襄阳源创电气小王告诉我们： 众所周知，当今异步电动机广泛应用于各类电力拖动系统中，耗用电能约占全国耗电总量的５０％以上，当其全压运行时，启动动电流约为额定电流的６—７倍，并在很短时间内电动机转速由零突然升至额定转速ｎＮ，此瞬间的扭矩冲击和瞬间的启动大电流，不但会降低传动机构使用寿命，同时也使电网电压下降。实际上多数电动机处在轻载或变负载运行，其效率和ｃｏｓ？较低，造成很大的电能浪费。此前已有很多从优化电机设计工艺、合理选型、技术改造等途径节能，而研究异步电动机启动降耗及节能经济运行仍有重要的实际意义。为克服应用中的实际问题，我们提出软启动节能控制器的方案。这是一种新思路，它能同时实现软启动和运行中的功率因数的提高，能较好地实现异步电动机的节能降耗。

 

    二、软启动方案的比较：

 

    电机软启动控制技术，就是通过某种手段将阶跃电压给定信号转变为按用户设定的“斜坡”信号，使控制量（如转速和启动电流）按某一种最佳规律变化，直至端电压达到其全电压（即额定电压），启动过程结束，转速也达到ｎＮ，并且能灵活调整启动时间。这种启动方式可减少全压启动电流对电网　的冲击；同时消除传动系统的扭矩冲击，达到软启动的目的。此控制技术实质上就是电机启动过程　电流的软化。目前可以实现软启动的　方案有：离心联结法、降压启动法、变频调速系统中　的软启动法等。下面就这三种软启动技术的优缺点简述如下：

 

    （１）离心联结法　离心联结法包括液力耦合器、电磁转差离合器等启动方式。液力耦合器是利用液体在电机与负载间传递功率的柔性联轴器和离合器；电磁转差离合器主要由电枢和磁极两旋转部分传递功率。

 

    （２）变频调速系统中的电动机软启动法鼠笼式异步电动机变频调速系统中，磁通恒定控制法应用极广，即保持Ｕｌ／ｆｌ＝常数。系统不仅可以调速，而且可平滑启动电机，完成软启动。

 

    （３）降压启动法降压启动法包括降压启动法和功率元件软启动法。常规降压启动法有：定子串起动电抗，ｙ／Ａ启动，自耦变压器降压启动等；功率元件软启动控制器（又称固态启动器、电力电子软启动器）是一种新型的无触点软启动器。以电力电子器件为核心，通过ＰＷＭ触发脉冲改变功率元件的通断比０实现降压，使输出（即定子电压）平滑上升，实现软启动。以上列举了电动机软启动的方法，各有其优缺点：（１）法仅分为两个或多个步骤启动，启动电流跳跃冲击仍存在；对于有调速要求的拖动系统，采用（２）法，电动机可同时实现的软启动；若无调速要求，固态软启动器完全可替代常规软启动器，消除了机械磨损，并可抑制谐波电流。此法可适用于各种机电一体化设备；但其不足之处是：启动转矩较小，且启动不够稳定，电机端电压近似“直线”上升，不是真正的直线。

 

    三、功率因数节能原理

 

    当电动机处于空载或轻载运行时，适当降低其端电压可提高功率因数，减小运行电流，达到节能之目的，并能根据电动机的负载变化适当调整ｃＯＳ（ｐ值的大小，从而提高经济运行能力。这是因为：

 

    异步电动机的损耗用下式表示：ＺＸＰ＝Ｐｃｕｌ＋Ｐ　＋ＰｌＦｅ＋Ｐ　＋Ｐ

 

    当电动机轻载时，输出功率减少，同时转子铜损Ｐｃｕ２降低；但Ｐ　、Ｐｍ、Ｉ）ｓ基本不变。由于励磁电流未变，定子铜损降低不多，因此电动机的效率和功率因数大为降低，如果在轻载时适当降低电动机的输入电压，则电动机的铁损Ｐ差不多随电压平方而减少，励磁电流也因磁通的减少而下降，使Ｐ叫Ｊ减少，从而降低总耗ＺＸＰ，使效率和功率因数得到提高，这就是电动机轻载降压节能的基本原理。

 

    但是，轻载时电压的降低不能过分，有上式知，产生同样的轻载转矩，当电压（基本正比于磁通）过分降低后，转子电流必然回升，减少了ｌｌ、２的降低程度，甚至反而使它们增大，不能有效的提高电动机的效率和功率因数。此外，过分降低电压会使电动机带不动电机而堵转。

 

    电力电子器件的导通时间占空比ｌ３的大小是通过检测电机的电压和电流之间的位移角（近似为功率因数角）去实现的。当负载较大时，其负载电流滞后于电压的位移角（即功率因数角（ｐ）就小，也就是功率因数高；同理，当负载较小时其负载电流滞后于电压的位移角（即功率因数角）就大，即功率因数就低。通过检测功率因数角的变化就可得知电动机负载的大小，以的变化去控制的导通时间占空比ｌ３，使负载大时ｌ３大，电机定子电压高；反之，负载小时８小，电机定子电压低。异步电动机轻载时降压可以节能，但在不同负载下调压的控制占空比Ｉ３和电压、电流波形的功率因数角呈非线形变化，从而，简单的恒功率因数角只能实现小范围的稳定节能运行。

 

    四、主方案的选择

 

    由以上比较可知电力电子软启动器的性能比较良好，且能完成平滑启动的所有过程，因此最后方案为Ｕ电力电子软启动器。我们设计的主要思　想是软启动和节能的有机统一，两者都通过控制　ＩＧＩ汀关断／开通时间比来实现。

 

    （１）主电路选择　运用新型电力电子器件一ＩＧＩ汀作为主电路　中的功率元件，完成交流调压，调压方式采用　ＰＷＭ斩波控制。从电路元件的可靠性、经济性及控制的方便性考虑，图４—１主电路拓扑十分理想。仅使用一只功率管ＶＩＧＩ汀，控制电路实现也较容易。

 

    当单相交流电源加上后，正半周由ＤＴ１、ＶＩＧ　ＢＴ、ＤＴ３导通；负半周由ＤＴ２、ＶＩＧＢＴ、ＤＴ４导通，且能完成自动换向。电力电子器件ＶＩＧＢＴ选用　ＣＭ７５ＤＹ－－２４Ｅ型。电容器Ｃ起续流作用，容值可　根据负载大小选取。ＤＴ１—４由整流桥组件２×　ＫＢＰＣ１０１２Ｗ实现。Ｒｌ、ＦＲ、Ｌｌ实现ＩＧ】３Ｔ的　开通缓冲；Ｒ２、ＦＲ、Ｃｌ实现ＩＧＢＴ的关断缓冲。ＰＷＭ驱动信号施加在ＶＩＧＢＴ的Ｇ１（栅极）端上。

 

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