三相异步电动机晶闸管软启动脉冲触发方式及反馈控制量的研究

杨 勇

（吉林电子信息职业技术学院机电工程学院，吉林 吉林132021）

0 引言

三相异步电动机直接启动时电流值可达额定电流值的4～7倍，如此大的启动电流会对电网造成严重的冲击，引起过大的电压降落，降低电网电能质量并影响其他设备的正常运行；过大的转矩冲击又将造成机械应力冲击，影响电动机本身及其拖动设备的使用寿命。三相异步电动机软启动可以有效的控制电动机的启动电流，提高电网的供电质量，同时可以保护传动机构和电动机。交流调压电路因结构简单、运行可靠被广泛应用于电动机软启动设备中。晶闸管调压电路的脉冲触发方式的选择以及闭环控制反馈量的选择对晶闸管软起动来说具有非常重要的意义。对交流调压电路晶闸管触发脉冲进行控制以及闭环控制反馈量的选择是软启动的核心。通过研究晶闸管的触发脉冲方式对三相异步电动机在软启动过程中的影响，并对三相异步电动机软起动控制系统的反馈控制量进行选取，总结电动机在启动过程中的基本表现，最终判断并总结触发脉冲控制方式的正确性和优劣性。下面将分别予以详细的分析。

1 晶闸管触发角的移相范围

晶闸管软起动系统进行有效工作的前提是能够正确地对晶闸管进行触发，由前面分析可以知道，晶闸管的触发角有一定的约束条件，因此，确定晶闸管触发角的移相范围是十分必要的。对于软起动装置来说，三相异步电动机相当于感性负载，而当交流调压电路带感性负载且触发角α＜φ时，电流导通的时间将始终保持在1800，相控不起任何调压作用，甚至在晶闸管触发脉冲不够宽的情况下，还会出现只有一个方向的晶闸管在工作，负载上出现直流分量，危害晶闸管的安全，因此触发角移相范围为φ≤α＜180°。从电力电子学中的分析可知，在带电感性负载时这种交流调压电路控制角的最大移相范围为：0°≤α＜150°；综合以上分析可知，在电压同步的情况下，触发角的范围为：0°≤α＜150°。

2 三路触发和六路触发方案

三路触发方案即三组反并联的晶闸管中，每路反并联的一对晶闸管使用同一路脉冲触发信号，电路实现简单，但其在对正向(负向)晶闸管触发时容易对负向(正向)晶闸管误触发，这对晶闸管触发脉冲的触发范围有了更多的要求，因此会无形中减小触发角的控制范围。六路触发方案是三组反并联的晶闸管的每个晶闸管独自使用一路触发脉冲，这样从触发逻辑上来说更加清晰，并可以杜绝误触发，使晶闸管导通角的控制范围不受误触发的影响。从实用的角度考虑，三路和六路触发方案都能使电路正常工作，本课题从成本节约的角度考虑，采用三路触发脉冲的方案。

3 触发脉冲形式

触发脉冲的形式主要有以下几种，电压同步双窄脉冲触发、电压同步宽脉冲触发、电流同步双脉冲触发等。双窄脉冲触发是用间隔为60°的两个窄脉冲来触发晶闸管的形式，两个窄脉冲的宽度由晶闸管触发角和电流续流角等来决定。宽脉冲触发是用宽度为60°的单脉冲触发晶闸管的触发方式。电压同步双窄脉冲触发是以电压过零点为零相位点，即以电压过零点为同步的基准，采用双窄脉冲的触发方式，该方式由于仅以电源电压过零点为同步信号，很难保证在负载功率因数改变时，使触发角大于负载功率因数，而当触发角小于负载功率因数角时，第一个脉冲不能起动触发作用，而通过一段时间第二个脉冲触发了晶闸管，这就造成了误触发。电压同步单脉冲触发方式避免了上一种方法误触发的缺点，由于其触发脉冲宽度很大，造成触发角可调范围变小，这不利于晶闸管触发角的调节，会影响控制的精度。电流双脉触发，可以保证电压电流平稳的变化，但在起动以前，必须用电压同步来触发，待电流建立以后才能切换到电流同步，并且由于电流易受干扰，该方式存在稳定性问题。综合以上分析，电压同步的双脉冲触发，具有优良的触发效果，为克服误触发的缺点，可以采用电流相位，即采用电压与电流的相位差来作为功率因数角的估计值，并用此相角来约束晶闸管触发角。因此从实现的简易性及触发的稳定性方面来考虑，本文选择采用电流相位的三路电压双脉冲触发方案。

4 反馈控制量的研究

对于三相异步电动机软起动控制系统的反馈控制量的选取，我们需进行以下考虑：

（1）软起动闭环控制必须以反馈变量的检测难易程度和可重复性为前提，转速传感器不易安装和维护，电机转矩不能直接测量，这些都是构建相应的闭环要面对的实际问题。相反，用电压互感器测量电压、用电流互感器测量电流则是成熟的技术，相对于转速、电机转矩等来说其可靠性、实用性则相对较高，因此采用电压或电流为电动机软起动闭环控制的的反馈量是比较合理的。

（2）起动精确模型构建的难易程度。好的电压基准轨线可以拟合为包括低斜率线性上升斜线、高斜率线性上升斜线和水平线在内的几段折线，但由于以电压为反馈量的三相异步电动机软起动控制的数学模型不够精确，可能出现电动机电流太大或太小以及中途偏离预期轨线的情况。与此相反，好的电流基准轨线却是比较易于把握的，使反馈控制更为直接，因此将电流作为三相异步电动机软起动的反馈控制量是合理的。

（3）直接起动的过流问题，起动失败的问题，采用电流闭环时，都可以将其避免。在采用电压闭环的时候，则是难以准确对起动电流进行控制的。

综合考虑以上因素，相对其它闭环反馈量来说，采用电流为闭环控制量的效果更好，并且采用电流为反馈量同样可以实现包括斜坡电压起动、转矩突跳起动等起动方式的效果，因此选择电流作为闭环控制量具有很强的实用价值。

5 结束语

触发脉冲的形式主要有电压同步双窄脉冲触发、电压同步宽脉冲触发、电流同步双脉冲触发等，从实现的简易性及触发的稳定性方面来考虑，本文建议选择采用电流相位的三路电压双脉冲触发方案。采用电流为闭环控制量因其基准轨线比较易于把握的，使反馈控制更为直接，因此建议将电流作为三相异步电动机软起动的反馈控制量更为合理。

［1］戚栋,王宁会．软启动移相触发电路的设计及其应用[J]．广州自动化,1995,16(48)：13-15．

［2］甘世红,褚建新,顾伟,等．高压异步电动机软起动器的简化等效数学模型和实验[J]．电工技术学报,2006,21(7)：89-93．