交-交分级变频软起动

　　1 引言

　　交流异步电动机以其构造简单、极高的运行可靠性、极强的环境适应能力和优异的拖动性能而在国民经济的各个领域获得了广泛的应用，但其致命缺点是起动冲击大，会对电网及设备造成不利影响。为了解决起动问题，人们长期以来采用了多种方法，诸如星/三角转换起动，自耦变压器降压起动，饱和电抗器和开关变压器降压起动，以及水电阻降压起动等方法。但是这些方法都是采用降低起动电压的方法来起动电动机的，由于起动转矩与其电压的平方成正比，当定子电压降低时，其起动转矩会降低很多。所以，降压起动只适合空载起动或轻载起动，对于需重载起动的电机并不适用。另外，由于普通软起动器降压而不降频，在起动过程中由于大的转差率的存在，不可避免地会出现大的起动电流，因而大大地限制了软起动器的使用范围。

　　本文推出一种通过控制信号降低起动频率来提高电动机的起动转矩的新的软起动方式。

　　2晶闸管软起动

　　2.1系统总体结构

　　晶闸管软起动系统如图1所示。在图1中，QS为高压隔离开关，QF1、QF2为真空断路器， SCR为(普通)晶闸管，M为中压电动机。QF1伺职主电路的通断，QF2伺职电力器件的旁路。

　　在SCR软起动装置里，SCR共6组，每组含m根据电压的高低和可控硅的耐压值来确定m的值)个相串的SCR。

　　2.2系统基本工作原理

　　利用晶闸管的开关特性，通过晶闸管的触发角来改变晶闸管的导通时间，从而控制到电机的输出电压，达到控制电机的起动特性。当电机起动过程完毕后，就让交流接触器吸合(如图1所示意，即QF2吸合)，短路所有的晶闸管，是电动机直接连到电网上。

　　2.3优缺点

　　软起动的优点是起动特性曲线好，使晶闸管的导通角从零度开始，逐渐前移，电机的端电压从零开始逐渐上升，直至达到额定电压，起动电流从零线性上升至设定值，从而满足起动转矩的要求，保证起成功。

　　尽管软起动具有起动平滑，起动时间等参数可调的特性，具有传统起动方法无法比拟的优越性，是传统降压起动器的理想换代产品。但可控硅调压方式的软起动器控制感应电动机，在减小电压的同时，供电频率仍为工频，使得其功率因数低，无功功率增加，这决定了其只能应用于轻载场合，对于重载起动就勉为其难了。

　　3 分级变频软起动

　　3.1理论概述

　　传统的软起动器一般是在工频50Hz下采取降压起动或者限流起动等来抑制电动机起动时的冲击电流，存在着起动转矩小的问题。由于起动转矩和电压的平方成正比，和频率成反比，所以在起动过程中降低电压的同时，如果相应地降低频率，就可以提高起动转矩。本文采用分级变频的方式，在0-50Hz的频率段内取不同的频率点进行分级变频，使软起动器输出电压的频率从一个较低的值开始，分级上升，最后达到工频 50Hz，分级变频虽然可以实现变频，但是不能像变频器一样使频率连续变化，只能使频率分级变化，而且各级频率均为工频50Hz的1/P，即50Hz的分频。

　　3.2触发的概念

　　(4)在触发导通以后，新导通的SCR支路不论承受电网线电压还是相电压，流过新导通的SCR支路电流的流向(在与之反并联的SCR未导通以前)是不可能逆转的。也就是说，如果该电流等于零了，它将继续保持为零(直到下一次被触发)。

　　3.4SCR导通的条件

　　过零触发使被触发的SCR具备导通的可能性，但是，并不一定引起该SCR导通。过零触发是使某SCR导通的必要条件，而使某SCR导通的充分条件是：不仅进行了过零触发，而且与之反并联的SCR已经不再导通。如果与之反并联的SCR仍然在导通，那么，因为触发脉冲是宽度大于150的宽脉冲，所以，过零触发的SCR的导通会捱到与之反并联SCR关断的时刻。

　　3.5‘不进行过零触发’的定义

　　‘不进行过零触发’是相对‘进行过零触发’而言的。两者非此即彼。所有SCR在过零时刻都进行宽脉冲触发的必然后果是全部晶闸管通通相当于短路导线。触发脉冲发生器总是无条件地产生出所有的过零触发脉冲。只是在输送通道上存在着可控的门电路，而门电路的关断对应于‘不进行过零触发’。

　　3.6触发制度的数字表示(以后也可以简称为触发制度)

　　约定以1#SCR的触发为第一拍(在1#触发脉冲的前沿，6#触发脉冲仍然存在)，因为(不妨碍一般性)约定第一拍是一定会进行的，所以，相应的触发制度的数字表示为‘1’，第二拍触发是送给2#SCR的，如果不进行第二次触发，则触发制度的数字表示为‘10’，如果进行第二拍触发，则触发制度的数字表示为‘11’，第三拍触发是送给3#SCR的，如果不进行第3拍触发，则触发制度的数字表示为‘1*0’，*依第二拍是否触发而取值0或1，如果进行第3拍触发，则触发制度的数字表示为‘1*1’，第4拍触发是送给4#SCR的，如果不进行第4拍触发，则触发制度的数字表示为‘1**0’，**依第二、三拍是否触发而取值00，01或10，11，如果进行第4拍触发，则触发制度的数字表示为‘1**1’，余类推。不赘。

　　4 结语

　　交-交分级变频软起动在不改变传统晶闸管软起动的主电路结构，只是通过改变的晶闸管触发脉冲的触发顺序和控制算法，从而实现了电动机在起动初期具有低电流、高转矩的特性。交-交分级变频软起动的出现很好的解决了电动机的重载起动问题，将软起动的发展推向了一个新的时期。由于未改变传统晶闸管软起动的主电路结构，所以成本不会有所增加，这为分级变频软起动扩大其使用范围、推向市场提供了有利的竞争条件。