電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器工作原理及其在探礦工程中的應(yīng)用分析

前 言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的日趨成熟，近年來一種以計(jì)算機(jī)為核心，采用雙向可控硅為主控回路的智能化新型控制器 “ 電動(dòng)機(jī) 軟啟動(dòng)器 ” 已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn) 領(lǐng)域 中嶄露頭角 ，它以控制方式靈活簡便，對(duì) 供電 系統(tǒng)和電氣設(shè)備 沖擊小且控制元件不易 損壞以及維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)正逐步取代傳統(tǒng)的控制裝置。 這項(xiàng)新技術(shù)的誕生使電動(dòng)機(jī)的啟停技術(shù)發(fā)生了劃時(shí)代的變化。

在眾多生產(chǎn)領(lǐng)域中，由于三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維修簡便、價(jià)格適宜等特點(diǎn)，在電力拖動(dòng)機(jī)械中有 90% 以上是由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。按常規(guī)慣例，對(duì)較大容量的三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，一般均采用星—角啟動(dòng)、電抗器啟動(dòng)或者是自耦減壓啟動(dòng)。這幾種啟動(dòng)方式由于技術(shù)比較成熟，所以目前在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中仍然在大范圍的應(yīng)用。但是不管采用什么方式啟動(dòng)，由于三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流瞬時(shí)會(huì)形成一個(gè)很高的沖擊電流，（直接啟動(dòng)電流值是電動(dòng)機(jī)額定電流的 4 ～ 8 倍） 這給供電設(shè)備或電網(wǎng)中的電源電壓在一定范圍內(nèi)形成短暫的降壓現(xiàn)象，而且電動(dòng)機(jī)的容量愈大，造成這種現(xiàn)象也就愈嚴(yán)重。同時(shí)由于是硬性啟動(dòng)也會(huì)給供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備造成一定的傷害。中大功率的三相異步電動(dòng)機(jī) 啟動(dòng)問題由來已久，電氣技術(shù)人員一直在試圖找出一種能夠徹底解決問題的辦法。

三相異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置又稱無觸點(diǎn)恒流啟動(dòng)，它在電動(dòng)機(jī)與輸入電源之間串接一組大功率的雙向可控硅，由控制電路采用電子智能化控制改變可控硅的導(dǎo)通角，使電動(dòng)機(jī)電壓平穩(wěn)增加，并將電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流控制在電動(dòng)機(jī)額定電流值的 1 ～ 2.5 倍之間，并連續(xù)可調(diào)，這樣就會(huì)減輕沖擊電流對(duì)電動(dòng)機(jī)及供電設(shè)備或者電網(wǎng)的損害，改善了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

同時(shí)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)或運(yùn)行過程中的各項(xiàng)參數(shù)實(shí)施信息搜索、檢測，及時(shí)調(diào)整可控硅的觸發(fā)脈沖，能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)的過載、過流、缺相等故障及時(shí)反饋到處理器中進(jìn)行辨別和處理，有效地保護(hù)了電動(dòng)機(jī)和電氣設(shè)備。三相異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的科技含量高，保護(hù)功能比較完善，并且啟動(dòng)能力強(qiáng)，對(duì) 5.5 ～ 500KW 的三相異步電動(dòng)機(jī)均可啟動(dòng)。它的應(yīng)用領(lǐng)域可以涵蓋工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)設(shè)備，是傳統(tǒng)啟動(dòng)方式理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。目前國內(nèi)已有十幾家在生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器，工作原理大體相似，筆者根據(jù)多年在探礦工程應(yīng)用情況并結(jié)合 CMC系列電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置進(jìn)行了一番探討。

2 電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器的工作原理

CMC系列電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器主要有大功率雙向可控硅、交流接觸器以及電子控制部分組成?？刂撇糠值暮诵氖且粔K CPU 電腦芯片【 80C 196KC 】（電氣原理見圖 1 ），將三對(duì)可控硅橋串接在電動(dòng)機(jī)的三相供電線路上，利用可控硅的電子開關(guān)特性，通過控制其觸發(fā)導(dǎo)通角的大小來改變可控硅的開通程度，由此來改變電動(dòng)機(jī)輸入電壓和輸入電流的大小，已達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性。

由鍵盤輸入或外部控制按鈕將指示信號(hào)輸入到軟啟動(dòng)器的電腦芯片中，芯片根據(jù)預(yù)置的程序啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。啟動(dòng)模式有兩種，斜坡電壓啟動(dòng)和限流啟動(dòng)，如圖 2 是斜坡電壓啟動(dòng)的理論圖形。

限流軟啟動(dòng)控制模式：如圖 3 所示，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，其輸出電壓從零迅速增加，直至輸出電流達(dá)到設(shè)定的電流限幅值Ｉ m ，然后保證輸出電流在不大于該值的情況下，電壓逐漸升高，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，完成啟動(dòng)過程。

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)結(jié)束后，交流接觸器的吸合為了避免能量損耗，在旁路掉可控硅元件后，控制系統(tǒng)仍然工作，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中，如出現(xiàn)過載、過流、缺相等故障時(shí)，電腦芯片會(huì)及時(shí)發(fā)出指令，切斷主電源。