矿井通风高压异步电机软起动控制策略研究.doc

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1、I引言矿井通风机用以向井下输送新鲜空气、供人员的氧气需求，要稀释井下冇害气体和冲淡粉尘，保证人员安全及生产的连续性。然而并步电机直接起动电流可达额定值的5~7倍[I],具至有超过12倍的极端情况。那么通风机传动高压异步电动机的安全可靠起动与运行就显得至关重耍。常用的起动方式冇磁控降压起动、水电阻降压起动、门轴降压起动筹等°因以上几种起动方式不能够宽范围的调节电机端电压，在起动时若电网短路容暈较小极容易造成电动机起动失败。近些年由于电力电子元件的飞速发展.以晶闸管出联构成的交流反并联调压电路巴广泛的应用丁高压电机软起动当屮。该技术具有宽范围调压、调流、起动亜复精度高、山地空间小、价格低廉等特点，

2、越来越受到人们的关注。2晶闸管串联高压电机软起动的关键技术2.1主屯路拓扑结构、晶闸管的选取及均压措施2.1.1软起主电路拓扑结构,•••■・«»•••we•••・•■・••••■a)调压软起电路KM融发单元融发单元电流信号fla发电流源电压信号咼压电缆1•融发信号电压变迸控制系统—电疱变送.b）软起控制逻辑图1系统拓扑结构系统拓扑结构采用晶闸管出联的交流调压软起电路如图la）,还包含图lb）屮的电流电圧变送电路、电流电圧过零检测电路、触发恒流源、触发单元（含磁环）等。2.1.2晶闸管额定参数的选取(1)KI为电爪计算系数，取2.45.n为出联晶闸管的额个数K2为均压系数，取0.409,般电

3、机软起动时的电流倍数在4倍额定电流，时间…般不超过…分钟。连续起动次数冷态允许2次，热态允许1次。根据这些基本数据冇IMAX为实际流过的最大电流.n为品闸管并联个数.K为均流系数，可取0.8~0.9。晶闸管在旳关使用时需平均分配何只元件浙分担电压。因其特•性有差异，晶闸管的伏安特性、开通时间及恢复电荷等参数的分散性，在其串联应用时一定要采取均压措施。静态均压电阴的选择依据：动态均压元件选择依据:在胡闸管两端并联阳容吸收（R、C）电路,用以实现动态均爪。具体选择如个:△02（比・1）屁#）电阻可依据经验取10-50欧姆/150~250瓦。动态均压除配置吸收电路外还nJ采川强触发技术您2.2胡闸管

4、的强触发及隔离技术高压电缆吸收电路图2触发单元示意图左O/VF0200ms/Div图3实测触发脉冲高压环境中晶闸管的触发隔离技术卞要冇电磁隔离触发、间接光触发（光电触发）、光触发筹。光触发因成木较高极少川于工业产品而电磁隔离触发因体积大、制造难度大成木较高也不适用于普通工业产品。当前常用的触发隔离形式主耍为间接光触发。而触发供电电源取能冇低压、高压及电压源型耦合取能方式，考虑到系统安全町靠、触发脉冲前沿足够陡赠,系统设计了电流源耦［2］合取能触发形式。系统控制电流源的开通丁•关断控制通过磁环的感应电流的通断,在磁坏的二次侧感应出脉冲再经简单整流获得触发脉冲。本方案具有隔离可靠、脉冲对称度高、脉

5、冲前沿陡111肖等特点。具体实施方案如图2所示，触发脉冲实测波形如图3所示，脉冲前沿陡度大于I.5A/US符合强触发要求。2.3关于电机的转矩震荡因二柑界步电动机在起动过程屮功率因数角是持续变化的⑶，特别是在X电动机起动后期功率因数角的变化非常剧烈［4］,如不加以控制将引起电动机的转矩较人脉动，其至彫响通风机的安全稳定运行。为此増加了电动机定子电压补偿策略。晶闸管输出电压有效值为：71:(]sin2cotdot+sin2cotdcot)装置丁竹•:时n通过检测电机定了电流的仃效值是否接近额定电流來判断转速是否达到电机额定转速■同时.实时的调整品闸管的触发角度用以补偿定子电压。则电动机端电压有效

6、值可表示为：F(0a,A0,△&)=()经数次迭代可得融发角度的増量表达式为:a=g-l/2sin(20+2g)+1/2sin(2a+2M)-1/2(sin2<^-sin26z)实际触发角度等于Aa和a的和，本控制策略也在实际的测试中得到了卬证,详见图5的b）a2.4車载情况下的起动2.4.1首脉冲起动控制在电动机起动之初•向电机端施加70%-100%电机额定电压（可调整）,持续时间可在卜3s内调整使电动机克服扁静阻力负载转动起來后，再以电爪斜坡拧制方式拧制电动机起动.此种控制方式虽能起动重载设备，但会向电网输送较高的电尖峰,这对电网的安全稳定运行会产生一定影响。特别当电网短路容戢相对较小时

7、应慎重使用。2.4.2分级变频起动控制并步电动机如需成功拖动巫负荷起动，那么需耍增人电动机输出转矩⑸。然而.调压软起动木身就是以牺牲电动机转矩为代价的，异步电动机转矩表达式为：nipU；4/[±卩+JF+C®+心)‘]那么,如需增大电动机输出转矩,还可以下调定子电压频率來实现。晶闸管调压型软起动装遥可以适当配置算法即可实现此功能，图4给出品闸管调爪烈的软起动方式分级变频起动方式的仿贞波形。討叫“出