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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
动器有明显的节能效果的结论，从而使得这种控制器在轻载情况下大大被采用。
目前，国外对晶闸管三相交流调压电路的研究已从对控制电压控制电机电流的开环、闭环方式，发展到通过建立比较准确实用的数学模型，找到适于三相交流调压电路电机负载的控制方法，从而使三相交流调压电路电机负载性能更优。如将原变频调速中的矢量控制和磁场定向控制引入，创立软起动技术的转矩控制。
国内在软起动器方面也有研究。我国软起动技术起步于80年代初期，以后也推出了各种品牌的软起动器，但在技术上和可靠性上与国外同类产品尚有一定的差距。已推出JKR、NJR1、STR、JKB型软起动器和JQ、JQZ型固态节能软起动器等产品。JQ型用于轻负载起动，JQZ型用于重负载起动，最大控制功率达800KW，并已在上海、广东、新疆、湖南等省市一些工程中应用10年[6]。有一些大专院校对于软起动器技术也有一定研究，如浙江大学对此技术的节能控制策略的研究已进入实用化阶段。
近年来，随着技术的相互渗透发展，国内外软起动器产品在控制原理技术及主要回路设计上已经都日趋成熟了，差距也在不断拉近。今后，软起动器将着力于向以下几个方向发展[7]：
(1)采用集成移相调控晶闸管模块，将复杂的移相控制电路与晶闸管管芯集成为一体，组成一个完整的电力移相调控开环系统。用它组成软起动器，不但使体积大大缩小，而且增加了设备的可靠性和抗干扰能力。
(2)提高起动转矩的方法——离散频率控制法。现有大多数软起动器仅适用于起动转矩小于额定转矩50%的拖动系统。将离散频率控制法用于软起动过程中，不需要对软起动器硬件电路做什么改动，即可像变频器一样实现变频起动，使电动机低速起动时，起动电流小，起动转矩大，可以在满负荷的情况下实现软起动。
(3)软起动器将向中压电动机软起动方向发展。采用多个晶闸管串联成一个晶闸管串，再将两个晶闸管串反并联后串接于电源与被控电机之间，配上相应的分压电路，使每个晶闸管在动态和稳态过程中所承受的电压在其耐压水平之内，即可实现中压大型感应电动机的软起动。
(4)软起动器将向智能化方向发展。所谓智能化应包括“判断、推论、理解、识别、规划、学习”，即软起动器应对以往的起动过程进行判断和评价，根据评价结果自动修改起动曲线，实现自学习。为此，软起动器必须能对电网、电动机、负载作至少是离线的辨识，能通过经验的积累，辨识它们的数学模型，包括电网、电动机的基本参数。
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韩松岑：单片机软起动控制器的设计
1 软起动器的工作原理
1.1 异步电动机的数学模型
为了研究异步电机的起动和停机时的电压、电流、转矩等变量的关系，就要研究电机的数学模型，异步电动机的数学模型基本有两种:基于状态方程的数学模型和基于集中参数等效电路的数学模型。对于变频调速而言，多采用前者，对软起动而言，一般采用后者。基于等效电路的数学模型如下图1-1所示:
r1I1U1...x1?...r2Im..x2?-.E1?E2rmxm..I2.1?sr2s
图1-1 异步电动机的简化等效电路
Fig.1-1 The equivalent circuit of asynchronous motor
图2-1中各符号意义: U1为无穷大电网相电压有效值，磁电抗，r1、
..rm.、xm分别为励磁电流和励
.x1?.分别是定子的电阻和漏抗，r2、
.x2?.分别为电动机转子电阻和漏抗的折算
值，s为转差率。
由电机学知道，三相异步电动机机械特性方程表达式为:
Tem?Pem??13pU1.??r??2?f1??r1?2s????2r2s.22??.?????x??1?x2?????????? （1-1）
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刚起动时，转子转速为n2Tst?3pU1r22.?0，转差率s?1，此时的机械特性方程式为:
2..2??????2?f1??r1?r2???x1??x2??????????? （1-2）
.???r1?r2???因为?2.?j?x1??x2?????要比?r1?rm??j?x1??xm?小得多，因此起动时:
2..????Zk??r1?r2???x1??x2?????? (1-3)
I1?U1ZK (1-4)
且电机定转子漏抗在电机起动时，由于定转子电流比额定电流大的多，使得漏磁路中的铁磁部分发生饱和，引起漏磁磁阻变大，因而
x1?.和
x2?.变小，ZK则变得更小，电流更大。
由式(1-2)和(1-4)得，起动电流正比于定子端电压，起动转矩正比于定子端电压的平方。起动电压较低时，起动转矩较小，电流也较小，如果电压较高，则起动转矩较大，同时冲击电流也很大。
1.2 晶闸管的调压原理 1.2.1 晶闸管的工作条件
晶闸管的工作原理通常是用串级的双晶体管模型来解释的，晶闸管的工作条件： ①晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。 ②晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通，即晶闸管具有正向阻断能力。
③晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。
④晶闸管在导通情况下，当主回路电压电流小到接近于零时，晶闸管关断。晶闸管工作过程中，它的阳极A 和阴极K电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极
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G和阴极 K控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。
1.2.2 晶闸管调压方式
在交流供电电源和电机之间接入晶闸管，能通过改变晶闸管的导通角来达到改变电机定子输入端电压的目的。采用晶闸管电路调压有两种方式【8】：一种是相控调压，即利用加到晶闸管的门极脉冲相位的改变来调整输出电压；一种是斩波调压，即相当于把双向晶闸管当作静止接触器，改变接通的周期数和切断的周期数来改变输出电压的有效值。当斩波调压用在异步电机定子上时，通断交替的频率不能太低，否则一方面会引起电机转速的波动另一方面每次接通电机就相当于一次异步电机重新合闸过程。当电源切断时，电机气隙中的磁场将由转子中的瞬态电流来维持，且随着转子而旋转，气隙磁场在定子绕组中感应的电动势频率将有所变化，当断流时间间隔较长时，这个旋转磁场在定子中感应的电势和重新接通时的电源电压在相位上有可能会有较大的差别，这样就会引起较大的电流冲击，将会危及晶闸管的安全。而为了实现软起动的功能，达到加载在电机定子输入端的电压缓慢的上升的目的，就必然要求导通和切断的周期数较多，就使得晶闸管的工作频率较低，断流时间间隔较长；由于晶闸管不能自关断，如果采用斩波技术时，还需要附加斩波电路或用自关断器件来替代晶闸管，这样就带来装置的复杂性以及价格上升等问题，因此在异步电机调压控制中，晶闸管电路调压一般采用相控技术。
移相调压时，输出电压波形己不是完整地正弦波，但输出电压不含偶次谐波，而奇次谐波中则以三次谐波为主要成分。当然，采用相控技术产生的谐波，会在异步电机中引起附加损耗，产生转矩脉动等不良影响。此外，由于异步电机是感性负载，从电力电子学相关知识中可以知道，在晶闸管交流调压电路带感性负载时，只有当移相角?于感性负载的功率因数?时，才会起到调压作用。当???时，电流导通的时间将始终为180o,其情况与
??0时一样，相控不起任何作用，甚至在晶闸管触发脉冲不够宽的情况下，会出现只有一个方向的晶闸管在工作的情况，使负载上可能出现直流分量，危害到晶闸管的安全。所以的下限幅值取为额定运行时的?值，而?上 限幅值取为180o。
在晶闸管交流调压系统中，晶闸管可以采用负载电流波形过零而自关断的换流方式（阻性负载和感性负载均如此），不需要附加额外的换流电路，所以其主要优点是电路简单，调压装置体积小，价格低廉，使用和维修方便。
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