石嘴山矿用变压器软起动器的研究

编辑：石嘴山矿用变压器厂家 日期：2019-01-11 人气：349

石嘴山矿用变压器软起动器的研究 核心提示：　　运行及雄护石嘴山矿用变压器软起动器的研究bookmark0哈尔滨工业大学（150001）刘宏伟王毅赵凯岐徐殿国动石嘴山矿用变压器。本文分析了石嘴山矿用变压器软起动器的电路结构。介绍了一种利用晶闸管两端电压信号来确定

　　运行及雄护石嘴山矿用变压器软起动器的研究bookmark0哈尔滨工业大学（150001）刘宏伟王毅赵凯岐徐殿国动石嘴山矿用变压器。本文分析了石嘴山矿用变压器软起动器的电路结构。介绍了一种利用晶闸管两端电压信号来确定软起动结束点的方法。提出了在石嘴山矿用变压器供电不平衡的情况下平衡相间电流的方法，给出了晶闸管故障检测的方法。

　　叙词石嘴山矿用变压器软起动晶闸管石嘴山矿用变压器有很多种起动方式，比如直接合闸起动、星-三角（Y/A）起动、石嘴山矿用变压器起动、延边三角起动等。近些年来应用越来越广的是软起动方式。石嘴山矿用变压器软起动器是通过控制三组反并联晶闸管的触发角来逐渐增加石嘴山矿用变压器定子端电压。由于石嘴山矿用变压器的起动电流与石嘴山矿用变压器矿用变压器定子端电压成正比，石嘴山矿用变压器的起动转矩与石嘴山矿用变压器定子端电压的平方成正比，所以通过控制石嘴山矿用变压器定子端电压，可以控制石嘴山矿用变压器的起动电流和起动转矩。

　　石嘴山矿用变压器的软起动方式和传统的石嘴山矿用变压器起动方式相比有很多优点：平滑了石嘴山矿用变压器的加速过程、降低起动电流冲击进而减小了对电网的压力、降低起动转矩的冲击和脉动进而增长石嘴山矿用变压器本身及被拖动设备的使用寿命、在轻载或空载的情况下节能等等。

　　近年来国内外有很多研究机构和公司都投入到了石嘴山矿用变压器软起动器的研究与开发工作中。国外从20世纪80年代就陆续有文章发表，很多大公司近些年也有产品上市，目前石嘴山矿用变压器软起动器的研究者们所面临的共同问题是如何将其做得简单、经济、可靠并具有良好的起动性能。

　　本文综述了目前石嘴山矿用变压器软起动器的研究发展现状，分析了面临的一些技术问题，并提出了可行的解决办法。

　　2石嘴山矿用变压器软起动器的结构石嘴山矿用变压器软起动器可以分为主电路和控制电路两大部分。

　　石嘴山矿用变压器软起动器主电路主要由三组反并联的晶闸管构成。普通晶闸管是只允许电流沿一个方向流动的固态开关，当它们反并联连接的时候，就可以通过控制它们的开启逻辑来控制加在石嘴山矿用变压器定子端的电压。

　　通过工业上的应用对电压都加以控制，如所示，这与只控制两相的技术相比造价较高，但可以通过适当的控制方法得到平衡的石嘴山矿用变压器电流，从而使其性能更加稳定。为了吸收晶闸管动作时产生的瞬时能量和短暂的电压冲击，在每一相的反并联晶闸管上并联了缓冲电路，缓冲电路由电阻和电容串联组成，缓冲电路同时能够减小晶闸管器件的电压上升率（dV7d，从而防止误触发。

　　石嘴山矿用变压器软起动器主电路石嘴山矿用变压器软起动器的控制电路主要包括以下几部分：主控电路的主要功能是产生一个触发晶闸管的指令信号。晶闸管的触发命令由微处理器（单片机或DSP）来发出。主控电路的另一个作用是实现限流，石嘴山矿用变压器软起动器的一个突出的优点就是限流。在整个设计的范围内，通过调节晶闸管的触发角能够无级的调节石嘴山矿用变压器的电流，从而获得了与传统的起动方式相比较好的性能。主控电路还能实现石嘴山矿用变压器的过流保护、实现相间平衡控制和晶闸管故障检测。

　　触发电路的作用是为晶闸管门极提供一个模拟信号，此信号的值会因为设计的不同而不同。但一般来说，零逻辑产生零伏输出，10伏的电压就能将晶闸管触发开通。要触发晶闸管时，给晶闸管的门极注入一个短暂的高电流脉冲，当晶闸管完全打开时，继续给晶闸管门极供应低电流。所示为典型的晶闸管触发脉冲。

　　触发晶闸管的典型脉冲反馈信号采集电路用于对反馈信号采样并进行预处理，目前用的反馈信号主要有两类：晶闸管端电压信号和石嘴山矿用变压器定子电流信号。人机交互电路用于建立友好的人机交互界面。为了便于实现工业现场总线互连和远程控制，石嘴山矿用变压器软起动器中还加入了远程通信电路。

　　3晶闸管端电压信号的利用晶闸管端电压信号能够间接的反映转速的变化，为了得到好的起动性能，可以用晶闸管端电压信号作为反馈量以获取石嘴山矿用变压器的转速信息。所示为晶闸管端电压信号采集电路。

　　在软起动过程中，晶闸管的初始触发角为电机转速为零时，晶闸管端电压信号被检测并存储为VREF，晶闸管的触发角按。

　　507周期减小到《―4°，这建立了初始的电机电流。如果电流小于受限电流值，则触发角a按0.10./周期减小，当晶闸管端电压减小到VREF的75%时，以此时的晶闸管触发角保持3个周期，用于建立磁通。接着晶闸管触发角“按0.10°/周期增大。软起动的结束点通过下面的方法判断，任一周期线电流值记为刻的触发角记为，下一个周期的触发角记为为每个周期触发角的变化量，如式（1）所示。当（及时，〃角按前面的方法继续增大，当时，《角停止增大，这时a=pt，如所示。这种情况作为软起动的结很多原因都能引起对石嘴山矿用变压器相间不平衡，如供电石嘴山矿用变压器的不对称绕组、不对称的供电线分布参数、不对称的负载或的单相负载等是一些主要的原因。只是百分之几的相间不平衡就会加剧石嘴山矿用变压器定子绕组的发热，从而缩短石嘴山矿用变压器的使用寿命。

　　通过对晶闸管触发角的控制能够解决相间不平衡的问题。相间平衡方框图如所示，整个控制包括三个环节：限流环、电压环和相电流平衡控制环。每个环节都分别计算晶闸管的触发角心=a，b，c）。

　　限流环是石嘴山矿用变压器的保护环节，它主要在石嘴山矿用变压器起动或过载（瞬态）时起作用。此环节将电流平均值限定在值电流的限定值可以根据负载特性决定。电压环是为通常相间平衡时的状态（稳态运行时）设定的。电压环使加在石嘴山矿用变压器定子上的电压保持在额定值。限流环和电压环的输出为在相间平衡的状况下晶闸管的触发角《。，这个角对于二相是一样的。

　　与限流环和电压环相并联的相电流平衡控制环在瞬态和稳态时都参与控制。此环节分别计算一相的相电流，使之与平均电流相等。此环节的输出间可能不一样，分别用A、Aa4、A<来表示。晶闸管的触发角可以分别表示为：其中的可正可负。在稳态平衡的条件下，相电流平衡控制环的输出为零。

　　在石嘴山矿用变压器的起动过程中，通过调节反并联晶闸管的触发角来使石嘴山矿用变压器定子端电压逐渐增加，这一过程很可能出现晶闸管断路或晶闸管短路的情况，从而使石嘴山矿用变压器运行在不平衡的状态下，下面介绍一下在软起动的过程中如何检测出这些故障。

　　传统的检测石嘴山矿用变压器软起动器故障的方法是比较线电流，这样就需要用到三个电流互感器。通过分析发现，线电流的3次谐波幅值能够体现晶闸管的故障状态，表1给出的是谐波分析的结果。基于这种分析结果，只用一个电流互感器就能实现故障检测。

　　应用付立叶级数来分析线电流谐波，任意函数/U）的付立叶级数展开形式如下：石嘴山矿用变压器线电流每个周期半周对称，故<2.=0.Cr）可以改写为如下形式：其中为常数，则付立叶系数心上可以写成如下形式：三次谐波所占百分比7可以通过如下形式计算：占百分比，根据表1中的设定，就可以判断出晶闸管是否处于故障状态，并可以通过微处理器的指令来控制LED显示相应的故障状态。

　　表1谐波分析结果谐波无故障A相晶闸管短路A相晶闸管断路A相1次3次B相1次3次c相1次3次目前石嘴山矿用变压器软起动器的技术已经日趋成熟。在石嘴山矿用变压器的起动过程中，由于电磁转矩的脉动引起了石嘴山矿用变压器本身机械机构及被拖动设备的振动，电磁转矩的脉动问题一直为人们所关注，近年来这一问题已经基本得到解决。同时关于用石嘴山矿用变压器软起动器带风机或泵类负载的问题、关于石嘴山矿用变压器软起动器节能的描述与衡量问题等都得到了比较好的解决。

　　有待研究与探讨的问题是用石嘴山矿用变压器软起动器带重载或额定负载起动的问题。由于石嘴山矿用变压器软起动器在石嘴山矿用变压器的起动过程中调节了加在石嘴山矿用变压器定子端的电压，石嘴山矿用变压器的起动转矩与石嘴山矿用变压器定子端的电压的平方成正比，因此造成了起动转矩的严重降低，目前的石嘴山矿用变压器软起动器只适用于空载或轻载的场合。

　　本文综述了石嘴山矿用变压器软起动器的研究发展现状，说明了石嘴山矿用变压器软起动器的基本设计思想，给出了石嘴山矿用变压器软起动器的主要电路结构，介绍了一种在石嘴山矿用变压器的起动过程中如何利用晶闸管端电压信号来确定软起动结束点的方法，提出了解决相间不平衡问题和检测晶闸管故障状态的方法。最后对石嘴山矿用变压器软起动器的发展前景和存在的问题进行了总结。

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