關(guān)于皮帶機(jī)軟啟動(dòng)畢業(yè)論文

1、山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)生畢業(yè)論文用紙1.引言1.1問題的提出異步電動(dòng)機(jī)自發(fā)明一百年以來，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、成本低、可靠性高和高性能，已經(jīng)成了工業(yè)應(yīng)用的寵兒，成為經(jīng)典傳動(dòng)的核心成員。標(biāo)準(zhǔn)三相感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換場(chǎng)所，煤礦帶式輸送機(jī)就是其典型的應(yīng)用。帶式輸送機(jī)作為輸送散料的最可靠、最經(jīng)濟(jì)的設(shè)備,已成為我國(guó)礦山的主要運(yùn)輸設(shè)備之一。早期帶式輸送機(jī)由于其功率小、運(yùn)距短、速度低、電機(jī)與減速器之間一般采用剛性聯(lián)軸器或液力聯(lián)軸器即可滿足起動(dòng)要求。但隨著礦山生產(chǎn)能力的不斷提高,帶式輸送機(jī)朝著大功率、長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、高速度方向發(fā)展,輸送機(jī)的起動(dòng)將直接影響到該機(jī)能否正常運(yùn)行。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)

2、方面：(1) 帶式輸送機(jī)滿載起動(dòng)是不可避免的。對(duì)于長(zhǎng)距離、大運(yùn)量帶式輸送機(jī),運(yùn)行過程中一旦發(fā)生緊急停車,再起動(dòng)時(shí)仍為滿載起動(dòng),因而滿載起動(dòng)是設(shè)計(jì)中必須考慮的。(2) 必須延長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間,確保起動(dòng)的平穩(wěn)性。由于帶載起動(dòng),且?guī)佥^高,起動(dòng)時(shí)間過短會(huì)引發(fā)物料與輸送帶之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而發(fā)生滾料現(xiàn)象,這一點(diǎn)對(duì)傾角運(yùn)輸尤為重要。因此要控制帶式輸送機(jī)的起動(dòng)加速度。(3) 由于大功率、高帶速的直接起動(dòng),使輸送帶的動(dòng)張力增加了好幾倍,對(duì)輸送機(jī)的元部件產(chǎn)生較大的沖擊,影響了各元部件、膠帶及整機(jī)的穩(wěn)定性及使用壽命。(4) 起動(dòng)張力增大引起輸送帶強(qiáng)度提高。由于輸送帶成本在帶式輸送機(jī)整機(jī)費(fèi)用中占40%60%,因而采取有

3、效措施控制起動(dòng)張力,降低輸送帶強(qiáng)度,具有很可觀的經(jīng)濟(jì)效益。(5) 由于大功率多電機(jī)同時(shí)起動(dòng),對(duì)電網(wǎng)的電流及電壓都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。1.2異步電機(jī)的起動(dòng)鼠籠式異步電機(jī)起動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)一樣，異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械在起動(dòng)過程中，要求電動(dòng)機(jī)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使生產(chǎn)機(jī)械較快地達(dá)到正常運(yùn)行；同時(shí)又希望起動(dòng)電流不要太大，以免過大的起動(dòng)電流引起電源電壓的下降，從而影響接在電網(wǎng)上的其他電氣設(shè)備的正常工作。不同負(fù)載和不同供電電網(wǎng)的容量，對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的要求是不一樣的。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的基本要求有：足夠大的起動(dòng)倍數(shù)；盡可能小的起動(dòng)電流倍數(shù)；起動(dòng)時(shí)間短，能符合生產(chǎn)技術(shù)要求；起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠等。其中最

4、主要的是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的倍數(shù)。1.2.1 直接起動(dòng)在電力拖動(dòng)中使用最廣泛的電動(dòng)機(jī)時(shí)三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，小容量的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)一般都可以直接起動(dòng)。直接起動(dòng)即全壓起動(dòng)，通過開關(guān)或接觸器將額定電源直接加在電動(dòng)機(jī)的定子繞組上，使電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)逐漸加速到穩(wěn)定運(yùn)行。這種起動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是所需設(shè)備少，線路簡(jiǎn)單，但起動(dòng)電流大。這是由于當(dāng)電動(dòng)機(jī)剛投入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子尚未開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流就是短路電流，而限制短路電流的短路阻抗的數(shù)值一般很小，因此起動(dòng)電流較大。一般籠型異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的電流倍數(shù)為，這往往不能滿足起動(dòng)要求。就電動(dòng)機(jī)本身而言，籠型異步電動(dòng)機(jī)都允許在額定電壓下直接起動(dòng)。但是否采用此法起動(dòng)，主要取決

5、于供電變壓器容量的大小。一般情況下，對(duì)于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流引起供電母線的電壓降落不超過，而不經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流引起供電母線的電壓降落如不超過，才允許采用直接起動(dòng)。因?yàn)?，按?guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB755-65規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)的過載能力，這樣，當(dāng)供電電源電壓降低時(shí)，接在同一電源上的其它異步電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)?此時(shí)尚能在額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載下運(yùn)行。在電網(wǎng)容量足夠大，起動(dòng)電流不致引起顯著的電壓降落時(shí)，如果沒有其他特殊的起動(dòng)要求，應(yīng)優(yōu)先采用直接起動(dòng)。如果直接起動(dòng)引起電壓降落超過，可采用降壓起動(dòng)的方法1.2.2 降壓起動(dòng)降壓起動(dòng)就是降低電機(jī)端電壓的方法來限制起動(dòng)電流，待起動(dòng)完畢后，再切換到額定端電壓下

6、運(yùn)行。由于異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比，因此，降壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之減小?？梢姡@種起動(dòng)方法只能適用于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合，例如用于驅(qū)動(dòng)離心泵、風(fēng)機(jī)等。常用的幾種降壓起動(dòng)方法有：1. 定子電路串電抗起動(dòng)定子電路串電抗起動(dòng)，接通電源前，先將電抗串入定子繞組，起動(dòng)時(shí)合上電源開關(guān)，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，再將電抗切除。由于起動(dòng)時(shí)定子繞組串入的電抗器起到分壓作用，使加在電機(jī)上的端電壓降低，故減小了起動(dòng)電流。由于起動(dòng)電流正比于定子的端電壓，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩正比于定子端電壓的平方。如果起動(dòng)時(shí)電機(jī)端電壓降到額定電壓的倍，則起動(dòng)電流降到額定電壓時(shí)起動(dòng)電流的倍，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降到原來的倍。因此，該起動(dòng)方法只能用于

7、空載或輕載起動(dòng)。2. 星型三角型轉(zhuǎn)換降壓起動(dòng)（），起動(dòng)的方法只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成三角形的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí)定子繞組接成星形，起動(dòng)完畢后再換成三角形。設(shè)電動(dòng)機(jī)每相短路阻抗為常值。當(dāng)定子繞組為接法時(shí)，電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的線電流為：，式中，為電動(dòng)機(jī)額定線電壓。當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子繞組改為星形接法起動(dòng)時(shí)，這時(shí)施加在定子每相繞組上的電壓降為，因此接法時(shí)起動(dòng)電流，可見起動(dòng)時(shí)，電源供給的起動(dòng)電流僅為接法直接起動(dòng)時(shí)的。在不考慮參數(shù)的變化情況下，由于(為相電壓)，因而改為接法起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小到接法起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的。起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，故系列中以上的電動(dòng)機(jī)，定子繞組都按接法設(shè)計(jì)，以便采用起動(dòng)。現(xiàn)在星三角磁

8、力起動(dòng)器依然應(yīng)用很普遍。3. 自耦變壓器起動(dòng)這種起動(dòng)方法是利用一臺(tái)降壓的自耦變壓器又稱起動(dòng)補(bǔ)償器，使加在定子繞組上的電壓降低，待起動(dòng)完畢后，再把電動(dòng)機(jī)直接接到電源。設(shè)電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流為，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為。自耦變壓器原、副邊電壓之比為，于是經(jīng)過自耦變壓器降壓后，加在電動(dòng)機(jī)上的端電壓降為，則電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流。而只是自耦變壓器的副邊電流，自耦變壓器的原邊電流才是由電源提供的起動(dòng)電流，其值為：.由于電機(jī)端電壓降為（），所以自耦變壓器和起動(dòng)具有相同的性質(zhì)，其起動(dòng)和由電源提供的起動(dòng)電流減少的倍數(shù)是一樣的。而自耦變壓器起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)在于不受定子繞組接法的限制并且變比可以改變。一般起動(dòng)補(bǔ)償器備有

9、電源電壓的幾個(gè)抽頭。使用時(shí)可根據(jù)起動(dòng)電流和所需要的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩來選擇，這種起動(dòng)方法的缺點(diǎn)是增加了設(shè)備費(fèi)用。4. 延邊三角形起動(dòng) 起動(dòng)方法設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有額定電壓起動(dòng)時(shí)的，因此只能適用于空載或輕載起動(dòng)，不適用于各種不同起動(dòng)要求。延邊三角形起動(dòng)方法是從起動(dòng)方法演變而來的，不同之處僅在定子每相繞組中多一個(gè)中間抽頭。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接成三角形。起動(dòng)時(shí)，定子繞組的一部分仍接成三角形，剩下的部分接成星形。它象一個(gè)三角形的三個(gè)邊延長(zhǎng)，故稱延邊三角形起動(dòng)。根據(jù)延邊三角形接法時(shí)的特點(diǎn)，定子每相繞組所承受的電壓，小于三角形接法時(shí)的電壓,但大于星形接法時(shí)的。因此，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比直接起動(dòng)時(shí)

10、小，但比起動(dòng)時(shí)大。采用不同的抽頭比例，即可適應(yīng)不同的起動(dòng)要求。這樣起動(dòng)方法的缺點(diǎn)是定子繞組的制造比較負(fù)載。5. 部分繞組起動(dòng)若正常運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的定子每相繞組由兩條或多條并聯(lián)支路組成。起動(dòng)時(shí)，僅將各相繞組中的一條支路接入電源。這時(shí)，由于定子繞組阻抗的增加，使起動(dòng)電流減小，起動(dòng)完畢后再將其余支路接入電源。6. 電機(jī)的軟起動(dòng)前面介紹異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法與設(shè)備，如降壓起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)等，較大程度地緩解了在供電變壓器容量相對(duì)不夠大時(shí)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的矛盾。但它們還存在著明顯不足之處，如沒解決電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間電流沖擊問題，而且上述起動(dòng)設(shè)備在起動(dòng)過程中需進(jìn)行電壓切換，電動(dòng)機(jī)也將有瞬時(shí)大電流沖擊問題。另外，起動(dòng)

11、設(shè)備的觸點(diǎn)多，發(fā)生故障也多，維護(hù)工作量大等。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，一種稱為軟起動(dòng)器(或固態(tài)軟起動(dòng)器)的新型起動(dòng)設(shè)備正在工業(yè)中推廣應(yīng)用。這種軟起動(dòng)器使得電動(dòng)機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，還可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軟停車、軟制動(dòng)，以及電動(dòng)機(jī)的過載、缺相等保護(hù)，還能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)輕載節(jié)能運(yùn)行等。2. 電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)與傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備相比，軟起動(dòng)器具有更好的起動(dòng)控制性能及保護(hù)性能。隨著它的推廣和應(yīng)用，軟起動(dòng)器將很快成為替代傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備的產(chǎn)品。2.1 軟起動(dòng)的由來與發(fā)展三相交流電動(dòng)機(jī)發(fā)明以來，經(jīng)歷了100多年的歷程。在這漫長(zhǎng)的歲月中，它為奠定與發(fā)展這項(xiàng)經(jīng)典的傳動(dòng)技術(shù)樹立了豐碑，然而，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性卻一直舉步維艱，難

12、以跨出“硬起動(dòng)”的框框。眾所周知，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)刻出現(xiàn)的起動(dòng)電流最高可達(dá)電動(dòng)機(jī)額定電流的15倍，這樣大的電流不僅加重了進(jìn)線、供電電網(wǎng)以及接在電動(dòng)機(jī)前面的開關(guān)電器的負(fù)荷，而且同時(shí)出現(xiàn)的巨大轉(zhuǎn)矩又會(huì)使電動(dòng)機(jī)發(fā)生猛烈的沖振，并且也給用作動(dòng)力傳輸?shù)妮o助設(shè)備（例如三角皮帶、變速機(jī)構(gòu)）和做功的機(jī)械設(shè)備帶來不可避免的機(jī)械沖擊。所以，這種“硬起動(dòng)”不僅會(huì)縮短傳動(dòng)單元和做功機(jī)械設(shè)備的使用壽命，而且過高的起動(dòng)電流還會(huì)引起供電電網(wǎng)的電壓驟然跌落，致使那些對(duì)電壓敏感的用電設(shè)備產(chǎn)生負(fù)面的影響。為了降低這種高倍的起動(dòng)電流，迄今為止使用得最普遍的是星三角磁力起動(dòng)器。在電動(dòng)機(jī)繞組星形接線時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流僅為三角形接線時(shí)的，遺憾的

13、是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也同樣降低到三角形接線時(shí)的。為了使電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到它的額定轉(zhuǎn)矩，在經(jīng)歷了預(yù)先設(shè)定的時(shí)間后，又從星形接線轉(zhuǎn)換到三角形接線，在轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的電流峰值反作用于供電電網(wǎng)；同樣，此時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩沖擊使傳動(dòng)單元還是落入“硬起動(dòng)”的俗套。近年來，隨著電子技術(shù)與控制技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人們終于在20世紀(jì)90年代初找到了令人滿意的起動(dòng)特性，電子式軟起動(dòng)器就此應(yīng)運(yùn)而生，它的問世立即受到廣大用戶的重視與青睞。該類電子式軟起動(dòng)器以晶閘管為主電路，微控制器作為核心控制單元來完成電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程，已成為可能。國(guó)內(nèi)外已有各種SCR為主體的電子式固態(tài)起動(dòng)器出現(xiàn)在市場(chǎng)上。軟起動(dòng)的方式主要指軟起動(dòng)裝置按什么原

14、則規(guī)律將電動(dòng)機(jī)從零速升至額定轉(zhuǎn)速。其中出現(xiàn)了各種起動(dòng)方式“斜坡電壓起動(dòng)方式“”恒電流或限流起動(dòng)方式“、脈沖突跳方式”等等。典型產(chǎn)品有雷諾爾公司的軟起動(dòng)器，提供起動(dòng)方式有：限流起動(dòng)、斜坡電壓起動(dòng)、轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)、轉(zhuǎn)矩控制、電壓控制5種。其他軟起動(dòng)裝置 有西門子、AB、ABB等公司的產(chǎn)品，其中不外乎上面集中起動(dòng)方式，各軟起動(dòng)裝置廠家為方便用戶、增加產(chǎn)品的適應(yīng)性。均提供了眾多的可資遴選的起動(dòng)方式；其中SIEI公司提供的起動(dòng)方式就有10種之多：普通負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)起動(dòng)、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載、常用泵、需帶突跳起動(dòng)的泵、輕型傳輸帶、重型傳輸帶、小慣量風(fēng)機(jī)、大慣量風(fēng)機(jī)、往復(fù)式壓縮機(jī)、螺旋式壓縮機(jī)。在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中通

15、過控制電路控制晶閘管導(dǎo)通角的大小，使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流根據(jù)工作要求所設(shè)定的規(guī)律進(jìn)行變化,這樣，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大小、起動(dòng)方式均可任意調(diào)整與選擇，使電動(dòng)機(jī)處于最佳起動(dòng)過程，同時(shí)還可以減少起動(dòng)功率損耗。2.2 一般軟起動(dòng)方式 1. 斜坡電壓起動(dòng)早期的軟起動(dòng)器是以起動(dòng)電壓為控制對(duì)象進(jìn)行軟起動(dòng)的。圖2-1斜坡電壓控制示意圖。 圖2.1中，起動(dòng)電壓先以設(shè)定的速率增加，然后再轉(zhuǎn)為額定電壓。這種起動(dòng)方式比傳統(tǒng)的自精變壓器或YA降壓起動(dòng)有了較大的進(jìn)步，但在某些工況應(yīng)用時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)較大的二次沖擊電流，而且容易損壞晶閘管。2. 恒電流起動(dòng)目前的軟起動(dòng)器大都以起動(dòng)電流為控制對(duì)象進(jìn)行軟起動(dòng)的。起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流保持恒

16、定(即限定起動(dòng)電流)，其電流限定值Ism通常在電機(jī)額定電流的1.54.5倍之間選擇。恒流起動(dòng)時(shí)間圖2-2表示了這種恒流軟起動(dòng)方式的電流特性。 設(shè)定的電流限定值Ism大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短；Ism小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩就小，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。這種起動(dòng)方式一般適用于起動(dòng)慣性大的場(chǎng)合3. 斜坡恒流軟起動(dòng)若控制起動(dòng)電流以一定的速率平穩(wěn)地增加，當(dāng)起動(dòng)電流增大到所設(shè)定的電流限定值時(shí)，就將起動(dòng)電流保持恒定直至起動(dòng)結(jié)束。斜坡起動(dòng)時(shí)間恒流起動(dòng)階段圖2.3表示了斜坡恒流軟起動(dòng)方式的電流特性。從圖中可以看出，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程分為兩個(gè)階段，先為斜坡起動(dòng)階段，后為恒流起動(dòng)階段。當(dāng)起動(dòng)即將結(jié)束時(shí)起動(dòng)電流會(huì)自動(dòng)減下來。起動(dòng)電流上升變化

17、率和恒流值都可以任意設(shè)定，恒流值大小決定起動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短。因此，起動(dòng)電流上升變化率和恒流值一般應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況與生產(chǎn)要求來設(shè)定，以便軟起動(dòng)器獲得最佳的起動(dòng)過程，并減小起動(dòng)損耗。 斜坡恒流軟起動(dòng)方式一般適用于空載或輕載起動(dòng)，也適用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速增加而增大的負(fù)載設(shè)備，如通風(fēng)機(jī)、水泵等。4. 脈沖恒流軟起動(dòng) 這種起動(dòng)方式在起動(dòng)初始階段有一個(gè)較大的起動(dòng)沖擊電流，該電流值大于設(shè)定的恒流值，從而能產(chǎn)生較大的起動(dòng)沖擊轉(zhuǎn)矩去克服較大的靜摩擦阻轉(zhuǎn)矩，使設(shè)備能夠起動(dòng)；然后進(jìn)入恒流起動(dòng)階段，直至起動(dòng)結(jié)束。圖2-4表示了脈沖恒流軟起動(dòng)方式的電流特性。脈沖起動(dòng)時(shí)間恒流起動(dòng)階段 圖中脈沖起動(dòng)階段電流的幅值和脈沖維持時(shí)間是可

18、以設(shè)定的。顯然，這種起動(dòng)方式的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，適用于重載起動(dòng)，如皮帶輸送機(jī)、磨煤機(jī)的帶載起動(dòng)。 除了上面介紹的軟起動(dòng)方式外，還有電壓與電流控制的各種組合方式，如斜坡電壓與電流限制下的軟起動(dòng)，起動(dòng)脈沖、斜坡電壓與電流限制下的軟起動(dòng)等。2.3 軟起動(dòng)的控制對(duì)一個(gè)好的軟起動(dòng)過程：應(yīng)該是對(duì)電網(wǎng)影響（包括諧波公害）小的；起動(dòng)耗時(shí)短的；沖擊電流量小的；機(jī)械沖擊力小的；噪聲小的；電動(dòng)機(jī)溫升小的過程；對(duì)于不同的用戶其對(duì)每一指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)不同，所以產(chǎn)生廠家為一產(chǎn)品會(huì)配置如此多的起動(dòng)方式，以滿足不同的用戶需求，以達(dá)到占有市場(chǎng)的目的。市場(chǎng)上真正達(dá)到智能化軟起動(dòng)裝置的很少，許多軟起動(dòng)裝置均冠以“智能化”的名字無非是提升自身

19、產(chǎn)品的市場(chǎng)策略。目前除了以SCR為主體的固態(tài)軟起動(dòng)裝置,應(yīng)用中還有液壓耦合軟起動(dòng)裝置,本文主要討論以晶閘管為主體的固態(tài)軟起動(dòng)裝置。從晶閘管的觸發(fā)角控制出發(fā)，前人對(duì)于這種固態(tài)軟起動(dòng)器的裝置做了許多改進(jìn)和提供，如以基于FPGA技術(shù)對(duì)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)，提高觸發(fā)脈沖控制的可靠性，用IGBT等大功率可關(guān)斷控制器件替代晶閘管，都取得了一定的成果，但一定程度使硬件設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，成本提高。對(duì)于一個(gè)智能化的軟起動(dòng)裝置，首先應(yīng)該包含對(duì)軟起動(dòng)過程作出評(píng)價(jià)的體系，其次能對(duì)對(duì)象作至少時(shí)離線辨識(shí)，最后裝置應(yīng)工作在反饋或前饋控制原則下，控制是在檢測(cè)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于無速度反饋環(huán)節(jié)的SCR軟起動(dòng)裝置，電流和電壓是目前SCR軟

20、起動(dòng)裝置所能感知的變量或者還有若干點(diǎn)的溫度和起動(dòng)時(shí)間。SCR軟起動(dòng)裝置無法超越它的感知能力。本課題擬對(duì)煤礦皮帶運(yùn)輸機(jī)的軟起動(dòng)作出分析，比較分析目前各種軟起動(dòng)實(shí)施方案，根據(jù)特定的運(yùn)行工況設(shè)計(jì)合理的軟起動(dòng)方式，同時(shí)通過電流閉環(huán)實(shí)現(xiàn)SCR多方式軟起動(dòng)。 通過電流閉環(huán)實(shí)現(xiàn)SCR多方式軟起動(dòng)控制理論認(rèn)為，任何確定型多變量控制系統(tǒng)，都可以由輸入變量到輸出變量的映射來描述：，其中是各輸入、，的向量表示；是各輸出、，的向量表示；表示映射關(guān)系，是“象源“，是”象“。如果指定中某一分量（應(yīng)該是某一曲線），可以激勵(lì)出此的一般不唯一，其中，、，的某一組合可以實(shí)現(xiàn)，則另一組合也可以實(shí)現(xiàn)。但是如果對(duì)單輸入系統(tǒng)輸入變量為，

21、且非零映射的非零，則可以實(shí)現(xiàn)的就是唯一的。這是11對(duì)應(yīng)的映射系統(tǒng)。這類系統(tǒng)中的任一變量都可以視為“象源“，其他一切變量均是其映射生成的”象“。SCR軟起動(dòng)裝置和對(duì)象組成的系統(tǒng)，在對(duì)象情況不變得條件下，在起動(dòng)過程范圍內(nèi)，正好就是這樣的系統(tǒng)。輸入變量SCR觸發(fā)角就是”象源“，它通過系統(tǒng)映射為“象”：由、等變量表征的整個(gè)軟起動(dòng)過程。也可以將電動(dòng)機(jī)電壓或定子電流視為“象源“，軟起動(dòng)過程中一切物理量（包括）的變化過程均是由”象源“或映射產(chǎn)生的”象“。由于SCR軟起動(dòng)裝置電壓或電流閉環(huán)的響應(yīng)速度很快，又可以把電流給定視同，電壓給定視同，只要精心構(gòu)建好或就可以演繹出任一種起動(dòng)方式所期望的結(jié)果。控制對(duì)象情況的

22、變異（例如電網(wǎng)電壓、電動(dòng)機(jī)溫升、負(fù)載強(qiáng)弱的變化）是破壞上述映射關(guān)系的擾動(dòng)，由于電流閉環(huán)的抗擾動(dòng)性優(yōu)于電壓閉環(huán)，我們多選擇為“象源“。只有存在對(duì)象較大變異頻發(fā)的條件下，才需要對(duì)電流閉環(huán)無法抑制的擾動(dòng)作補(bǔ)償，就是按照獲悉的擾動(dòng)的性質(zhì)和強(qiáng)隊(duì)對(duì)電流給定在線修正。所以對(duì)于SCR軟起動(dòng)裝置只要構(gòu)建一恰當(dāng)?shù)?，然后建立一個(gè)好的軟起動(dòng)過程評(píng)價(jià)體系，不斷改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)裝置的真正智能化。我們軟起動(dòng)器的初級(jí)智能化可以通過軟件實(shí)現(xiàn)。首先是軟起動(dòng)過程的評(píng)價(jià)，綜合特定應(yīng)用對(duì)象，考慮特定起動(dòng)要求，如起動(dòng)電流沖擊，發(fā)熱，能量損耗、傳動(dòng)系統(tǒng)的平均加速度等指標(biāo)來衡量。在硬件上落實(shí)對(duì)SCR軟起動(dòng)裝置各項(xiàng)要求的可感知性的基礎(chǔ)上，將要

23、求量化，再根據(jù)每一要求的重要程度給量化加權(quán)，得出評(píng)價(jià)函數(shù)，給出軟起動(dòng)過程的質(zhì)量評(píng)價(jià)。其次是電流給定與起動(dòng)過程映射關(guān)系離線仿真，為了軟起動(dòng)映射關(guān)系仿真軟件，我們必須掌握對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，特別是電網(wǎng)的輸出阻抗，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性以及折算到電動(dòng)機(jī)的總飛輪慣量。仿真軟件的任務(wù)就是預(yù)測(cè)由給定的電流曲線引起的整個(gè)軟起動(dòng)過程。仿真軟件的輸入包括對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和既定的，它的輸出則包括、網(wǎng)壓、及其電機(jī)的發(fā)熱量等。是否可用應(yīng)以仿真輸出圖形是否適宜為標(biāo)準(zhǔn)。離線辨識(shí)，讓SCR軟起動(dòng)裝置對(duì)象系統(tǒng)按任意方式作一次軟起動(dòng)，在這一過程中，采集電流、電壓，電網(wǎng)電壓、電機(jī)功率因數(shù)等，結(jié)合某些已知數(shù)據(jù)和先驗(yàn)猜測(cè)，通過不斷改進(jìn)

24、吻合程度的方法獲取對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。起動(dòng)過程中，如果同時(shí)采集數(shù)據(jù)對(duì)于建模的精度是大好處的，但是從硬件的組成上比較麻煩，這就需要權(quán)衡。最后是通過軟起動(dòng)過程質(zhì)量評(píng)價(jià)體系生成比較理想的電流曲線。2.4 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的安全要求電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，是指電動(dòng)機(jī)按正常工作條件接通電源時(shí)，從靜止?fàn)顟B(tài)過渡到以一定的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行的過程。為了使電動(dòng)機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并能很快地達(dá)到所需的轉(zhuǎn)速而正常工作，要求電動(dòng)機(jī)具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)又希望起動(dòng)中的電流不太大。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能中最重要的兩項(xiàng)指標(biāo)、一般在電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)它們規(guī)定了限值，以保證電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力。如果電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩來說不夠大，

25、那么拖動(dòng)負(fù)載從靜止到達(dá)所需轉(zhuǎn)速的起動(dòng)時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)、低速爬行甚至不能起動(dòng)的現(xiàn)象，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)熱。如果電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流很大，在電網(wǎng)容量不夠大時(shí)，就會(huì)使電網(wǎng)電壓顯著下降。這會(huì)帶來兩方面的危害：一是使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小，不利于起動(dòng)；二是會(huì)影響接在同一電網(wǎng)上的其他電動(dòng)機(jī)和電氣設(shè)備的正常工作。在電動(dòng)機(jī)直接接到電源上起動(dòng)(即直接起動(dòng))時(shí)，通常都將出現(xiàn)很大的起動(dòng)電流。因此，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)必須根據(jù)電網(wǎng)容量和機(jī)械負(fù)載對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求等來選擇適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)方法。在電網(wǎng)容量不夠大或者電動(dòng)機(jī)本身不允許通過很大電流的情況下，必須采用限制或減小起動(dòng)電流的起動(dòng)方法。三相異步電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)時(shí)，一般起動(dòng)電流

26、為其額定電流值的47倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的12倍。在一般情況下，直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流引起的電壓降落，對(duì)經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)只要不超過，對(duì)不經(jīng)常起動(dòng)的只要不超過，就允許采用直接起動(dòng)方法，而不致影響接在同一電網(wǎng)上的其他異步電動(dòng)機(jī)的正常工作。如果電網(wǎng)容量不夠大而不能直接起動(dòng)時(shí)，可以采用降低電壓的辦法即降壓起動(dòng)。當(dāng)然，電壓降低后，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之降低了，因此降壓起動(dòng)方法只適用于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合(如驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、離心泵等)。如果既要求起動(dòng)電流小、同時(shí)又要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，那么就需要采用起動(dòng)性能好的異步電動(dòng)機(jī)，如深榴式、雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，或繞線式異步電動(dòng)機(jī)。目前礦山長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)的起動(dòng)主要采用以下3種技術(shù)（

27、1） 差動(dòng)輪系液粘調(diào)技術(shù)。差動(dòng)輪系液粘調(diào)速裝置主要由行星齒輪減速器與可控液粘離合器組成，其主要工作原理通過調(diào)節(jié)離合器中的油壓利用摩擦片間所形成的油膜的動(dòng)力粘性來傳遞動(dòng)力，并控制減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速，達(dá)到輸送機(jī)的軟起動(dòng)。該裝置起動(dòng)時(shí)調(diào)速精度高，可以變速運(yùn)行，缺點(diǎn)是其成本和維護(hù)費(fèi)用高。（2） 變頻調(diào)速裝置，變頻調(diào)速裝置主要由功率器件IGBT絕緣柵極可控晶體管、控制器與電抗器組成。其工作原理:通過控制器來調(diào)節(jié)功率器件中的柵極，使進(jìn)入功率器件的交流電源頻率發(fā)生變化，根據(jù)公式，改變頻率則改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可使電機(jī)按一定設(shè)定的速度起動(dòng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)，該裝置起動(dòng)時(shí)調(diào)速精度高，可以變速運(yùn)行。調(diào)速范圍大，缺點(diǎn)是控

28、制裝置成本高，控制系統(tǒng)變得復(fù)雜，使用維護(hù)費(fèi)用也高。（3） 液力調(diào)速裝置。液力調(diào)速裝置主要由液力耦合器、電動(dòng)執(zhí)行器，稀油潤(rùn)滑裝置與油箱等組成。其工作原理是利用傳動(dòng)介質(zhì)來傳遞動(dòng)力。通過調(diào)節(jié)耦合器工作腔內(nèi)充液量的多少，來控制耦合器輸出軸的速度，達(dá)到輸送機(jī)的軟起動(dòng)。該裝置起動(dòng)時(shí)的調(diào)速精度高，也可變速運(yùn)行，運(yùn)行可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作維護(hù)方便，價(jià)格低廉，缺點(diǎn)調(diào)速范圍小。2.5 電機(jī)起動(dòng)特性分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般是由電動(dòng)機(jī)，生產(chǎn)機(jī)械、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)和電源組成，如圖所示，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)將取自電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械按照預(yù)期的運(yùn)行規(guī)律實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程。雖然生產(chǎn)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和負(fù)載特性各部相

29、同，但是從理論分析的角度均可以把它們抽象為單一轉(zhuǎn)軸的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)只具有一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。這樣便于研究圖25 電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般組成作用于電力拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩有電動(dòng)機(jī)的軸轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩,設(shè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，角速度為，則角動(dòng)量為,根據(jù)動(dòng)力學(xué)規(guī)律，可得到系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式的一般形式： (21)一般為常量，則 (2-2)拖動(dòng)系統(tǒng)在起動(dòng)過程中，描述系統(tǒng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)方程為： (23)2.5.1 帶式輸送機(jī)的起動(dòng)參數(shù)選擇對(duì)于帶式輸送機(jī)起動(dòng)參數(shù)的要求，判斷某種軟起動(dòng)起動(dòng)是否滿足要求的主要依據(jù)是該軟起動(dòng)系統(tǒng)能否保證輸送機(jī)的張力（決定了輸送帶和各機(jī)械部件的設(shè)計(jì)強(qiáng)度）和起動(dòng)性能在給定的安全度內(nèi)。在起動(dòng)時(shí)，最大

30、張力不大于輸送帶許用動(dòng)張力，對(duì)鋼繩芯膠帶D2N22101標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定動(dòng)安全系數(shù)起動(dòng)中，又為了保證輸送機(jī)平穩(wěn)，避免發(fā)生共振等動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，輸送機(jī)的起動(dòng)時(shí)間應(yīng)大于下分支輸送機(jī)帶縱向應(yīng)力波由機(jī)頭傳到機(jī)尾的時(shí)間 , (24)輸送機(jī)帶縱向應(yīng)力波的傳遞速度輸送機(jī)的帶長(zhǎng)1帶式輸送機(jī)軟起動(dòng)參數(shù)的計(jì)算輸送帶許用最大加速力根據(jù)DIN22101設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，輸送帶許用的最大起動(dòng)張力為： (25)式中 帶強(qiáng)，帶寬，動(dòng)安全系數(shù)因此輸送帶許用的最大加速度力為： (26)式中 滿載起動(dòng)時(shí)的張力，滿載運(yùn)行阻力傳動(dòng)系統(tǒng)最大有效驅(qū)動(dòng)圓周力 (27)電機(jī)功率；起動(dòng)系數(shù)，；傳動(dòng)系數(shù)比；傳動(dòng)滾筒直徑；電機(jī)額定速度；單個(gè)傳動(dòng)單元折算到傳動(dòng)滾筒外圓

31、的等效直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量滿載輸送機(jī)等效總質(zhì)量由起動(dòng)中作用到輸送帶上的最大起動(dòng)力不超過許用值，即，因此傳動(dòng)系統(tǒng)在任何時(shí)刻的最大起動(dòng)系數(shù)滿足： (28)最小的起動(dòng)系數(shù)滿足要提供足夠的起動(dòng)力矩（最小起動(dòng)力矩）克服輸送機(jī)的靜止力矩，并使輸送帶和載荷在給定的起動(dòng)時(shí)間內(nèi)加速到額定帶速，因此傳動(dòng)系統(tǒng)最小起動(dòng)系數(shù)應(yīng)滿足： (29)傳動(dòng)系統(tǒng)平均起動(dòng)系數(shù) 傳動(dòng)系統(tǒng)平均起動(dòng)系數(shù)決定了輸送機(jī)的起動(dòng)時(shí)間，為了保證輸送機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，避免發(fā)生潛在地動(dòng)力學(xué)問題，輸送機(jī)的滿載起動(dòng)時(shí)間應(yīng)滿足下列兩個(gè)公式，應(yīng)根據(jù)計(jì)算取大值。， (210)式中：額定帶速，；滿載平均起動(dòng)加速度，因此傳動(dòng)系統(tǒng)平均起動(dòng)系數(shù)應(yīng)滿足： (211)、將作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，

32、用于判斷軟起動(dòng)系統(tǒng)是否滿足輸送機(jī)的起動(dòng)要求。2.5.2 異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的機(jī)械特性由電機(jī)學(xué)原理，可作如下假設(shè)a忽略空間和時(shí)間諧波、b忽略磁飽和、c忽略鐵損耗，可畫出如圖所示的感應(yīng)電機(jī)等效電路圖：圖2-6 異步電動(dòng)機(jī)型等效電路圖中，為定子電壓；為定子電勢(shì)；為定子電流； 為勵(lì)磁電流；為轉(zhuǎn)差率；、為定子繞組的電阻和漏抗；、為轉(zhuǎn)子繞組的電阻和電抗的折算值；為與定子鐵芯損耗相對(duì)應(yīng)的等值電阻；為與主磁通相對(duì)應(yīng)的定子繞組電路的電抗；為與輸出功率相對(duì)應(yīng)的附加電阻。因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)，很小和轉(zhuǎn)子電流相比可以忽略，即在忽略鐵損耗和勵(lì)磁電流下，電流為： (212)電磁功率，同步機(jī)械角速度，則電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為： (213)我們

33、將起動(dòng)過程分成兩個(gè)部分，在約束條件下的起動(dòng)，直接起動(dòng)的階段所以起動(dòng)過程的時(shí)間： (214) (215)由前面等效電路， (216)在時(shí)，有，此時(shí)有： （217)解得： （218）在時(shí)間內(nèi)，電磁力矩為： 或 （219）將式（215）代入式（219）： （220）負(fù)載力矩可典型地表示為： （221）由拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式有： （222）對(duì)負(fù)載力矩可以改寫成如下形式： （223）將式（223）與（220）代入（222）解得： （224）a 對(duì)于恒電流起動(dòng)有，限流倍數(shù)，（225）以代入式（224）得： （225）由（222）可知起動(dòng)時(shí)間取決于電磁力矩和負(fù)載力矩之差，這涉及到負(fù)載的機(jī)械特性和的變化。當(dāng)時(shí)，

34、即為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載此時(shí)，式（225）變?yōu)椋?（226）可求得解析解 （227）給定一個(gè)和值，由式（215）和式（216）求出與時(shí)間的關(guān)系，以式（218）求得值，代入式（227）求得值。對(duì)于或2，只能用數(shù)值積分的方法計(jì)算式（225），對(duì)于皮帶運(yùn)輸機(jī)可近似看成恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，所以本文只對(duì)的負(fù)載情形討論。圖27電壓比曲線b.恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí)24起動(dòng)條件， （228）由前面式（8）得 （229）由式（222），起動(dòng)時(shí)間，恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí)間 （229）式中： . 由于是常數(shù)，設(shè),從式（229）解得： （230）式（230）代入（229）則： （231）式（230）和式（231）代入（228）得與的關(guān)系：（232）圖28

35、 恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)時(shí)的電流曲線圖29 電壓比曲線 c. 電機(jī)以一定加速度起動(dòng)由于膠帶機(jī)在起停過程中會(huì)在膠帶中產(chǎn)生很大地應(yīng)力波動(dòng)，嚴(yán)重影響著膠帶機(jī)的安全使用，為了限制起動(dòng)過程中的應(yīng)力波動(dòng)，國(guó)外資料推薦使用三角形或正弦形加速度曲線，該文獻(xiàn)中推薦了一如圖所示的梯形加速度曲線，可以滿足膠帶機(jī)安全起動(dòng)過程中，很好抑制應(yīng)力波動(dòng)的影響。圖中取加速時(shí)間為,其中設(shè) （基波振動(dòng)周期），加速度曲線的計(jì)算式為： （233）式中：膠帶機(jī)的速度；按上式涉及的加速度曲線可有效消除膠帶機(jī)起動(dòng)時(shí)的應(yīng)力波動(dòng)，使膠帶的動(dòng)應(yīng)力達(dá)到最小。 電機(jī)轉(zhuǎn)速的加速度曲線響應(yīng)如下： （234）第一階段電機(jī)加速度加速運(yùn)動(dòng)， （235）時(shí)， （236）第二

36、段電機(jī)速度 （237）時(shí)， （238）第三段電機(jī)速驅(qū)曲線 （239）令時(shí)，,代入上式得： （240）則起動(dòng)時(shí)間 （241）對(duì)電機(jī)以該加速度曲線起動(dòng)的特性分析加速度加速起動(dòng)階段 （242）在這段時(shí)間內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩為：，對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，對(duì)很轉(zhuǎn)矩負(fù)載考慮， （243）起動(dòng)時(shí)間為(基波振動(dòng)周期)，設(shè)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差為，. （244）將式代入上式。 （245）由解得： （246）上式代入 （245），解得： （247）第二段恒加速度起動(dòng)過程， （248）同樣解得電流： （249）同理可得第三段加速度遞減起動(dòng)過程電流： （250）式中： 將轉(zhuǎn)差、代入式：，得到與的關(guān)系曲線212 分段加速起動(dòng)時(shí)的電流曲線2.6 軟起動(dòng)

37、性能的判別2.6.1軟起動(dòng)過程是否滿足起動(dòng)要求a 由起動(dòng)曲線計(jì)算出該起動(dòng)器的最大過載系數(shù)：, 將結(jié)果與式（28）的許用最大起動(dòng)系數(shù)比較b 根據(jù)起動(dòng)特性曲線，計(jì)算的平均起動(dòng)系數(shù)：，將結(jié)果和式（211）比較。c 根據(jù)起動(dòng)特性曲線，計(jì)算最小起動(dòng)系數(shù)：最小起動(dòng)系數(shù)分別與皮帶機(jī)軟起動(dòng)參數(shù)進(jìn)行比較是否滿足起動(dòng)要求。2.6.2 電機(jī)起動(dòng)能耗分析起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子回路的能量損耗包括銅損和鐵損兩部分。在起動(dòng)過程中電機(jī)的磁場(chǎng)和正常運(yùn)行時(shí)的值差不多，只是此時(shí)的轉(zhuǎn)子頻率比正常運(yùn)行高，故轉(zhuǎn)子的鐵損稍有增大，但即使在50HZ下，鐵損的比重也是很小的。在起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子電流比正常工作時(shí)高出許多倍，銅損與電流的平方成正比，因此在討

38、論起動(dòng)過程的能量損耗時(shí)，主要考慮的是銅損，將鐵損忽略不計(jì)。設(shè)轉(zhuǎn)子每相電阻為，起動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子電流是變化的，即。起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子回路的總能量損耗 （251）由定子穿過氣隙傳遞到轉(zhuǎn)子回路的電磁功率,其中一部分傳到電動(dòng)機(jī)軸上作為機(jī)械功率輸出，即,另一部分則作為銅損消耗在轉(zhuǎn)子回路中，因此銅損功率為 （252）轉(zhuǎn)子回路的總能耗： （253）電動(dòng)機(jī)定子繞組在起動(dòng)過程中的能量損耗可表示為 （254）在起動(dòng)過程中可以認(rèn)為定子電流和轉(zhuǎn)子電流(折算到定子側(cè)的值)是相等的，即,因此定子繞組損耗可表示為 （255）則起動(dòng)過程中電機(jī)總能量損耗： （256）式中為加速轉(zhuǎn)矩由前面的推導(dǎo)可以看出，影響起動(dòng)能耗及起動(dòng)時(shí)間的主要因

39、素有：a 電機(jī)起動(dòng)能耗及起動(dòng)時(shí)間均隨增大而減小b 起動(dòng)能耗與同步角速度的平方成正比c 起動(dòng)能耗及起動(dòng)時(shí)間均與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J成正比d 起動(dòng)能耗隨轉(zhuǎn)子電阻折算值得增大而減小。 有上面考慮的幾個(gè)因素可以發(fā)現(xiàn)減小起動(dòng)能耗的基本原則：全壓直接起動(dòng)方式，由于起動(dòng)能耗及起動(dòng)時(shí)間都隨加速轉(zhuǎn)矩的增大而減小，而異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與端電壓成正比，降壓起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)矩隨而減小，而異步電動(dòng)機(jī)加速轉(zhuǎn)矩也隨之減小，導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)間及起動(dòng)能耗均增加，由式（330）中的項(xiàng)可以看出分母隨減小的程度大于分子項(xiàng)減小的程度，這也反映了起動(dòng)能耗隨電壓降低而增高的趨勢(shì)。所以在鼠籠型異步電機(jī)的常規(guī)起動(dòng)方法中以直接起動(dòng)的起動(dòng)能耗最小，所以在軟起動(dòng)中對(duì)起動(dòng)電流

40、的抑制，加速轉(zhuǎn)矩越小，起動(dòng)過程愈長(zhǎng)，能耗愈大，所以以恒流方式等限流方式軟起動(dòng)時(shí)，對(duì)限流的選擇應(yīng)該考慮起動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短設(shè)置合理的起動(dòng)倍數(shù)，以盡量減小損耗。由前面對(duì)恒電流起動(dòng)、恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)、分段加速起動(dòng)三種情形，分析電機(jī)的起動(dòng)特性，對(duì)于以晶閘管為主體的固態(tài)軟起動(dòng)裝置，在減小硬件配置的復(fù)雜性，降低成本的要求下，所能達(dá)到的比較理想的軟起動(dòng)裝置可以以電流為主要控制對(duì)象，為某一特定應(yīng)用生成一比較理想的電流控制曲線，來實(shí)施較好的軟起動(dòng)過程。對(duì)于由該電流曲線映射的電機(jī)軟起動(dòng)過程是否理想，可以通過軟起動(dòng)過程的評(píng)價(jià)系統(tǒng)作出判別，這可以由軟件實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)只對(duì)帶式輸送機(jī)這樣特定的應(yīng)用提出比較合理的電流控制曲線，該電流曲線

41、可以通過仿真映射出起動(dòng)過程中的等其他曲線是否合理。對(duì)于帶式輸送機(jī)的軟起動(dòng)系統(tǒng)，就應(yīng)該在給定的安全度范圍內(nèi)，選擇最經(jīng)濟(jì)可靠的軟起動(dòng)系統(tǒng)何參數(shù)。3. 軟起動(dòng)控制器的硬件設(shè)計(jì)3.1 軟起動(dòng)的主電路構(gòu)成在工業(yè)應(yīng)用中，例如三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速，常常消消到三相交流調(diào)壓電路，即所謂的三相交流電壓變換器。如下圖所示，將三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管分別接至Y形的三相負(fù)載上就構(gòu)成一個(gè)典型的三相交流調(diào)壓電路。不管是對(duì)單相或三相交流調(diào)壓器，對(duì)晶閘管的控制方式有：整周波控制，這是一種脈沖電壓的方式，又稱交流開關(guān)。如果采用這種控制方式進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是：晶閘管可以在電壓或電流的過零時(shí)刻關(guān)斷，則開關(guān)的損耗將減至最小，且輸出

42、的電壓和電流波形為正弦波。但在調(diào)速時(shí)，切斷交替的頻率不能太低，否則一方面會(huì)引起電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，另方面每次接通電源相當(dāng)于一次異步電動(dòng)機(jī)的重新合閘的過程，電源關(guān)斷時(shí)，電機(jī)氣隙中的磁場(chǎng)將由轉(zhuǎn)子中的瞬態(tài)電流來維持，并隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，氣隙磁場(chǎng)在定子繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)頻率將有所變化，當(dāng)斷流間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，這樣的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和重新接通時(shí)的電源電壓在相位上可能會(huì)有相當(dāng)大的差別，這樣就會(huì)出現(xiàn)大的沖擊電流、甚至?xí)p壞晶閘管。但如通斷頻率較高，每次通斷時(shí)間隔的交流周波數(shù)較少，則采用的這種整周波控制方法又不能無級(jí)調(diào)速。所以多采用相位控制，電路應(yīng)滿足以下要求：a： 為使三相電流形成通路，要求當(dāng)一相中有正向晶閘管導(dǎo)通時(shí)，在它的

43、相鄰相必須有反向晶閘管導(dǎo)通；b： 為保證電路的起動(dòng)工作和在小導(dǎo)通角情況下的正常運(yùn)行，晶閘管應(yīng)采用雙脈沖或?qū)捗}沖觸發(fā)；c： 為保證輸出電壓對(duì)稱并有相應(yīng)的控制范同要求觸發(fā)信號(hào)必須與交流電源有一致的相序和相位差。在圖 4-2a所示電路中，要求T1、T3、T5(或T2、T4、T6)管的觸發(fā)信號(hào)相位差為，T1與T4、T2和T5、T3與T6的觸發(fā)信號(hào)相位差均為180°，因此，晶閘管的觸發(fā)順序?yàn)門1、T2、T3、T4、T5、T6相位差為。 圖31 三相交流調(diào)壓電路及其輸出波形（a）三相調(diào)壓電路 （b） (c) (d) 當(dāng)控制角后例如，分析管子導(dǎo)通狀況可知，在任何時(shí)刻只可能有兩個(gè)晶閘管管同時(shí)導(dǎo)通，其

44、輸出相電壓的波形如圖4-2d所示。由圖可見此時(shí)晶閘管在區(qū)間，因電壓過零點(diǎn)兩次出現(xiàn)二次導(dǎo)通現(xiàn)象，故而晶閘管的觸發(fā)脈沖應(yīng)是間隔的雙脈沖或大干的寬脈沖。從波形的進(jìn)一步分析可知，當(dāng)時(shí)的交變輸出電壓為零。因此，三相交流調(diào)壓電路控制角由0變化到150時(shí)。輸出的交流電壓可連續(xù)地由最大調(diào)節(jié)至零。三相交流調(diào)壓電路帶電阻和電感混合負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)角時(shí)，分析工作很復(fù)雜，輸出電壓與電流存在相位差，在線電壓過零瞬間晶間管的導(dǎo)電并不停止，負(fù)載中仍有電流流過。此時(shí)晶問管的導(dǎo)通角不僅與控制角 有關(guān)，而且還與負(fù)載功率因數(shù)角有關(guān)。如果負(fù)載是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，則功牢因數(shù)角還要隨電機(jī)運(yùn)行情況的變化而變化。這更使波形分析復(fù)雜化。3.2 微機(jī)

45、控制的晶閘管觸發(fā)在直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)中所用的晶閘管驗(yàn)流電路及有源逆變器都要進(jìn)行控制角的控制，以改變大小。3.2.1同步電路 在晶閘管整流裝置和晶閘管有源逆變器的觸發(fā)電路中，為了使每一周波重復(fù)地在相同的相位上觸發(fā)晶閘管，所發(fā)信號(hào)必須與電源電壓同步，即觸發(fā)信號(hào)與電源電壓保持固定的相位關(guān)系。在用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字式觸發(fā)控制時(shí)，計(jì)算機(jī)向晶閘管發(fā)出觸發(fā)信號(hào)的時(shí)刻也應(yīng)與陽極電壓同步。常用的同步電路有兩種；單相同步電路和多相同步電路。 1. 單相同步電路 所謂單相同步電路是指在三相整流電路或有源逆變電路中利用某一相電源作為同步信號(hào)。先找到該相晶閘管導(dǎo)電自然換相點(diǎn)的位置，從這點(diǎn)開始每隔產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，從

46、而得到三相整流電路的各個(gè)自然換相點(diǎn)。從各自然換相點(diǎn)算起，根據(jù)計(jì)算出的值對(duì)晶閘管進(jìn)行移相觸發(fā)控制。 單相同步變壓器原邊是電源相，副邊電壓經(jīng)RC電路移相后加到晶體三極管的基極上，每隔在點(diǎn)獲得一個(gè)同步脈沖電壓。由于交流同步信號(hào)向后移相。電壓恰好是晶閘管VT1的自然換相點(diǎn)，被接到CTCl的CLKTRG1輸入端，作為CTCl的外觸發(fā)信號(hào)。CTCl工作于計(jì)時(shí)工作方式，定時(shí)3.3ms(即)，利用CTCl的5次回零脈沖經(jīng)ZC/T01送出與相加，便得到六個(gè)自然換相點(diǎn)。為了消除單相同步電路觸發(fā)脈沖的不對(duì)稱，可以采用帶鎖相環(huán)的單相同步電路。交流相同步信號(hào)接至鎖相環(huán)的相位給定輸入端上。壓控振蕩器輸出信號(hào)的頻率是交流電

47、源頻率的6倍，經(jīng)六分頻后接至相位反饋輸入端，這樣鎖相環(huán)輸出信號(hào)的頻率就被“鎖定”為交流電源頻率的六倍。將這鎖相環(huán)的輸出脈沖作為六相同步脈沖，這樣同步脈沖的對(duì)稱度將不再受電源頻率波動(dòng)影響。 2. 三相同步電路三相同步電路是利用三相交流同步信號(hào)，以使各相觸發(fā)脈沖均與晶閘管陽極電壓保持嚴(yán)格的相位關(guān)系。它可用于三相零式整流電路三相橋式整流電路和三相橋式有源逆變器。同步變壓器的原邊接三相交流電源，副邊電壓經(jīng)RC移相后使同步信號(hào)的過零點(diǎn)正好都落在六個(gè)自然換相點(diǎn)上。由三個(gè)電壓比較器把正弦信號(hào)變換成電源同頻率的方波。方波信號(hào)的上下跳變?cè)诹鶄€(gè)自然換相點(diǎn)上。 本設(shè)計(jì)中的同步電路設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中用線電壓，作為同步信號(hào)

48、。將電壓信號(hào)變成同頻率的方波信號(hào)，輸入單片機(jī)的高速輸入HSI（High Speed In）HIS.0。高速輸入器HIS用于記錄某一外部時(shí)間發(fā)生的時(shí)間，時(shí)間基準(zhǔn)由定時(shí)器1提供。共可記錄8個(gè)事件。有4根輸入線，本設(shè)計(jì)采用用HSO.0口。HIS可以靠事件形式寄存器來選擇每一引腳可以檢測(cè)到的外部事件形式。高速輸入口捕捉每一次方波的正跳變，則每個(gè)周期有一次跳變，通過高速輸出的時(shí)間寄存器可以讀出每次跳變得時(shí)刻，這樣就可以算出信號(hào)的頻率。同步信號(hào)到達(dá)時(shí)，通過設(shè)定一個(gè)軟件定時(shí)器，用于六路脈沖的觸發(fā)時(shí)間間隔控制。由前面的高速輸入HIS鎖定信號(hào)頻率。根據(jù)計(jì)算的頻率計(jì)算六路脈沖觸發(fā)的時(shí)間間隔，根據(jù)同步信號(hào)設(shè)定高速輸

49、出口HSO的命令字，促使高速輸出安一定的順序發(fā)出脈沖，軟件部分給出部分設(shè)計(jì)子程序。4 軟起動(dòng)控制器的軟件設(shè)計(jì)4.1 軟起動(dòng)控制器主程序設(shè)計(jì)控制器的主程序流程圖如圖41所示：主程序主要由初始化、系統(tǒng)診斷、設(shè)定最大觸發(fā)角、讀取給定的電流值，設(shè)置軟件定時(shí)器，在軟件定時(shí)中斷程序中，完成采樣和PID計(jì)算及其完成觸發(fā)脈沖。系統(tǒng)的故障診斷為了檢測(cè)單片機(jī)工作是否正常，在系統(tǒng)投入工作之前可以設(shè)置檢測(cè)CPU、內(nèi)存、接口等功能是否正常工作的檢測(cè)程序。對(duì)CPU的診斷方法，對(duì)兩個(gè)常數(shù)A、B進(jìn)行試算，使它們滿足的關(guān)系。如試算正確，則表示CPU工作正常，可以采樣及數(shù)據(jù)處理了。如不正確，則表明CPU有故障，程序轉(zhuǎn)故障處理。若

50、CPU工作正常，則可進(jìn)一步檢測(cè)內(nèi)存。對(duì)內(nèi)存的診斷分為對(duì)EPROM程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行診斷。對(duì)EPROM程序存儲(chǔ)器的檢查可采用調(diào)用源程序中某一程序段，連續(xù)調(diào)用三次的辦法，若計(jì)算結(jié)果均相同，表明EPROM工作正常。對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM的檢查則采用以55H和A4H作為測(cè)試數(shù)據(jù)，采用這種方法可檢測(cè)出每個(gè)存儲(chǔ)單元是否能存儲(chǔ)“0”或“1”以及能否正確地讀出“0”或“1”，且可以確定對(duì)某一存儲(chǔ)單元讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，是否會(huì)對(duì)其它單元有影響，實(shí)踐表明這種檢測(cè)效果較為有效，可以發(fā)現(xiàn)芯片的問題。對(duì)單片機(jī)輸入輸出口功能的檢測(cè)，可采用全“0”及全“1”的代碼對(duì)各口進(jìn)行讀寫操作，檢測(cè)結(jié)果是否正確。圖41主程序流程圖4.2 軟件定時(shí)器中斷程序設(shè)計(jì)42 軟件定時(shí)器中斷程序流程圖5結(jié)論在完成硬件和軟件設(shè)計(jì)后，對(duì)儀器進(jìn)行了整體實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)