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文|探長
編輯|史家小探長
序言
近些年來，隨著經濟的發展，許多行業的生產規模越來越大，使用中、高壓異步電動機的數量也越來越多，單機容量越來越大，于是中大容量高壓水泵的起動問題越來越引發人們的注意。
據有關部門統計，我國每年生產的電能大概有60％轉化為機械能，而這其中耗能最多的就是異步電動機。異步馬達因其結構簡單、成本低廉、運行維護便捷和機械特點能滿足大多數機械的要求而成為工業、農業和交通運輸業等行業的重要設備。
傳統的高壓水泵直接起動缺陷
傳統的直接起動是用刀閘開關或接觸器把電動機的轉子定子直接接到額定電流的電網上。直接起動的優點是操作簡單和起動設備價錢低廉，但其同時具有極其顯著的缺點：
(1)電網沖擊：異步馬達直接起動時會有很大的起動電壓，通常為馬達額定電壓的4~7倍，在空載起動時，甚至會有8~10倍額定電壓的起動沖擊電壓。
該沖擊電壓會導致電網電流升高，影響其它用電設備的正常運行，還可能使欠壓保護動作，導致設備的有害合閘。同時過大的起動電壓會使馬達定子發熱，進而加速絕緣老化，影響馬達壽命。
(2)機械沖擊：起動過程中有特別大的起動沖擊電壓的同時，往往伴隨著很大的起動沖擊力矩，而該扭矩常常會引起馬達定子籠條、端環破裂和轉子端部絕緣銹蝕，致使擊穿燒機、轉軸扭曲、聯軸節、傳動蝸桿損傷和皮帶破裂等。
(3)對生產機械導致沖擊：起動過程中的壓力突變常常會導致水泵機械系統承受過大的壓力，這會使機械系統使用壽命減短，傳動精度減少，甚至影響正常的過程控制。
考慮降低契約容量的經濟性較差，為了解決以上問題，人們采用Y/?變換、自耦變壓器降糖起動、定子串內阻或檢波器起動、磁控降糖軟起動、水阻或液阻軟起動等起動方式，
但各類傳統的起動方式都有各自比較顯著而又無法克服的缺點，Y/?變換起動不能從根本上去除機械和電氣的瞬變現象，只能進行一些消弱，因而未能起到真正軟起的目的；
自耦變壓器起動器起動時會出現大壓降和高電壓峰值，存在二次大的電壓沖擊，裝置本身容積大且故障率高，須要大量的維護工作，且不宜頻繁起動；
轉子串內阻或檢波器起動具有同變換起動類似的問題，但是當應用在高壓異步馬達的軟起動時，設備容積過大，且耗損特別大；
磁控軟起動器沒有二次電壓沖擊，但因為其可變檢波值較小，仍存在一次電壓沖擊，且容積較大，反應速率較慢；水阻或液阻軟起動裝置易受環境影響，受控性比較差。
隨著各類新型電子電子元件的出現和電力電子技術的發展，出現了以電力電子器為主要開關元件的異步馬達軟起動方式，如變頻軟起動、晶閘管軟起動以及由二極管軟起動延展下來的開關變壓器式軟起動等，這種方式對上述各類傳統起動方式出現的問題都有了挺好的解決。
高壓異步馬達的新型電子式軟起動器
隨著電力電子元件如二極管又叫做可控硅檢波器(，SCR)、可關斷二極管(-，GTO)、電力晶體管(，GTR)、絕緣柵雙極晶體管(-r，IGBT)等的迅速發展，以及電力電子技術和控制理論的迅速發展，出現了以下的新型的電力電子式的高壓異步馬達軟起動方法：
1．變頻軟起動：變頻裝置一般用于調速裝置，亦可以實現馬達軟起動的功能。變頻器是通過改變馬達端電流的頻度來改變馬達電壓的大小，調節馬達端電流的頻度，也會使馬達怠速急劇改變，進而實現對馬達的無級調速。
采用高壓變頻器起動高壓水泵雖非良好的靜、動態起動性能，但高壓變頻器價錢非常高昂，另外因為我國高壓變頻技術還處于發展階段，其可靠性還有待提升，
且主要應用于負載怠速須要變化的場合，單純作為軟起動裝置使用，是一種很大的浪費，這也是這些技巧應用不多的誘因。
2．開關變壓器軟起動：為繞開SCR耐壓難關，國人研發出的一種借變壓器降糖，從副邊接入SCR的技巧。由于SCR無需串連而增加了二極管使用的技術實現難度，增加了裝置的成本。
然而，這是以降低相當容量的變壓器為代價的技巧。容量大時，還將面臨SCR均流并聯的新問題。開關變壓器的低壓定子與二極管和控制系統相連，通過改變其低壓定子上的電流來改變高壓定子上的電流，以實現馬達的軟起動。
3．二極管軟起動：由電力電子學交流調壓原理，通過對二極管觸發角進行控制，可以實現對馬達繞組端電流的調節，即增加馬達繞組端電流，
在怠速一定的情況下，轉子端電流和電樞電壓成反比關系，因而減少轉子端電流的同時增加了轉子電壓，馬達怠速穩定提高，直至達到額定怠速。這些起動方法應用二極管作為開關器件，因為器件仍然處于開斷狀態，因而耗損十分小。
該方式挺好的解決了異步馬達起動電壓沖擊的主要問題，而且可以實現多種綜合保護，以及馬達的輕載節能。因為二極管軟起動的普通起動方法在起動馬達時的實質是降糖起動，是以犧牲起動力矩為代價的。
因而其要求馬達的負載不能過大，為解決馬達重載起動問題，在保持原拓撲結構的情況下，出現了離散變頻軟起動，該起動方式通過開通個別周波，關斷個別周波，實現將電源電流進行有級的分頻。
由馬達起動扭矩多項式，馬達的起動力矩與電流平方成反比，與頻度成正比，因而在增加電流頻度的同時力矩會提升，因而離散變頻起動在減少起動電壓的同時可以提升起動力矩，實現重載起動。
高壓異步馬達的重載起動
無論是傳統軟起動方式，還是二極管軟起動常用起動方法，即斜坡電流起動、恒流起動和電壓突跳起動等電動車電機電流過大的原因，本質上都是降糖起動，由異步馬達電磁力矩與端電流的關系曉得，電磁力矩與端電流的平方成反比，
因而在降糖起動的同時，電磁力矩大幅度增長，損失了大量的起動力矩，因而此前所提到的二極管軟起動方法均易于馬達輕載或則空載起動，而在馬達帶重載時，則容易出現難以將馬達順利起動，甚至導致馬達堵轉而毀壞馬達。
高壓異步馬達在好多情況下都運行于重載的情況下，因而在不改變主電路拓撲的條件下，高壓異步馬達的重載起動成為了一個困局。由電磁力矩與電源頻度的關系曉得，電磁力矩與電源頻度成正比，因而，假如在增加電流導致扭矩損失的同時可以減少電源的頻度就可以提升電磁力矩。
所謂離散變頻就是使軟起動器分級增加異步馬達輸入電源的頻度，即在馬達起動過程中，使電流頻度從一個比較小年率分級逐漸增至50Hz，進而提高低電流時的扭矩。
然而離散變頻是分級變頻，并不能使軟起動器的輸出電流頻度連續的變化，它只能形成工頻的N分頻，使頻度分布離散地降低，最后達到工頻。
進行最后一次頻度切換時，馬達的怠速約為額定怠速的一半，起動過程并沒有結束，所以切換到50Hz后，仍采用傳統的軟起動方式繼續起動，即改變觸發角，逐步減小轉子定子的端電流，
盡管分級變頻的后半部份是和傳統的軟起動方式一樣的，而且它改善了起動器控制低速運行的馬達的能力，使馬達在低速運行時，電壓較小，力矩較大，所以采用分級變頻的軟起動控制器可以帶額定負載起動的馬達實現軟起動。
三相分頻
通過控制變流器的導通時刻，可以使電路接通50Hz工頻電流的幾個半波，之后斷掉幾個周波，形成各類不同頻度的電流，
比如，兩個周期50Hz波形包括兩個正半波和兩個負半波，只讓其中一個正半波和一個負半波通過，其周期就減小為原先的兩倍，頻度就減少為原先的二分之一即25Hz，同理可以實現16.7Hz、12.5Hz、10Hz、6.25Hz、3.85Hz等頻度的分頻。
實際上，經離散變頻后得到的波形不再是正弦波，它是由余弦量經混頻產生的等效正弦波形，而正是因為離散變頻的波形是經混頻產生的，難以產生檢波及逆變環節，因而未能做到像變頻器一樣可以進行任意頻度的變換，即難以進行真正意義上的變頻。
推論
二極管軟起動技術作為高壓異步馬達軟起動十分具有應用價值的一種起動方法，具有非常優越的起動性能。經多年發展，該技術早已處于研制實用性設備階段，具有非常寬廣的市場前景。
首先選擇應用最廣泛、性能最優越的星形聯接形式作為二極管軟起動主電路的結構，同時給出了該聯接形式下的二極管觸發角斬波范圍。
對混頻調壓電路的脈沖觸發形式調整，得到了更具實用性的脈沖觸發形式。對二極管軟起動系統的閉環控制量進行對比剖析，得到以電壓作為閉環控制系統反饋量的具有更優秀控制特點的推論。
其次二極管軟起動方式的傳統起動方法在本質上都是降糖起動，因此存在難以應用在重載起動場合的問題，為改善這些情況電動車電機電流過大的原因，采用離散分頻的方式增加馬達電源的頻度，以提升馬達的起動力矩。
針對離散分頻軟起動方法，進行了/的仿真實驗，仿真實驗結果表明了該起動方法對高扭矩負載具有良好的起動性能。
最后對各類起動方法進行了低壓異步馬達和高壓異步馬達的實驗，其中低壓異步馬達進行了包括直接起動、恒流起動、斜坡電壓起動、電流突跳起動、軟停等多種實驗，高壓異步馬達進行了直接起動和恒流起動的實驗，低壓馬達和高壓水泵的實驗結果都證明了該裝置的有效性和實用性。
參考文獻
1.胡明寅.《增程式電動車動力系統設計及能效優化研究》.上海:北大學院,2011
2.唐任遠.《現代永磁馬達理論與設計[M]上海》:機械工業出版社1997
3.王艾萌,盧偉甫.《五種拓撲結構的永磁同步電動性能剖析與比較》，2010.
4.翟秀果，劉慧娟.《IPM釹鐵硼參數及隔磁槽對感應電勢的影響》,2012
5.王惠軍，《混合電樞永磁同步發電機的設計研究》,2006.