SCR晶闸管降频、降压异步电机启动法

一、SCR晶闸管移相式软起动的弊端 SCR晶闸管移相式软起动，是通过串联在三相交流电源与电动机之间的晶闸管的截止、可控导通把正弦交流电的波形切去一部分，把剩下的一部分波形脉冲加到异步电机定子绕组上，如图一，企图降压起动异步电动机，限制异步电机的起动电流。 但是非正弦的交流脉冲作用异步电机时，功率因数急剧下降，电磁转矩急剧减小，电机无力起动，最终在导通角180度电压380V时才直接起动，并未达到软起动的目的。但其电子数字控制模式非常好。 二、传统降压启动方式的优点和弊端 传统降压启动方式，依据降压限流的原理，通过降低电源电压达到限制启动电流的目的，多年实践证明，降压启动是行之有效的好方法。这种方法由于降低电压同时也降低了电机电磁转矩，只适宜空载或轻载的场合。由于这种方法只降低电源电压，不改变正弦交流电的波形，由XL = 2πf L，知道电机阻抗角不变，功率因数不变，比SCR晶闸管移相式软起动启动性能好的多，但是启动转矩还嫌不足。控制方式以手动为主，显得落后。 三、变频软启动的原理 变频器在频率斜坡上启动异步电机，同步转速与转子转速的转差率S保持在很小的范围内，电机基本在额定转差率、额定电流、额定转矩下沿速度斜坡完成启动过程，其速度斜坡时间可随意设定，其启动过程的完美表现，令人们赞叹为“软启动”。 四、降频、降压全新模式的启动方式 能不能借鉴变频器软启动的原理，又能充分利用SCR性价比高成本低、较传统降压启动又有电子式控制方便的优点，创新设计一种即降压、又降频的简单易行的起动方式、启动设备呢？ 根据分频离散控制原理，设想通过串联在三相交流电源与电动机之间的SCR晶闸管的截止、可控导通来实现“用交流电一个周的正半周和交流电的下一个周的负半周”叠加为一个“启动交流电”的周波。这个“启动交流电”的频率恰为工频的三分之一即17HZ，频率降2/3，电压降2/3，改变电机启动转差性能，降低启动电流，增强启动转矩。 反向并联的两个SCR晶闸管一个在工频交流电一个周期的正半周过零导通；另一个在工频交流电下一个周期的负半周过零导通。两个SCR晶闸管均采用过零换流触发控制方式，简单易行。同步触发方式可用工频本身产生的自动同步触发脉冲方式。 用这个“启动交流电”加到异步电机绕组上，每二个工频交流周期内电机电磁转矩是工作10ms、间歇20ms、再工作10ms,属脉动式、间歇式，电磁转矩不连续！ 在间歇的20ms期间内如果电机绕组端还保持有电压、电流，那末启动转矩就连续了。谁来承担此任务呢？我们大家都知道半波整流电容滤波，可使输出半波脉动电压连续平滑起来。好！我们用电容器来实现“启动交流电”的离散连续平滑，即用电容充放电来延长弥补离散区间，实现离散转矩连续平滑控制。 可是，不论SCR晶闸管可控整流电路，还是SCR晶闸管可控交流电路，都是属移相控制方式，其后边是禁忌接滤波电容器的。而二极管整流电路后边可紧跟电容滤波电路。 在分频离散控制的“启动交流电”里，SCR晶闸管过零触发，为180度半波导通，并非移相控制方式，与二极管半波整流电路的二极管工作状态相同；类比二极管半波整流电路用电容滤波的作用来实现“启动交流电”的连续平滑是可行的，如图二。 三相电容怎么连接，怎么接入？类比三相异步电机就地补偿电容器采用星接（或角接）的方法，与电机并联在三相绕组端。类比就地补偿电容器的接法是可行的。 电容器的规格怎么选用，有什么原则没有？从电容工作的工频电源电压380V看，其最大值510V，取2倍的安全系数，应该耐压值选取交流1000V；电容量C不能太大，它通过电机绕组放电，其时间常数不能超过25ms；电容量C的大小可通过由小到大的原则，实验取得经验数据，应该和电机启动容量、电流大小相关。 用17HZ的降频、降压的“起动交流电”，可使电机启动到33%额定转速；转子转速超过额定转速的30%，按照直接转矩控制（DTC）原理，此时电机切换全频、全压正值功率因数高、电流小、转矩大的最佳切换时期。 降频、降压电机启动后，应及时将电机切换到全频、全压运行。如何完成全频、全压切换？很简单，只要SCR晶闸管控制角为零进入全导通或内置旁路接触器导通短接即可完成切换。平滑离散电容可进入就地补偿状态或切除。 这个系统的可靠性、稳定性如何？由于SCR过零触发，反压阻断，可控硅的故障率将大大下降；由于SCR过零触发，反压阻断，可控硅的额定电流选用系数可大幅下降，成本降低；由降频、降压启动到全频、全压运行，可实现“零延时”切换；由于电动机切换转速在额定转速的33%，所以切换对系统不构成有害冲击；切换简单易行。 此起动方式是传统降压起动方式与变频软起动方式的巧妙结合和创新，是一种降频、降压、有电容参与的完全创新模式的起动设备。启动转差率S低，由于电容的参与，启动功率因数高，启动转矩大，启动电流小，适应轻、重负载启动。由于其优越的起动性能，先进的电子控制模式，成本低，性价比高，可以断言它将成为异步电机启动设备的皎皎者而誉赢市场。 参考文献 ［1］康华光主编．《电子技术基础》(数字部分)．北京：高等教育出版社，1988年10月第三版 ［2］电机学，机械工业出版社出版，哈尔滨电机制造学校主编 ［3］孙笑辉，韩曾晋（Sun Xiaohui，Han Zenjin）．直接转矩控制感应电动机启动方法仿真研究（Simulation reseavch on stavtup method of induction machine based on divect torgue control）[J]．电气传动（Electronic Drive），2000，30(2)：13-17．