磁控软启动方案介绍

磁控电机软启动方案：在电动机定子回路串入磁阀式可控电抗器实现电机的软启动，能保证电动机在负载要求的启动特性下平滑启动，有效地降低对电网系统的冲击。

1 引言

    电力系统的主要负荷之一是三相异步电动机。在工业生产中，所用电机的功率很大，直接启动时，启动电流通常会达到额定电流值的4-7倍，对电网造成较大的冲击，影响电动机本身启动及周围负载，因此，对其实施软启动具有很大的实际意义。

    高压电机软启动是指在高压（主要指6kV,10kV)电动机启动过程中,随着电动机反电动势的不断建立,电机端电压由某一值(一般为65%,视负载而不同)逐渐平滑、无级的上升至全压，转速由0上升到额定转速，最后依靠旁路甩掉降压器件。

    电机软启动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的，后者的调节是连续的。

    传统的软启动均是有级的，包括定子串电抗或串电阻启动、Y-△启动、自耦变压器启动、延边三角形启动等方法。这些方法都有同样的缺点：运行参数不易修改，效率低并且启动时间长，电机温度上升速度过快，会加速电机绝缘的老化。

    无级类软启动包括液阻软启动、晶闸管软启动和变频软启动。液阻软启动虽然造价低廉，不产生高次谐波，可串在绕线式电动机转子上实现重载软启动，但其液阻箱体积大、软启动的重复性较差，很难实现启动方式多样化、定期维护工作量大以及不适合置放在易结冰或颠簸的现场；晶闸管软启动虽然结构紧凑，功能齐全，但高压产品的造价太高，晶闸管引起的高次谐波较严重以及对于绕线式异步电动机无所作为；变频软启动的技术优势很明显，能在限流的同时保持较大的启动转矩，但是高昂的价格很大程度上限制了它在国内的应用。

    本文采用磁阀式软启动能实现软停止，兼具高压晶闸管软启动性能和高压液阻软启动价格优势，有可能成为国内乃至国外高压软启动市场的主流产品。

2 磁控软启动的工作原理

    在三相异步电动机定子回路中串入可控电抗器，在异步电动机的启动和停止过程中，将交流接触器断开，通过磁阀式可控电抗器装置对电机的启动电流进行控制；而在电机正常运行过程中，交流接触器吸合，把三相交流电直接加到定子绕组上。电抗器的限流作用的强弱变化是通过控制直流励磁电流、改变铁芯的饱和度实现的，所以叫做磁控式电机软启动。

    三相异步电动机直接启动时，三相交流电直接加在短路阻抗上。定子边串入可控电抗器启动时，可以理解为增大定子边电抗值，也可以理解为降低定子实际所加电压，其目的是减小启动电流。

    显然，定子串可控电抗器启动，能显著降低电动机的启动电流，比较适合空载和轻载启动以及泵类、风机负载的启动。 在启动时，电抗器以最大电感值接入，然后改变晶闸管的导通角，平滑连续地调节可控电抗器容量，同时电动机的反电动势逐步建立，使电动机根据负载特性的要求按照恒流或者爬坡曲线平稳启动，电磁转矩快速上升，缩短了电机启动时间。

3 可控电抗器简介

    磁阀式可控电抗器的铁芯磁路由大面积段和小面积段串联而成。在可控电抗器整个容量调节范围内，大面积段铁芯始终处于磁铁性的未饱和线性区，磁阻相对于小截面段可忽略；小面积段的磁饱和度可设计得接近极限值。此时，可控电抗器所产生的谐波很小，大约为晶闸管控制电抗器所产生谐波的一半。

    磁阀式可控电抗器的伏安特性近似为线性，所以能有效地消除其运行时可能产生的参数振荡现象。
    可控电抗器输出电流（容量）随导通角增加而增加，从空载到额定或从额定到空载容量的电流过渡过程时间约为0.3s。

    与目前市场上出现的磁饱和式软启动装置相比，虽然都是利用直流控制电流控制铁芯的饱和度来平滑连续调节电抗值，但前者利用电网电压本身经绕组自耦变压，由晶闸管元件整流获得电源，不需外加激磁，后者却需要单独的直流控制电源；前者将工作绕组和控制绕组有机地结合在一起，有利于减小损耗、简化结构，而后者的工作绕组和控制绕组却是分开的；前者铁芯截面有减小的一段，在电抗器的整个工作范围内，只有小截面段铁芯饱和，相当于一个“磁阀”，后者却无这一特点。由于磁阀式可控电抗器的特殊结构，使它具有较小的高次谐波，近似线性的伏安特性，较小的有功损耗以及较快的响应速度。

4 控制器设计

    可控电抗器的控制器采用双CPU结构，其中80C196KC的主要功能是采集电动机启动电流，根据启动电流大小调节晶闸管的导通角，发出触发脉冲，经整形放大后送至晶闸管的阴极和门极。89C55的主要功能是控制液晶显示、键盘操作以及各类报警。 采用双CPU结构后，能够对控制器硬件进行模块化设计，使安装和维护较为方便，可靠性增强。

4.1 硬件设计

    电流测量电路是将电动机启动电流有效值采集后送入单片机A/D转换口；电压同步电路将晶闸管两端电压的过零信号取出，送入单片机；晶闸管触发电路将单片机发出的触发信号整形为一定宽度的脉冲去触发晶闸管；人机界面由液晶显示和键盘输入组成，完成运行参数的显示和输入任务。

4.2 软件设计

    控制器的软件可分为两部分。控制曲线部分主要按给定参数和反馈信号决定晶闸管导通角的调整；晶闸管触发部分主要实现根据给定的角度发出触发信号。