磁控軟啟動(dòng)方案介紹

磁控電機(jī)軟啟動(dòng)方案：在電動(dòng)機(jī)定子回路串入磁閥式可控電抗器實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，能保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的啟動(dòng)特性下平滑啟動(dòng)，有效地降低對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊。

1 引言

    電力系統(tǒng)的主要負(fù)荷之一是三相異步電動(dòng)機(jī)。在工業(yè)生產(chǎn)中，所用電機(jī)的功率很大，直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流通常會(huì)達(dá)到額定電流值的4-7倍，對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，影響電動(dòng)機(jī)本身啟動(dòng)及周圍負(fù)載，因此，對(duì)其實(shí)施軟啟動(dòng)具有很大的實(shí)際意義。

    高壓電機(jī)軟啟動(dòng)是指在高壓（主要指6kV,10kV)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中,隨著電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的不斷建立,電機(jī)端電壓由某一值(一般為65%,視負(fù)載而不同)逐漸平滑、無級(jí)的上升至全壓，轉(zhuǎn)速由0上升到額定轉(zhuǎn)速，后依靠旁路甩掉降壓器件。

    電機(jī)軟啟動(dòng)可分為有級(jí)和無級(jí)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。

    傳統(tǒng)的軟啟動(dòng)均是有級(jí)的，包括定子串電抗或串電阻啟動(dòng)、Y-△啟動(dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)、延邊三角形啟動(dòng)等方法。這些方法都有同樣的缺點(diǎn)：運(yùn)行參數(shù)不易修改，效率低并且啟動(dòng)時(shí)間長，電機(jī)溫度上升速度過快，會(huì)加速電機(jī)絕緣的老化。

    無級(jí)類軟啟動(dòng)包括液阻軟啟動(dòng)、晶閘管軟啟動(dòng)和變頻軟啟動(dòng)。液阻軟啟動(dòng)雖然造價(jià)低廉，不產(chǎn)生高次諧波，可串在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上實(shí)現(xiàn)重載軟啟動(dòng)，但其液阻箱體積大、軟啟動(dòng)的重復(fù)性較差，很難實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)方式多樣化、定期維護(hù)工作量大以及不適合置放在易結(jié)冰或顛簸的現(xiàn)場(chǎng)；晶閘管軟啟動(dòng)雖然結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，但高壓產(chǎn)品的造價(jià)太高，晶閘管引起的高次諧波較嚴(yán)重以及對(duì)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)無所作為；變頻軟啟動(dòng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)很明顯，能在限流的同時(shí)保持較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但是高昂的價(jià)格很大程度上限制了它在國內(nèi)的應(yīng)用。

    本文采用磁閥式軟啟動(dòng)能實(shí)現(xiàn)軟停止，兼具高壓晶閘管軟啟動(dòng)性能和高壓液阻軟啟動(dòng)價(jià)格優(yōu)勢(shì)，有可能成為國內(nèi)乃至國外高壓軟啟動(dòng)市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。

2 磁控軟啟動(dòng)的工作原理

    在三相異步電動(dòng)機(jī)定子回路中串入可控電抗器，在異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止過程中，將交流接觸器斷開，通過磁閥式可控電抗器裝置對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)電流進(jìn)行控制；而在電機(jī)正常運(yùn)行過程中，交流接觸器吸合，把三相交流電直接加到定子繞組上。電抗器的限流作用的強(qiáng)弱變化是通過控制直流勵(lì)磁電流、改變鐵芯的飽和度實(shí)現(xiàn)的，所以叫做磁控式電機(jī)軟啟動(dòng)。

    三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)，三相交流電直接加在短路阻抗上。定子邊串入可控電抗器啟動(dòng)時(shí)，可以理解為增大定子邊電抗值，也可以理解為降低定子實(shí)際所加電壓，其目的是減小啟動(dòng)電流。

    顯然，定子串可控電抗器啟動(dòng)，能顯著降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，比較適合空載和輕載啟動(dòng)以及泵類、風(fēng)機(jī)負(fù)載的啟動(dòng)。 在啟動(dòng)時(shí)，電抗器以大電感值接入，然后改變晶閘管的導(dǎo)通角，平滑連續(xù)地調(diào)節(jié)可控電抗器容量，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)逐步建立，使電動(dòng)機(jī)根據(jù)負(fù)載特性的要求按照恒流或者爬坡曲線平穩(wěn)啟動(dòng)，電磁轉(zhuǎn)矩快速上升，縮短了電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間。

3 可控電抗器簡(jiǎn)介

    磁閥式可控電抗器的鐵芯磁路由大面積段和小面積段串聯(lián)而成。在可控電抗器整個(gè)容量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，大面積段鐵芯始終處于磁鐵性的未飽和線性區(qū)，磁阻相對(duì)于小截面段可忽略；小面積段的磁飽和度可設(shè)計(jì)得接近極限值。此時(shí)，可控電抗器所產(chǎn)生的諧波很小，大約為晶閘管控制電抗器所產(chǎn)生諧波的一半。

    磁閥式可控電抗器的伏安特性近似為線性，所以能有效地消除其運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的參數(shù)振蕩現(xiàn)象。
    可控電抗器輸出電流（容量）隨導(dǎo)通角增加而增加，從空載到額定或從額定到空載容量的電流過渡過程時(shí)間約為0.3s。

    與目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的磁飽和式軟啟動(dòng)裝置相比，雖然都是利用直流控制電流控制鐵芯的飽和度來平滑連續(xù)調(diào)節(jié)電抗值，但前者利用電網(wǎng)電壓本身經(jīng)繞組自耦變壓，由晶閘管元件整流獲得電源，不需外加激磁，后者卻需要單獨(dú)的直流控制電源；前者將工作繞組和控制繞組有機(jī)地結(jié)合在一起，有利于減小損耗、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，而后者的工作繞組和控制繞組卻是分開的；前者鐵芯截面有減小的一段，在電抗器的整個(gè)工作范圍內(nèi)，只有小截面段鐵芯飽和，相當(dāng)于一個(gè)“磁閥”，后者卻無這一特點(diǎn)。由于磁閥式可控電抗器的特殊結(jié)構(gòu)，使它具有較小的高次諧波，近似線性的伏安特性，較小的有功損耗以及較快的響應(yīng)速度。

4 控制器設(shè)計(jì)

    可控電抗器的控制器采用雙CPU結(jié)構(gòu)，其中80C196KC的主要功能是采集電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流，根據(jù)啟動(dòng)電流大小調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角，發(fā)出觸發(fā)脈沖，經(jīng)整形放大后送至晶閘管的陰極和門極。89C55的主要功能是控制液晶顯示、鍵盤操作以及各類報(bào)警。 采用雙CPU結(jié)構(gòu)后，能夠?qū)刂破饔布M(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，使安裝和維護(hù)較為方便，可靠性增強(qiáng)。

4.1 硬件設(shè)計(jì)

    電流測(cè)量電路是將電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流有效值采集后送入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換口；電壓同步電路將晶閘管兩端電壓的過零信號(hào)取出，送入單片機(jī)；晶閘管觸發(fā)電路將單片機(jī)發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)整形為一定寬度的脈沖去觸發(fā)晶閘管；人機(jī)界面由液晶顯示和鍵盤輸入組成，完成運(yùn)行參數(shù)的顯示和輸入任務(wù)。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

    控制器的軟件可分為兩部分。控制曲線部分主要按給定參數(shù)和反饋信號(hào)決定晶閘管導(dǎo)通角的調(diào)整；晶閘管觸發(fā)部分主要實(shí)現(xiàn)根據(jù)給定的角度發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。