)可調(diào)整，加速斜坡時間一般在260秒之間。這種起動方式的特點(diǎn)是起動電流相對較大，但起動時間相對較短，適用于重載起動的電動機(jī)。圖2-9 電壓斜坡啟動波形 (3)轉(zhuǎn)矩控制起動主要用于重載起動，如圖2-10所示。它是按照電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓。其優(yōu)點(diǎn)是起動平滑、柔性好、對拖動系統(tǒng)有利，同時減少對電網(wǎng)的沖擊，使最優(yōu)的重載起動方式。其缺點(diǎn)就是起動時間較長。圖2-10 轉(zhuǎn)矩控制啟動波形(4)轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動 轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動與轉(zhuǎn)矩控制起動一樣，也是用在重載起動的場合。所不同的是在起動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩，克服拖動系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平

39、滑上升，可縮短起動時間。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其他負(fù)荷。轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動如圖2-11所示。圖2-11 轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動波形(5)電壓控制起動電壓控制起動是在保證起動壓降一定的前提下使電動機(jī)獲得最大的起動轉(zhuǎn)矩，盡可能地縮短起動時間，是最優(yōu)的輕載軟起動方式，如圖2-12所示。 圖2-12 電壓控制起動波形3 軟啟動器的硬件電路設(shè)計(jì)3.1 主要器件的介紹 KJ004功能介紹該電路由同步檢測電路、鋸齒波形成電路、偏移電壓、移電壓綜合比較放大電路和功相率放大電路四部分組成。元件引腳功能見表3-1：鋸齒波的斜率決定于外接R6、RW1流出的充電電流和積分C1的數(shù)值。對不同的移項(xiàng)控制V1，只有

40、改變R1、R2的比例，調(diào)節(jié)相應(yīng)的偏移VP。同時調(diào)整鋸齒波斜率電位器RW1，可以使不同的移相控制電壓獲得整個范圍。觸發(fā)電路為正極性型，即移相電壓增加，導(dǎo)通角增大。R7和C2形成微分電路，改變R7和C2的值，可獲得不同的脈寬輸出。KJ004的同步電壓為任意值 表3-1 KJ004的引腳功能表功 能輸出空鋸齒波形成-Vee(1k)空地同步輸入綜合比較空微分阻容封鎖調(diào)制輸出+Vcc引線腳號12345678910111213141516電路采用雙列直插C16白瓷和黑瓷兩種外殼封裝，外型尺寸按電子工業(yè)部部頒標(biāo)準(zhǔn)。半導(dǎo)體集成電路外型尺寸SJ110076圖-1 KJ004引腳圖 與分立元件的鋸齒波移相觸發(fā)電路

41、相似,分為同步、鋸齒波形成、移相、脈沖形成、脈沖分選及脈沖放大幾個環(huán)節(jié)。圖3-2 KJ004電路原理圖KJ004參數(shù)及限制電源電壓：直流+15V、-15V，允許波動±5%（±10%時功能正常）。 電源電流：正電流15mA，負(fù)電源10 mA。 同步電壓：任意值。 同步輸入端允許最大同步電流：6mA（有效值）。 移相范圍：170°（同步電壓30V，同步輸入電阻15K）。 鋸齒波幅度：10V（幅度以鋸齒波平頂為準(zhǔn)）。 輸出脈沖：（1）寬度：400s2ms(通過改變脈寬阻容元件達(dá)到)。 （2）幅度：13V。 （3）KJ004最大輸出能力：100mA（流出脈沖電流）。 （4

42、）輸出管反壓：BVCEO18V（測試條件Ie100A）。 正負(fù)半周脈沖相位不均衡±3°。 使用環(huán)境溫度為四級：C:070 R:-5585 E: -4085 M:-551253.1.2 KJ041功能介紹KJ041六路雙脈沖形成器是三相全控橋式觸發(fā)線路中常用的電路，它具有雙脈沖形成和電子開關(guān)控制封鎖雙脈沖形成功能。使用兩個有電子開關(guān)控制的KJ041電路組成邏輯控制，適用于正、反組可逆晶閘管電力電子成套裝置（如正、反邏輯無環(huán)流直流調(diào)速的十二相晶閘管整流設(shè)備中）。主要參數(shù)及限制（1）電源電壓：DC +15V±10%（2）電源電流： 20mA（3）輸出脈沖最大負(fù)載電流：2

43、0mA （4）輸出脈沖幅值：1V（5）輸入端二極管最高承受反壓：30V（6）控制端正向電流：3mA（7） 允許使用環(huán)境溫度：類品為-55+125 °C；類品為-55+85°C；類品為-40+85°C；類品為-10+70°C。7圖3-3 KJ041的引腳排列（引腳向下）各引腳的功能及用法：）輸出引腳引腳15：對應(yīng)1與2的“或”輸出端，使用中，接觸發(fā)A相正半周晶閘管的功率放大單元輸入端；引腳14：對應(yīng)3與2的“或”輸出端，使用中，接觸發(fā)C相負(fù)半周晶閘管的功率放大單元輸入端；引腳13：對應(yīng)3與4的“或”輸出端，使用中，接觸發(fā)B相正半周晶閘管的功率放大單元輸入端

44、；引腳12：對應(yīng)4與5的“或”輸出端，使用中，接觸發(fā)A相負(fù)半周晶閘管的功率放大單元輸入端；引腳11：對應(yīng)5與6的“或”出端，使用中，接觸發(fā)C相正半周晶閘管的功率放大單元輸入端；引腳10：對應(yīng)6與1的“或”輸出端，使用中，接觸發(fā)B相負(fù)半周晶閘管的功率放大單元輸入端；2）輸入引腳：引腳1和引腳4：對應(yīng)于電網(wǎng)A相正、負(fù)半周的觸發(fā)脈沖輸入端；引腳2和引腳5：對應(yīng)于電網(wǎng)C相負(fù)、正半周的觸發(fā)脈沖輸入端；引腳3和引腳6：對應(yīng)于電網(wǎng)相正、負(fù)半周的觸發(fā)脈沖輸入端；3）引腳16：工作電源輸入端。KJ041的工作電源范圍為318V，使用中一般接+15V電源。4）引腳8（GND）：工作參考地端。使用中接用戶系統(tǒng)供電電

45、源的地端。5）引腳9（NC）：空腳。使用中，懸空。6）引腳7（L）：輸出脈沖封鎖端，該端高電平封鎖輸出。KJ041的輸出引腳在L端為高電平時均變?yōu)榈碗娖剑欢贚端為低電平時，KJ041的輸出引腳按輸入引腳的狀態(tài)和KJ041的工作機(jī)理正常輸出脈沖。使用中該端接保護(hù)電路的輸出。 KJ042功能介紹KJ042脈沖列調(diào)制形成器主要適用于作晶閘管三相橋式全控整流電路的脈沖列調(diào)制源，同樣也適用于三相半控、單相半控、單相全控線路中作脈沖列調(diào)制源。電路具有脈沖占空比可調(diào)性好、頻率調(diào)節(jié)范圍寬、觸發(fā)脈沖上升沿可與同步調(diào)制信號同步等優(yōu)點(diǎn)，它還可作為可控制的方波發(fā)生器用于其他拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)的電力電子設(shè)計(jì)中。引腳的排列、

46、名稱、功能和用法主要參數(shù)限制（1）電源電壓：DC +15V±10%（2）電源電流： 20mA（3）輸入二極管反壓：30%（4）輸入端允許最大正向電流：2mA（5）輸入脈沖幅值：13V（6） 輸入脈沖最大負(fù)載能力：12mA（7） 調(diào)制脈沖頻率：510kHz（8） 允許使用環(huán)境溫度：類品為-55+125 °C；類品為-55+85°C；類品為-40+85°C；類品為-10+70°C。3.2 主電路的選擇3.2.1 調(diào)壓方式的選擇在工頻電源和負(fù)載之間接入晶閘管調(diào)壓器，就可以改變負(fù)載端的電壓。用晶閘管調(diào)壓的方法有兩種：一種是相控調(diào)壓，另一種是斬波調(diào)壓。斬

47、波調(diào)壓就是用雙向晶閘管作為靜止接觸器，交替的接通與切斷幾個周波的電源電壓，用改變接通時間與切斷時間之比來控制輸出電壓的有效值。但是斬波調(diào)壓用在異步電動機(jī)上，通斷交替的頻率不能太低。否則一方面會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的波動，而另一方面每次接通電流相當(dāng)于一次異步電動機(jī)重合閘過程。當(dāng)電源斷開時，電動機(jī)氣隙中的磁場將由轉(zhuǎn)子中的瞬態(tài)電流來維持，并隨轉(zhuǎn)子而旋轉(zhuǎn)，氣隙磁場在定子繞組中感應(yīng)的電勢頻率將有所變化。當(dāng)斷流時間間隔稍長時，這個旋轉(zhuǎn)磁場在定子中感應(yīng)的電勢和重新接通時的電源電壓在相位上可能會有相當(dāng)大的差別，這樣就會出現(xiàn)較大的電流沖擊，可能危及晶閘管的安全如通斷交替頻率較高，每次通斷時間隔中交流電周波數(shù)較少，采用

48、整周波斬波控制方法可能調(diào)壓不夠平滑，所以在異步電動機(jī)的調(diào)壓控制中多用相控技術(shù)，當(dāng)然采用相控技術(shù)在輸出電壓波形中含有相當(dāng)大的諧波，在異步電動機(jī)中會引起附加損耗，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動等不良影響。此外，由于異步電動機(jī)是感性負(fù)載，當(dāng)交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載時，只有當(dāng)移相角大于感性負(fù)載的功率因數(shù)角時，才能起調(diào)壓的作用，因?yàn)楫?dāng)時，電流導(dǎo)通的時間將始終保持在180°，相控不起任何調(diào)壓作用，甚至在晶閘管觸發(fā)脈沖不夠?qū)挼那闆r下，還會出現(xiàn)只有一個方向的晶閘管在工作，負(fù)載上可能出現(xiàn)直流分量，危害晶閘管的安全。因此在使用相控晶閘管電路是必須采用寬脈沖或脈沖串觸發(fā)，移相范圍限制在°。在晶閘管交流調(diào)壓系統(tǒng)中，晶

49、閘管可以借負(fù)載電流波形過零而自行關(guān)斷，不需另加換流電路，所以其主要優(yōu)點(diǎn)是線路簡單、調(diào)壓裝置體積小，價格低廉、使用及維修方便。本系統(tǒng)采用晶閘管相控調(diào)壓的技術(shù)，采用圖3-1所示的主電路，用六個兩兩反向并聯(lián)的晶閘管串連在電機(jī)主供電回路中。圖3-4 交流調(diào)壓主電路3.2.2 晶閘管相控調(diào)壓原理晶閘管調(diào)壓單相等效電路如圖3-5所示，其中ZL為電機(jī)一相等效阻抗，Ui為電網(wǎng)相電壓，UL為晶閘管輸出電壓。設(shè)。 圖 3-5晶閘管單相調(diào)壓電路 圖3.6 晶閘管輸出電壓波形圖3-5為一路晶閘管輸出波形示意圖。晶閘管控制角和功率因數(shù)角決定了晶閘管的輸出電壓值。晶閘管正負(fù)半周的觸發(fā)是對稱的，晶閘管的輸出電壓有效值u?？?/p>

50、由式（3-1)計(jì)算： 公式(3-1)可見，UL是晶閘管控制角、功率因數(shù)角及供電電壓U的函數(shù)。當(dāng)供電電壓不變時，通過改變晶閘管的控制角，可以改變晶閘管的輸出電壓。3.3 主回路設(shè)計(jì)3.3.1 主回路電路軟起動器主回路設(shè)計(jì)電路如圖3-7所示。圖3-7主回路電路采用三組反并聯(lián)晶閘管組成調(diào)壓電路。在三組晶閘管和三相供電電源之間接入接觸器，軟起動時，接觸器斷開，軟起動完成后接觸器閉合。軟停車開始時，接觸器再次打到雙向晶閘管端，軟起動器投入到停車運(yùn)行，如此重復(fù)來完成軟起動和軟停車。在三相電源側(cè)通過隔離電路得到軟起動器同步信號；在晶閘管輸出側(cè)即R、S、T通過電阻分壓而得到較低幅值的三相電壓，再經(jīng)過整流電路送

51、入單片機(jī)做故障檢測。而TAl，TA2年TA3表示為霍爾傳感器電流輸出，該電流信號通過整流電路后轉(zhuǎn)變成電壓信號輸入到控制回路5。3.3.2 晶閘管參數(shù)選擇晶閘管的選擇參數(shù)很多，但用于應(yīng)用于軟起動時，主要是額定電壓、額定電流的計(jì)算與選擇。晶閘管由于過電流過電壓能力低，又常常工作在不同的電流波形情況下，給額定電流的選擇帶來一定的困難，如若額定值選擇不當(dāng)，會造成不必要的損失或浪費(fèi)。根據(jù)實(shí)際工作條件，在滿足需要的前提下，應(yīng)盡量降低晶閘管的定額，以減少設(shè)備投資。需滿足兩個條件。首先，晶閘管的正、反向峰值電壓UDRM和URRM應(yīng)為晶閘管實(shí)際承受最大峰值電壓UM的23倍，即UDRM/RRM=(23)UM。在本

52、文設(shè)計(jì)中電機(jī)為220V的三步電動機(jī)，根據(jù)公式計(jì)算可得晶閘管耐壓在622V933V范圍內(nèi)。其次，晶閘管的額定通態(tài)電流ITAV指的是工頻正弦半波平均值，其對應(yīng)的有效值應(yīng)滿足IRMS=157ITAV。為使晶閘管在工作過程中不因?qū)嶋H有效值應(yīng)在乘以安全系數(shù)152后才能等于1.57 ITAV。本文中使用的異步電機(jī)功率4KW，額定電流055A。由于異步電機(jī)在直接起動時的電流為67倍的額定電流。因此晶閘管的ITAV范圍在33A385A。 晶閘管觸發(fā)電路本設(shè)計(jì)觸發(fā)電路原理是首先用同步變壓器對電網(wǎng)電壓進(jìn)行采樣并降壓，之后輸入KJ004用來產(chǎn)生單脈沖，通過調(diào)節(jié)分壓電阻可以實(shí)現(xiàn)對單脈沖占空比的調(diào)節(jié)，通過模擬開關(guān)406

53、6來實(shí)現(xiàn)對KJ004寬窄脈沖模式的變換，使KJ004輸出寬脈沖或者窄脈沖，KJ042則產(chǎn)生高頻調(diào)制波對KJ004輸出的寬脈沖或窄脈沖進(jìn)行高頻調(diào)制，使其輸出寬窄脈沖列，當(dāng)KJ004處于寬脈沖方式時，KJ004輸出直接加到驅(qū)動電路，而KJ004處于窄脈沖方式時單脈沖(3片KJ004產(chǎn)生6路)輸入到KJ041合成雙脈沖，每組雙脈沖相位相差60°，用于觸發(fā)整流橋電路。如圖3-8為同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，其輸出可為雙窄脈沖（適用于有兩個晶閘管同時導(dǎo)通的電路），也可為單窄脈沖。電路結(jié)包括三個基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)6。此外，還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。圖

54、3-8 脈沖發(fā)生電路圖1、脈沖形成環(huán)節(jié)V4、V5 脈沖形成 V7、V8 脈沖放大控制電壓uco加在V4基極上。uco=0時，V4截止。V5飽和導(dǎo)通。V7、V8處于截止?fàn)顟B(tài)，無脈沖輸出。電容C3充電，充滿后電容兩端電壓接近2E1(30V)時，V4導(dǎo)通，A點(diǎn)電位由+E1(+15V) 下降到1.0V左右，V5基極電位下降約-2E1(-30V)， V5立即截止。V5集電極電壓由-E1(-15V) 上升為+2.1V，V7、V8導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。電容C3放電和反向充電，使V5基極電位上升，直到ub5>-E1(-15V)，V5又重新導(dǎo)通。使V7、V8截止，輸出脈沖終止。脈沖前沿由V4導(dǎo)通時刻確定，脈

55、沖寬度與反向充電回路時間常數(shù)R11C3有關(guān)。電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。2、鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié)鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等。鋸齒波電路由V1、V2、V3和C2等元件組成，V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路。鋸齒波是由開關(guān)V2管來控制的。V2截止時，恒流源電流I1c對電容C2充電， 調(diào)節(jié)RP2，即改變C2的恒定充電電流I1c，可見RP2是用來調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。V2導(dǎo)通時，因R4很小故C2迅速放電，ub3電位迅速降到零伏附近。V2周期性地通斷，ub3便形成一鋸齒波，同樣ue3也是一個鋸齒波。射極跟隨器V3的作用是

56、減小控制回路電流對鋸齒波電壓ub3的影響。V4基極電位由鋸齒波電壓、控制電壓uco、直流偏移電壓up三者作用的疊加所定。如果uco=0，up為負(fù)值時，b4點(diǎn)的波形由uh+up確定。當(dāng)uco為正值時，b4點(diǎn)的波形由uh+up + uco確定。M點(diǎn)是V4由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也就是脈沖的前沿。加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時脈沖的初始相位。在三相全控橋電路中，接感性負(fù)載電流連續(xù)時，脈沖初始相位應(yīng)定在a=90°；如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，要求脈沖的移相范圍理論上為180°（由于考慮amin和min，實(shí)際一般為120°），由于鋸齒波波形兩端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度大于180°，例如240°，此時，令uco=0，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)移至鋸齒波240°的中央（120°處），相應(yīng)于a=90°的位置。如uco為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角a<90°，晶閘管電路處