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0、引言
    大功率帶式輸送機(jī)廣泛應(yīng)用在我國(guó)礦業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，但為了減小電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)電網(wǎng)的沖擊和其他設(shè)備的正常運(yùn)行，14 kW及以上電機(jī)都不允許直接啟動(dòng)。以前多采用串電阻啟動(dòng)或自耦變壓器降壓?jiǎn)��?dòng)及星形一三角形啟動(dòng)。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，礦業(yè)部門(mén)正在對(duì)老的設(shè)備進(jìn)行大量更新．變頻調(diào)速裝置已經(jīng)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代礦業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
1、交變頻基本觸發(fā)原理
    交一交變頻器使用的余弦交截法原理如圖1所示。其觸發(fā)方式為：在同步波與基準(zhǔn)波的下降沿交點(diǎn)處觸發(fā)正組晶閘管導(dǎo)通：在同步波與基準(zhǔn)波上升沿的交點(diǎn)處觸發(fā)反組晶閘管導(dǎo)通。晶閘管雖然為半控型器件，但是其應(yīng)用已經(jīng)非常成熟．而且能夠承受很大的電流，交一交變頻是采用在不同時(shí)間截取電源電壓波段來(lái)近似逼近基準(zhǔn)電壓波形，輸出頻率越低則一個(gè)周期截取的電源電壓波段就越多，也就越接近基準(zhǔn)波。所以，以晶閘管為控制器件的交一交變頻裝置非常適用于低速、大容量的拖動(dòng)場(chǎng)合，該系統(tǒng)實(shí)際試驗(yàn)的交一交變頻器采用晶閘管為控制器件。
2、交交變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)原理
    交交變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)的主電路一般有零式和橋式結(jié)構(gòu)。由于零式電路具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、所用晶閘管數(shù)量為橋式的1/2．故其成本較低。以往的交交變頻多采用截取三相交流電源的波段來(lái)逼近基準(zhǔn)波．由于只是逼近，故其效果自然不會(huì)和理論基準(zhǔn)波完全一樣：為了提高交一交變頻輸出對(duì)基準(zhǔn)波的逼近程度，本系統(tǒng)實(shí)際采用六相電源，即在變頻調(diào)壓軟啟動(dòng)器的輸入側(cè)加入三相變六相變壓器．這樣一來(lái)，在相同輸出頻率下截取的電源波段是三相輸入的2倍，大大改善系統(tǒng)的啟動(dòng)及運(yùn)行性能，系統(tǒng)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。
    (1)直接啟動(dòng)下電流的沖擊
    當(dāng)電機(jī)處在停車(chē)狀態(tài)時(shí)，類(lèi)似于一臺(tái)變壓器．和電源相接的定子繞組相當(dāng)于一次線圈，短接的轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于二次線圈：定、轉(zhuǎn)子之間通過(guò)磁通相互影響。啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子靜止，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以最大的切割速度（同步旋轉(zhuǎn)速度）切割轉(zhuǎn)子繞組，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生很大的感應(yīng)電勢(shì)，因此轉(zhuǎn)子導(dǎo)條會(huì)流過(guò)很大的沖擊電流，這個(gè)電流將產(chǎn)生抵消定子磁場(chǎng)的磁勢(shì)，定子為了維持與電源相適應(yīng)的磁通只能通過(guò)增加定子電流，因此，直接啟動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的定、轉(zhuǎn)子電流沖擊，甚至達(dá)到額定電流的5～7倍．這些將嚴(yán)重影響設(shè)備的壽命，并且對(duì)電網(wǎng)構(gòu)成很大的沖擊．嚴(yán)重地造成其他設(shè)備不能正常運(yùn)行或設(shè)備誤動(dòng)作．給整個(gè)系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患。
    (2)軟啟動(dòng)效果
    在礦用和軋鋼等需要重載啟動(dòng)的場(chǎng)合．變頻調(diào)壓?jiǎn)��?dòng)方式更是能兼顧啟動(dòng)電流沖擊小、啟動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)。可以通過(guò)改變電機(jī)供電電源頻率來(lái)減小啟動(dòng)時(shí)定子磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的速度，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的感應(yīng)電勢(shì)隨之減小，則電流也減小：這樣定子需要產(chǎn)生的來(lái)抵消轉(zhuǎn)子磁勢(shì)影響的電流就會(huì)減小，從而達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的。本系統(tǒng)在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)選用晶閘管額定電流為500 A,36個(gè)晶閘管，主拓?fù)淙鐖D2，控制器選用ST公司的STM32為主控制芯片，由于32位的運(yùn)算速度和大量的片上外設(shè)一片上有1個(gè)雙通道的12位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、5個(gè)USART/UART接口、3個(gè)SPI通訊接口，片上512 KB閃存的高性能系列STM32微控制器，新產(chǎn)品還新增1個(gè)PWM定時(shí)器，能夠提供2個(gè)帶死區(qū)控制功能、7路輸出的定時(shí)器提供最多21路的三重采樣保持模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這使得整個(gè)控制系統(tǒng)的外圍電路很簡(jiǎn)潔。
3、系統(tǒng)仿真原理及效果
    本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用六波頭交一交變頻模型，仿真時(shí)采用MATLAB/SIMUUNK模塊搭建系統(tǒng)模型．系統(tǒng)仿真原理如圖3所示，其中，觸發(fā)脈沖模塊采用S函數(shù)編寫(xiě)，由于S函數(shù)的靈活性和其仿真執(zhí)行與實(shí)際數(shù)字控制芯片的程序執(zhí)行的相似性使得在仿真階段的觸發(fā)程序能更容易地移植到實(shí)際數(shù)字控制系統(tǒng)中。
4、結(jié)語(yǔ)
    比較直接啟動(dòng)定子波形和交一交變頻軟啟動(dòng)下電機(jī)定子波形，在直接啟動(dòng)時(shí)電機(jī)的瞬間電流沖擊很大，最大沖擊電流為64 A．而采用變頻調(diào)壓軟啟動(dòng)器之后（實(shí)際啟動(dòng)為電網(wǎng)電壓和頻率的1/2），最大沖擊電流為32 A，較直接啟動(dòng)降低了一半：另外,32 A的最大沖擊電流和電機(jī)正常運(yùn)行下的29A電流非常接近，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程的沖擊是很小的，系統(tǒng)啟動(dòng)平穩(wěn)。在對(duì)系統(tǒng)原理進(jìn)行仿真時(shí)，采用S函數(shù)編寫(xiě)主要功能模塊，大大提高理論仿真和實(shí)際數(shù)字控制系統(tǒng)的相似性：該交一交變頻軟啟動(dòng)器具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值．并已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際帶式輸送機(jī)的啟動(dòng)當(dāng)中。