磁控軟啟動方案介紹

磁控電機軟啟動方案：在電動機定子回路串入磁閥式可控電抗器實現電機的軟啟動，能保證電動機在負載要求的啟動特性下平滑啟動，有效地降低對電網系統的沖擊。

1 引言

    電力系統的主要負荷之一是三相異步電動機。在工業生產中，所用電機的功率很大，直接啟動時，啟動電流通常會達到額定電流值的4-7倍，對電網造成較大的沖擊，影響電動機本身啟動及周圍負載，因此，對其實施軟啟動具有很大的實際意義。

    高壓電機軟啟動是指在高壓（主要指6kV,10kV)電動機啟動過程中,隨著電動機反電動勢的不斷建立,電機端電壓由某一值(一般為65%,視負載而不同)逐漸平滑、無級的上升至全壓，轉速由0上升到額定轉速，后依靠旁路甩掉降壓器件。

    電機軟啟動可分為有級和無級兩類，前者的調節是分檔的，后者的調節是連續的。

    傳統的軟啟動均是有級的，包括定子串電抗或串電阻啟動、Y-△啟動、自耦變壓器啟動、延邊三角形啟動等方法。這些方法都有同樣的缺點：運行參數不易修改，效率低并且啟動時間長，電機溫度上升速度過快，會加速電機絕緣的老化。

    無級類軟啟動包括液阻軟啟動、晶閘管軟啟動和變頻軟啟動。液阻軟啟動雖然造價低廉，不產生高次諧波，可串在繞線式電動機轉子上實現重載軟啟動，但其液阻箱體積大、軟啟動的重復性較差，很難實現啟動方式多樣化、定期維護工作量大以及不適合置放在易結冰或顛簸的現場；晶閘管軟啟動雖然結構緊湊，功能齊全，但高壓產品的造價太高，晶閘管引起的高次諧波較嚴重以及對于繞線式異步電動機無所作為；變頻軟啟動的技術優勢很明顯，能在限流的同時保持較大的啟動轉矩，但是高昂的價格很大程度上限制了它在國內的應用。

    本文采用磁閥式軟啟動能實現軟停止，兼具高壓晶閘管軟啟動性能和高壓液阻軟啟動價格優勢，有可能成為國內乃至國外高壓軟啟動市場的主流產品。

2 磁控軟啟動的工作原理

    在三相異步電動機定子回路中串入可控電抗器，在異步電動機的啟動和停止過程中，將交流接觸器斷開，通過磁閥式可控電抗器裝置對電機的啟動電流進行控制；而在電機正常運行過程中，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弱變化是通過控制直流勵磁電流、改變鐵芯的飽和度實現的，所以叫做磁控式電機軟啟動。

    三相異步電動機直接啟動時，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時，可以理解為增大定子邊電抗值，也可以理解為降低定子實際所加電壓，其目的是減小啟動電流。

    顯然，定子串可控電抗器啟動，能顯著降低電動機的啟動電流，比較適合空載和輕載啟動以及泵類、風機負載的啟動。 在啟動時，電抗器以大電感值接入，然后改變晶閘管的導通角，平滑連續地調節可控電抗器容量，同時電動機的反電動勢逐步建立，使電動機根據負載特性的要求按照恒流或者爬坡曲線平穩啟動，電磁轉矩快速上升，縮短了電機啟動時間。

3 可控電抗器簡介

    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而成。在可控電抗器整個容量調節范圍內，大面積段鐵芯始終處于磁鐵性的未飽和線性區，磁阻相對于小截面段可忽略；小面積段的磁飽和度可設計得接近極限值。此時，可控電抗器所產生的諧波很小，大約為晶閘管控制電抗器所產生諧波的一半。

    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行時可能產生的參數振蕩現象。
    可控電抗器輸出電流（容量）隨導通角增加而增加，從空載到額定或從額定到空載容量的電流過渡過程時間約為0.3s。

    與目前市場上出現的磁飽和式軟啟動裝置相比，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調節電抗值，但前者利用電網電壓本身經繞組自耦變壓，由晶閘管元件整流獲得電源，不需外加激磁，后者卻需要單獨的直流控制電源；前者將工作繞組和控制繞組有機地結合在一起，有利于減小損耗、簡化結構，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，在電抗器的整個工作范圍內，只有小截面段鐵芯飽和，相當于一個“磁閥”，后者卻無這一特點。由于磁閥式可控電抗器的特殊結構，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速度。

4 控制器設計

    可控電抗器的控制器采用雙CPU結構，其中80C196KC的主要功能是采集電動機啟動電流，根據啟動電流大小調節晶閘管的導通角，發出觸發脈沖，經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警。 采用雙CPU結構后，能夠對控制器硬件進行模塊化設計，使安裝和維護較為方便，可靠性增強。

4.1 硬件設計

    電流測量電路是將電動機啟動電流有效值采集后送入單片機A/D轉換口；電壓同步電路將晶閘管兩端電壓的過零信號取出，送入單片機；晶閘管觸發電路將單片機發出的觸發信號整形為一定寬度的脈沖去觸發晶閘管；人機界面由液晶顯示和鍵盤輸入組成，完成運行參數的顯示和輸入任務。

4.2 軟件設計

    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和反饋信號決定晶閘管導通角的調整；晶閘管觸發部分主要實現根據給定的角度發出觸發信號。