楊 勇

（吉林電子信息職業(yè)技術學院機電工程學院，吉林 吉林132021）

0 引言

三相異步電動機直接啟動時電流值可達額定電流值的4～7倍，如此大的啟動電流會對電網(wǎng)造成嚴重的沖擊，引起過大的電壓降落，降低電網(wǎng)電能質量并影響其他設備的正常運行；過大的轉矩沖擊又將造成機械應力沖擊，影響電動機本身及其拖動設備的使用壽命。三相異步電動機軟啟動可以有效的控制電動機的啟動電流，提高電網(wǎng)的供電質量，同時可以保護傳動機構和電動機。交流調壓電路因結構簡單、運行可靠被廣泛應用于電動機軟啟動設備中。晶閘管調壓電路的脈沖觸發(fā)方式的選擇以及閉環(huán)控制反饋量的選擇對晶閘管軟起動來說具有非常重要的意義。對交流調壓電路晶閘管觸發(fā)脈沖進行控制以及閉環(huán)控制反饋量的選擇是軟啟動的核心。通過研究晶閘管的觸發(fā)脈沖方式對三相異步電動機在軟啟動過程中的影響，并對三相異步電動機軟起動控制系統(tǒng)的反饋控制量進行選取，總結電動機在啟動過程中的基本表現(xiàn)，最終判斷并總結觸發(fā)脈沖控制方式的正確性和優(yōu)劣性。下面將分別予以詳細的分析。

1 晶閘管觸發(fā)角的移相范圍

晶閘管軟起動系統(tǒng)進行有效工作的前提是能夠正確地對晶閘管進行觸發(fā)，由前面分析可以知道，晶閘管的觸發(fā)角有一定的約束條件，因此，確定晶閘管觸發(fā)角的移相范圍是十分必要的。對于軟起動裝置來說，三相異步電動機相當于感性負載，而當交流調壓電路帶感性負載且觸發(fā)角α＜φ時，電流導通的時間將始終保持在1800，相控不起任何調壓作用，甚至在晶閘管觸發(fā)脈沖不夠寬的情況下，還會出現(xiàn)只有一個方向的晶閘管在工作，負載上出現(xiàn)直流分量，危害晶閘管的安全，因此觸發(fā)角移相范圍為φ≤α＜180°。從電力電子學中的分析可知，在帶電感性負載時這種交流調壓電路控制角的最大移相范圍為：0°≤α＜150°；綜合以上分析可知，在電壓同步的情況下，觸發(fā)角的范圍為：0°≤α＜150°。

2 三路觸發(fā)和六路觸發(fā)方案

三路觸發(fā)方案即三組反并聯(lián)的晶閘管中，每路反并聯(lián)的一對晶閘管使用同一路脈沖觸發(fā)信號，電路實現(xiàn)簡單，但其在對正向(負向)晶閘管觸發(fā)時容易對負向(正向)晶閘管誤觸發(fā)，這對晶閘管觸發(fā)脈沖的觸發(fā)范圍有了更多的要求，因此會無形中減小觸發(fā)角的控制范圍。六路觸發(fā)方案是三組反并聯(lián)的晶閘管的每個晶閘管獨自使用一路觸發(fā)脈沖，這樣從觸發(fā)邏輯上來說更加清晰，并可以杜絕誤觸發(fā)，使晶閘管導通角的控制范圍不受誤觸發(fā)的影響。從實用的角度考慮，三路和六路觸發(fā)方案都能使電路正常工作，本課題從成本節(jié)約的角度考慮，采用三路觸發(fā)脈沖的方案。

3 觸發(fā)脈沖形式

觸發(fā)脈沖的形式主要有以下幾種，電壓同步雙窄脈沖觸發(fā)、電壓同步寬脈沖觸發(fā)、電流同步雙脈沖觸發(fā)等。雙窄脈沖觸發(fā)是用間隔為60°的兩個窄脈沖來觸發(fā)晶閘管的形式，兩個窄脈沖的寬度由晶閘管觸發(fā)角和電流續(xù)流角等來決定。寬脈沖觸發(fā)是用寬度為60°的單脈沖觸發(fā)晶閘管的觸發(fā)方式。電壓同步雙窄脈沖觸發(fā)是以電壓過零點為零相位點，即以電壓過零點為同步的基準，采用雙窄脈沖的觸發(fā)方式，該方式由于僅以電源電壓過零點為同步信號，很難保證在負載功率因數(shù)改變時，使觸發(fā)角大于負載功率因數(shù)，而當觸發(fā)角小于負載功率因數(shù)角時，第一個脈沖不能起動觸發(fā)作用，而通過一段時間第二個脈沖觸發(fā)了晶閘管，這就造成了誤觸發(fā)。電壓同步單脈沖觸發(fā)方式避免了上一種方法誤觸發(fā)的缺點，由于其觸發(fā)脈沖寬度很大，造成觸發(fā)角可調范圍變小，這不利于晶閘管觸發(fā)角的調節(jié)，會影響控制的精度。電流雙脈觸發(fā)，可以保證電壓電流平穩(wěn)的變化，但在起動以前，必須用電壓同步來觸發(fā)，待電流建立以后才能切換到電流同步，并且由于電流易受干擾，該方式存在穩(wěn)定性問題。綜合以上分析，電壓同步的雙脈沖觸發(fā)，具有優(yōu)良的觸發(fā)效果，為克服誤觸發(fā)的缺點，可以采用電流相位，即采用電壓與電流的相位差來作為功率因數(shù)角的估計值，并用此相角來約束晶閘管觸發(fā)角。因此從實現(xiàn)的簡易性及觸發(fā)的穩(wěn)定性方面來考慮，本文選擇采用電流相位的三路電壓雙脈沖觸發(fā)方案。

4 反饋控制量的研究

對于三相異步電動機軟起動控制系統(tǒng)的反饋控制量的選取，我們需進行以下考慮：

（1）軟起動閉環(huán)控制必須以反饋變量的檢測難易程度和可重復性為前提，轉速傳感器不易安裝和維護，電機轉矩不能直接測量，這些都是構建相應的閉環(huán)要面對的實際問題。相反，用電壓互感器測量電壓、用電流互感器測量電流則是成熟的技術，相對于轉速、電機轉矩等來說其可靠性、實用性則相對較高，因此采用電壓或電流為電動機軟起動閉環(huán)控制的的反饋量是比較合理的。

（2）起動精確模型構建的難易程度。好的電壓基準軌線可以擬合為包括低斜率線性上升斜線、高斜率線性上升斜線和水平線在內的幾段折線，但由于以電壓為反饋量的三相異步電動機軟起動控制的數(shù)學模型不夠精確，可能出現(xiàn)電動機電流太大或太小以及中途偏離預期軌線的情況。與此相反，好的電流基準軌線卻是比較易于把握的，使反饋控制更為直接，因此將電流作為三相異步電動機軟起動的反饋控制量是合理的。

（3）直接起動的過流問題，起動失敗的問題，采用電流閉環(huán)時，都可以將其避免。在采用電壓閉環(huán)的時候，則是難以準確對起動電流進行控制的。

綜合考慮以上因素，相對其它閉環(huán)反饋量來說，采用電流為閉環(huán)控制量的效果更好，并且采用電流為反饋量同樣可以實現(xiàn)包括斜坡電壓起動、轉矩突跳起動等起動方式的效果，因此選擇電流作為閉環(huán)控制量具有很強的實用價值。

5 結束語

觸發(fā)脈沖的形式主要有電壓同步雙窄脈沖觸發(fā)、電壓同步寬脈沖觸發(fā)、電流同步雙脈沖觸發(fā)等，從實現(xiàn)的簡易性及觸發(fā)的穩(wěn)定性方面來考慮，本文建議選擇采用電流相位的三路電壓雙脈沖觸發(fā)方案。采用電流為閉環(huán)控制量因其基準軌線比較易于把握的，使反饋控制更為直接，因此建議將電流作為三相異步電動機軟起動的反饋控制量更為合理。

［1］戚棟,王寧會．軟啟動移相觸發(fā)電路的設計及其應用[J]．廣州自動化,1995,16(48)：13-15．

［2］甘世紅,褚建新,顧偉,等．高壓異步電動機軟起動器的簡化等效數(shù)學模型和實驗[J]．電工技術學報,2006,21(7)：89-93．