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1 引言

　　在交流異步電動機的啟動控制中,常用的啟動方式有全壓直接啟動和降壓啟動兩種.作為傳統的啟動方式,應用很廣泛,但在某些有特殊要求的場合,這些傳統的啟動方式也有著各種弊端.近年來,電力電子技術和電力電子器件都有了很大發展,從根本上解決了電動機控制中存在的一些難題,特別是智能開關技術在解決大、中容量的電動機啟動問題中有著卓越的功能,是替代傳統啟動方式的一項新技術.傳統的啟動方式弊端主要在于:啟動時高達5～7倍的額定電流容易造成電動機繞組因過熱引起高溫,從而加速絕緣老化;啟動時供電網絡電壓降過大,影響其他設備的正常運行;頻繁啟動時能量損失過大,浪費電能;啟動時對被帶動的設備造成極大的沖擊力,縮短設備使用壽命.因此,對電動機直接啟動存在著一定的限制條件:機械設備是否允許電動機直接啟動;直接啟動時,不允許電動機的容量大于10%～15%主變壓器的容量;啟動過程中電壓降ΔU不大于15%的額定電壓.

　　以往解決這些弊端的方法是采用一些傳統的啟動方式及設備,例如:頻敏變阻器啟動（只適用于繞線式電動機）、自耦變壓器降壓啟動、Y/Δ轉換方式啟動、延邊三角形啟動方式等.這些傳統的啟動方式普遍存在著起動設備復雜,部分啟動方式存在啟動電流大或啟動轉矩偏小的弊端,而且在電動機的運行保護方面,存在功能不完善或不靈敏的情況.

　　軟啟動技術作為一種先進的電動機控制技術,在這些方面與傳統的控制方式相比,具有以下優點:

　　（1）適用不同斜率電壓增量起動時,電動機得到預設定的初始轉矩,該轉矩可由用戶在轉子堵轉轉矩的0%～90%范圍內自行設定.在斜坡加速期間,輸出給電動機的電壓是無級遞增的,當軟啟動器的控制器檢測到電動機已達到額定轉速時,輸出電壓自動切換為全電壓.

　　（2）智能開關的保護系統不僅能提供過載保護,而且可提供各種操作故障狀態下的保護,諸如輸入、輸出缺相、電動機堵轉、可控硅短路及失壓、過壓、短路等保護[1],其中,內置的過載保護功能可省去熱繼電器,使配電柜內布線更加簡單.

　　（3）電動機的軟啟動能有效降低啟動機械應力,減少對傳動元件的機械沖擊,在液流系統中能有效消除喘振或液擊問題,提高設備利用率,提高生產率.

2 智能開關的基本工作原理

　　在電動機的啟動過程中,先由無觸點開關———反并聯的可控硅的導通來接通電源[2],然后再由有觸點開關K閉合,從而實現開關的無火花閉合.而在電動機的正常運行后,可控硅退出,由接觸器控制電動機的運行.當要停止電動機運行時,先使可控硅導通,然后接觸器斷開,再關斷可控硅,從而實現開關的無火花斷開.由于這種開關的可控硅只在電動機的起停過程中起作用,因此它不需要考慮散熱和通風等措施,沒有散熱器,具有體積小、重量輕的特點[3].而且交流電源的接通與關斷均是由可控硅的導通與關斷來控制,不會產生危害性操作過電壓,也不會產生電弧或電火花.

3 智能開關的硬件構成

　　3.1 系統的組成

　　系統由可控硅開關、三相交流電動機、同步檢測裝置、電流電壓檢測裝置、80KC196單片機[4]等組成.系統組成可參見圖2.系統由可控硅開關代替常規開關來斷開或閉合線路,并結合單片機進行智能控制.

　　3.2 控制電路

　　3.2.1 采樣電路

　　通過電壓電流互感器改變電路實際電壓電流大小,得到的電壓電流信號再由運算放大器OP07及可調電阻可調電容轉換成的直流電壓.獲得的直流電壓經A/D轉換接至單片機.

　　3.2.2 同步電路

　　采用一個線電壓作為觸發脈沖的同步信號,參見圖4.由變壓器采集的同步電壓,經比較器輸出寬度為180°的方波.以該方波上升沿作為同步中斷輸入單片機的管腳HSI.0以達到確定計時起點和定相的目的.