中压离散变频软起动器的设计

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∥＝ｊ—一
若要分频后相序为正，并且三相对称，则：
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口＝＋——，∥＝一——
由此可以推出：
１，＝３ｋ＋１（ｋ∈№
图ｌ单相４分频的电压波形示意图
（６）
三相离散变频比单相变频要复杂的多，要
考虑变频后新频率的相序和相位问题。 设三相供电电源分别为ａ相，ｂ相和ｃ相， 频率为５０Ｈｚ，角频率为（－Ｏｔｉｎｅ，分频后新电压
因为新频率是在工频的基础上进行分频， 可得如下关系式：
流的基波频率，并且是对交流电源分频而得， 属于交流电源的分数子频率，因此是离散的。 变频起动的过程，就是在这一系列的离散频率
之间进行切换的起动过程。图ｌ是对交流电源 进行４分频得到新频率的示意图。
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网后无谐波污染。 本文利用离散变频的方法，设计了一台中
ｗｏｒｄｓ：ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ，ｄｉｓｃｒｅｔｅ丘－ｅｑｕｅｎｃ弘
ｓｔａｒｔｅｒ
ＩＭ，ｓｏｆｔ
Ｏ
前言 交流电动机的起动一直是人们关注的一
－４５－
第一届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集
压软起动器，解决了重载不能起动的问题。在 第１节中，分析了离散变频的基本原理；第２ Ｕ－＝Ｕ・ｃｏｓ（ｃｏｒｏｔ）
！
高压衡
图６电压和同步信号检测电路
４．３电流检测
对电流信号的检测采用了霍尔型电流传
感器。但霍尔型传感器干扰较大，需要对其进 行滤波处理。图７为电流的检测电路。
图４系统整体结构图 ４．１主回路 系统主回路由三组反并联的晶闸管构成， 并在各相并联阻容吸收回路，防止过压过流对 晶闸管的冲击，如图５所示。 ４．２电压检测 电压互感器可将电压信号从原边无失真 的传到副边。本文设计的系统中利用三个电压 图７电流的调理电路与过零检测电路 ４．４温度检测 温度检测回路是为了防止工作温度过高 而设计。当温度高于设定值时，关闭系统，并
通的状态。Ａ相换向点又向后移３０度，为
ｔ。＋缈。这种情况，Ａ相的导通角被大大的延 长了，如图２．ｂ。 如果ｃ相触发大于ｔ，＋缈，则出现三相全
变，保证离散频率基波的正负半周交替变换，
这样才能使转矩振荡最小。 离散变频采用了查表的方法进行软件实
不导通的状态。Ａ相的导通时间将被分为两
段，如图２．ｃ。
现，对分频数为＇，的变频频率建立了一个长度 为２ｖ的向量，向量中的每一个元素都对应于 一个工频半波。对于应该去掉的半波在向量中 表示为．１；对于应该触发的半波则应在向量中
互感器将信号和主回路进行隔离，再对副边信
号进行滤波、放大和过零比较得到各相的电压 及同步信号，电路如图６所示。
打开风扇降温，如图８所示。
４．５
ＣＰＵ控制电路 ＣＰＵ采用Ｔｉ公司的ＤＳＰ２４０７Ａ，根据检
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测到的电压同步、续流角和电流信号，进行触
发决策。生成触发脉冲，并分配到各相的触发 电路。 ４．６触发电路 利用脉冲变压器为触发门极提供功率，同 时保证电气隔离。
．４７－
ｔ１
ｔ３
ｔ４
（ｂ）
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相位相差１８０度。 图３表示了计算一相触发角的流程图。
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图３算一相触发角的流程图
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控制器的硬件结构的设计
中压离散变频软起动器的设计必须考虑
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电气隔离，因此把电路分为高压侧和低压侧两
节对于在三相三线制情况下的离散变频进行
了详细的分析；第３节设计了变频软起动的控
ｕｂ＝Ｕ＊ｃｏｓ（‰ｔ－姜万）（２）
ｊ
制策略及软件实现流程：第４节详细分析了控 制器硬件的结构设计；第５节给出了实验结 果，通过实验结果可以很好地验证本文所设计
的软起动器的实用性和有效性。
１
９
ｕｃ＝ｕ幸ｃＯＳ（０３陆ｔ＋三万）
超前３０度，所以Ｉ。（－Ｉ。）将从ｔ，开始续流，
假设续流角为伊，则ＡＢ相将在ｔ，＋矽处关断， 如图２－ａ。 如果在Ａ相关断之前，Ｃ相被触发，则出 现三相导通的过渡状态。在三相导通状态下， Ａ相换向点后移３０度，电流的减小速率变缓；
提高，提高离散频率，同时减小晶闸管的触发
角，使所加电压有效值增大，保证起动转矩的 基本恒定。按离散变压变频控制能保证起动转
矩平稳变化，不会导致转矩的突升和突降，从 而避免了对电机的冲击，使电机运行平稳。
各离散频率的选择和切换也尤为重要，选
Ｂ相换向点前移３０度，Ｂ相电流迅速减小，
使Ｂ相关断。当Ｂ相关断后，成为ＣＡ两相导
择那些三相对称的离散频率可减小冲击，因 此，分频系数为４、７、１０、１３、１６、１９、２２、
２５等成为首选的频率。而在这些离散频率之 间进行切换时，应注意三相离散频率的相位不
Ｑｉａｎｇ，ｘｕ
Ｄｉａｎｇｕｏ
（Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ
１５０００１，Ｃｌｌｉ】脚
摘要：为了克服传统的降压软起动只能应用
在空载或轻载场合的弊端，本文采用离散变频 的控制方法，设计了一台中压感应电机软起动 控制器。以ＤＳＰ２４０７Ａ为核心的电机软起动控
ａｐｐｒｏｖｅｄ
小，起动转矩大等优点。 变频起动采用变频器当然效果最佳，但这 必然要在主回路中增加大量功率开关器件，成 本就会成倍的增加【３】。而离散变频软起动仍采
用传统的主回路结构，不增加额外的功率开
ｓｔｏｐ，ｆａｕｌｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｉｔ
ｉｓ
ｂｙ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ
ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎｅｄ
离散变频之后，产生的三相基波频率可表 示为：
离散变频的基本原理
离散变频的基本原理是通过对电网电压
ｆｕ蜊＝Ｕ。钾＊ＣＯＳ（ＣＯ。州ｔ）
｛ｕｂｎ。＝ｕ咖＊ｃｏｓ（ｃＯ北ｗｔ－口）
（３）
进行斩波，去掉一个或几个半波工频周期，达
到变频的目的【４＇５１。该频率是所获得电压、电
【ｕ洲＝ｕ咖＊ＣＯＳ（Ｃ．Ｏ。删邯）
记录此半波的导通角。例如，对应７分频建立 的向量为；【８０，－１，１００，－１，１００，－１，８０，８０，－１， １００，．１，１００，．１，８０］。因为导通角的大小与触发 电流大小直接相关，在不同的相位令晶闸管的 导通角不同，可以使变频后电流的包络线更接
综上所述，在三相三线制的供电系统中有 两相导通、三相导通、三相关断三种模态。不
个部分进行设计。高压侧包含主电路，检测电 路，控制电路和触发电路；低压侧为人机交互 面板，包括液晶，键盘和实时时钟。高压侧和
低压侧之间利用光纤通讯进行隔离，以确保操
图５主回路结构
作者的人身安全，如图４所示。
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ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌｓ，ｆｏｌｌｏｗ ｔｈｅ
ｌｏａｄ
ｄｉｇｉｔａｌ
ｌｏａｄ
方式，已经具有了变频的性质。电机的起动转 矩和供电交流电源的频率成反比，若能降低供
ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｍｏｏｔｈ ａｎｄ
ｓｔｅａｄｙ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ
突跳起动、限流起动、软停、故障检测等。经
通过控制晶闸管的触发角来改变电机的输入
电压，配合恰当的控制策略，可使电机在起动 电流很小的前提下平稳地起动１１１。 电机的起动转矩与电压的平方成正比，基
实验调试，该控制器能在高于额定负载的条件 下正常起动电机，从而解决了重载不能起动的
问题。
于调压方式的起动策略大大降低了感应电机 的起动转矩。因此软起动器只能应用于空载或 轻载起动的场合，对于重载或满载的情况软起
ｔｏｐｏｌｏｇｙ
ｉｓ ｓｆｌｍｅ鹤ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ
电率，自然能增加起动电磁转矩［２１。与电压
突跳相比，离散变频起动具有平均起动电流
ｓｏｆｔ－ｓｔａｒｔｅｒ，ＳＯ ｔｈｅ仃ａｄｉｔｉｏｎａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ
Ｃａｎ
ｂｅ
ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ，ｓｕｃｈ勰ｋｉｃｋ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔａｒｔ，ｃｕｒｒｅｎｔ ｌｉｍｉｔ，ｓｏｆｔ
第一届中国高校电力电子与电力传动学术年会论文集 ２
对于三相三线制情况的分析
在工业上，供电系统多采用三相三线制 （不含中线），对于电机三相三线制的星型接
法，不同于三相四线制，不能只简单考虑单相
的情况，因为单相无法导通，必须考虑两相或 三相导通的情况。
（ｃ）
三线制情况下，为了保证能够形成回路使
触发有效，每次应同时触发两相。例如，正相
ｓｏｌｖｅ
ｓｏｆｔ－ｓｔａｒｔｅｒ ｃａｎ ｓｔａｒｔ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ｗｉｔｈ ｌｏａｄｓ
ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ
Ｋｅｙ
ｒａｔｅ
ｖａｌｕｅ，ｗｈｉｃｈ
Ｃａｎ
ｔｈｅ
ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｅａｖｙ
ｌｏａｄ
ｓｔａｒｔ．
关，其成本与传统的软起动器相差不大【４Ｊ。而 且，离散变频采用对电网电压斩波变频，故始 终与电网同步，可在起动后直接并网运行，并
因此要得到正序的、对称的新频率，应该 对原频率进行３ｋ＋１分频，即Ｖ＝４、７、１０、…。
若分频后相序反向，则：
口：一２Ｚ，∥：＋２ｘ ．∥＝＋
口＝一
３“
３
（７）
的基波角频率为缈一，新三相电压分别为Ａ
相、Ｂ相和Ｃ相，分频系数为’，。则原频率和
新频率的关系为：