摘 要：軟啟動(dòng)技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的,將電力電子技術(shù)、微處理器技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合的一種新技術(shù), 與傳統(tǒng)降壓啟動(dòng)控制技術(shù)相比有很多優(yōu)點(diǎn)。本文從軟啟動(dòng)器概念入手，分析軟啟動(dòng)器諧波產(chǎn)生的原因及危害，在此基礎(chǔ)上提出了抑制諧波的方法。 關(guān)鍵詞：軟啟動(dòng)器;諧波;危害;抑制 Abstract：The soft start technology is develops in recent years. It‘s combining with correlation knowledge of the power electronic technology, the microprocessor technology and the automatic control technology. Compares with the traditional reduced voltage starting control technology has many merits. This article start with the concept of soft starter and analyze the cause of harmonic and it‘s harm .On the basis of this, propose the methods which should be taken to control harmonic. Key words：soft start; harmonic; 　　隨著工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的不斷發(fā)展，對(duì)電機(jī)的啟動(dòng)性能提出了越來越高的要求。三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用廣泛，但啟動(dòng)電流大是一個(gè)突出的缺點(diǎn)，為了改善起動(dòng)性能，降低起動(dòng)電流，提升起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，傳統(tǒng)采用串聯(lián)電抗器，自耦變壓器等降壓起動(dòng)的方法，這些方法雖然能減少起動(dòng)電流，但同時(shí)也使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減少，而且起動(dòng)電流不連續(xù)，維修量大，即增加了成本，又降低了可靠性。 　　軟啟動(dòng)器是一種就集軟啟動(dòng)，軟停車，輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新型電機(jī)控制裝備，國外稱為Soft Starter。它不僅可以在整個(gè)啟動(dòng)過程中實(shí)現(xiàn)無沖擊而平滑地啟動(dòng)電機(jī)，而且可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)啟動(dòng)過程中的參數(shù)，如限流值，啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)時(shí)間等。此外它還具有多種對(duì)電機(jī)的保護(hù)功能，從根本上解決了傳統(tǒng)降壓啟動(dòng)設(shè)備的諸多弊端。國外AB，ABB，施奈德，西門子等大公司均有相關(guān)產(chǎn)品。 1 軟啟動(dòng)器原理及性能特點(diǎn) 　　軟啟動(dòng)器的主要構(gòu)成是串接于電源和被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，現(xiàn)代軟啟動(dòng)器基本上都采用了電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)，以單片機(jī)為中央控制器來完成測量及各種控制算法。因此，軟啟動(dòng)器具備了很強(qiáng)的功能和靈活性。 [align=center] 圖1 晶閘管軟啟動(dòng)器主電路[/align] 　　整個(gè)啟動(dòng)過程是數(shù)字化程序軟件控制下的自動(dòng)運(yùn)行。利用三對(duì)晶閘管的電子開關(guān)特性，通過啟動(dòng)器中的單片機(jī)控制其觸發(fā)脈沖來改變觸發(fā)角的大小，從而改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，裝置輸出電壓按一定規(guī)律上升, 使被控電動(dòng)機(jī)的電壓由零升到全電壓, 轉(zhuǎn)速相應(yīng)地由零平滑加速到額定轉(zhuǎn)速的過程。它是電力電子技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)的綜合, 是將強(qiáng)電和弱電結(jié)合起來的控制技術(shù)。 　　軟啟動(dòng)器的性能特點(diǎn):① 啟動(dòng)電壓可調(diào), 保證電機(jī)啟動(dòng)的最小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 避免電機(jī)過熱和能源浪費(fèi); ②控制電機(jī)平滑啟動(dòng), 減少啟動(dòng)電流沖擊; ③啟動(dòng)電流可根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整, 減少啟動(dòng)損耗, 以最小的電流產(chǎn)生最佳的轉(zhuǎn)矩; ④啟動(dòng)時(shí)間可調(diào), 在該時(shí)間范圍內(nèi), 電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升, 避免轉(zhuǎn)速?zèng)_擊; ⑤保護(hù)傳動(dòng)機(jī)械, 清除轉(zhuǎn)矩浪涌并降低沖擊電流; ⑥恒定加減速, 不需要測速機(jī), 即使當(dāng)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)也是如此;⑦ 自由停車和軟停車可選, 軟停車快慢可調(diào); ⑧有相序、缺相、過熱、啟動(dòng)過程過流、運(yùn)行過程過流和過載的檢測及保護(hù), 其過流值和過載值可調(diào)。 2 軟啟動(dòng)器的起動(dòng)方式 　　目前的軟啟動(dòng)器有以下幾種起動(dòng)方式: 　?、俸懔鬈浧饎?dòng)。起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流保持恒定（即限定起動(dòng)電流）, 其電流限定值通常在電機(jī)額定電流的1.5～4.5 倍之間選擇。 　?、谛逼码妷很浧饎?dòng)。顧名思義是電壓由小到大斜坡線性上升, 它是將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)從有級(jí)變成了無級(jí)。這種起動(dòng)方式最簡單, 不具備電流閉環(huán)控制, 僅控制晶閘管的導(dǎo)通角, 便使起動(dòng)電壓以設(shè)定的速率增加, 然后再轉(zhuǎn)為額定電壓。其缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小, 轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)不利, 且起動(dòng)時(shí)間長有損于電機(jī)。 　?、坌逼潞懔鬈浧饎?dòng)。起動(dòng)初始階段, 起動(dòng)電流按設(shè)定的上升速率（斜率）逐漸增大, 到達(dá)設(shè)定值后, 保持恒流狀態(tài)直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)電流的上升速率可根據(jù)負(fù)載需要進(jìn)行調(diào)整。電流上升的速率高, 則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大, 起動(dòng)時(shí)間短。一般起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可在額定轉(zhuǎn)矩的5%～90%之間調(diào)整。起動(dòng)時(shí)間可在2～30 s 之間調(diào)整。該起動(dòng)方式最適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載, 是實(shí)際應(yīng)用最多的軟起動(dòng)方式。 　?、苊}沖恒流軟起動(dòng)。這種起動(dòng)方式在起動(dòng)初始階段有一個(gè)較大的起動(dòng)沖擊電流, 該電流值大于設(shè)定的恒流值, 從而能產(chǎn)生較大的起動(dòng)沖擊轉(zhuǎn)矩去克服較大的靜摩擦阻轉(zhuǎn)矩, 使設(shè)備能夠起動(dòng), 然后進(jìn)入恒流起動(dòng)階段, 直至起動(dòng)結(jié)束。顯然, 這種起動(dòng)方式的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大, 適用于重載起動(dòng), 如皮帶運(yùn)輸機(jī)、磨煤機(jī)的帶載起動(dòng)。 3.軟啟動(dòng)器諧波的產(chǎn)生 　　軟啟動(dòng)器采用三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管實(shí)現(xiàn)交流調(diào)壓。由于晶閘管是典型的非線性器件，在使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，將對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行及電網(wǎng)造成不良影響。 　　諧波產(chǎn)生的根本原因是非線性負(fù)載所致。如今隨著電力電子裝置的大量應(yīng)用，它已成為最主要的諧波源。 　　諧波皆由具有非線性伏安特性的設(shè)備引起。理想正弦電壓加在非線性的設(shè)備上，就會(huì)產(chǎn)生非正弦電流，成為諧波源。例如工頻電壓為，式中U為工頻電壓有效值即工頻。作用于電流—電壓特性為的非線性時(shí)不變電阻兩端時(shí)，產(chǎn)生的電流為：，可見，輸入電壓為頻率ω[sub]1[/sub]的正弦波，而輸出電流則是包含有ω[sub]1[/sub]和3ω[sub]1[/sub]兩種頻率成分的非正弦波。 　　諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。由于諧波頻率總是高于基波，因此稱為高次諧波。高次諧波疊加在基波之上就會(huì)使波形發(fā)生畸變，使正弦波變成非正弦波。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型用電設(shè)備不斷投入使用，各種非線形負(fù)載日益增加，導(dǎo)致大量諧波電流注入電網(wǎng)。諧波在電網(wǎng)中的存在，會(huì)對(duì)多種電氣設(shè)備造成損害，在有些地方甚至直接威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。 4. 諧波的危害 　　對(duì)于容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾不能忽略，諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境惡化，給周圍的通信系統(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來危害。諧波污染對(duì)電力系統(tǒng)的危害嚴(yán)重性主要表現(xiàn)在： 　?。?）諧波對(duì)供電線路產(chǎn)生了附加諧波損耗。 　?。?）諧波影響各種電氣設(shè)備的正常工作。 　?。?）諧波使電網(wǎng)中的電容器產(chǎn)生諧波。工頻下，系統(tǒng)裝設(shè)的各種用途的電容器其電路比系統(tǒng)中的感抗要大的多，不會(huì)產(chǎn)生諧振，但諧波頻率時(shí)，感抗值成倍增加而使容抗值成倍減少，這就有可能出現(xiàn)諧振，諧振將放大諧波電流，導(dǎo)致電容器等設(shè)備被燒毀。 　?。?）諧波引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大，這就使危害大大增加，甚至引起嚴(yán)重事故。 　?。?）諧波將使繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置出現(xiàn)誤操作，并使儀表和電能計(jì)量出現(xiàn)較大誤差，諧波對(duì)其他系統(tǒng)及電力用戶危害也很大。 　?。?） 諧波對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的影響，主要是增加電動(dòng)機(jī)的附加損耗，降低效率，嚴(yán)重時(shí)使電動(dòng)機(jī)過熱。尤其是負(fù)序諧波在電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，形成與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，起制動(dòng)作用，從而減少電動(dòng)機(jī)的出力。另外電動(dòng)機(jī)中的諧波電流，當(dāng)頻率接近某零件的固有頻率時(shí)還會(huì)使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)出很大的噪聲。 5. 諧波研究的意義 　　首先，諧波危害十分嚴(yán)重。各種諧波源產(chǎn)生的諧波給電力系統(tǒng)造成巨大的污染，影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。 　　其次，還在于其對(duì)電力電子技術(shù)自身發(fā)展的影響。電力電子技術(shù)是未來科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要支柱，但電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波污染已成為阻礙電子技術(shù)發(fā)展的重大障礙。 　　但是，以現(xiàn)有的技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)條件要將產(chǎn)生的高次諧波全部消滅是困難的。 6. 諧波的抑制 　　為了抑制諧波的泛濫，凈化電力系統(tǒng)的波形，提高系統(tǒng)電能的質(zhì)量和效率，國家技術(shù)監(jiān)督局1993年發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB-T14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》。附表摘錄了該標(biāo)準(zhǔn)中公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值（低壓配電系統(tǒng)常用電壓等級(jí)），見下表。 　　抑制諧波，就是減小甚至消除諧波波源產(chǎn)生的諧波分量，從而使注入電網(wǎng)的諧波降到國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值以下。 　　抑制諧波的措施一般分為補(bǔ)償和消除兩種：補(bǔ)償是設(shè)置裝置來吸收諧波;消除是通過改變諧波源的工作方式和工作特征，使其少生產(chǎn)甚至不生產(chǎn)諧波。常用的方法和措施有： 　?。?）裝設(shè)LC濾波器 　　LC濾波器是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置，目前在工程上仍然廣泛應(yīng)用。它結(jié)構(gòu)簡單，投資少，可靠性高，運(yùn)行費(fèi)用也比較低。 　　LC濾波器又稱調(diào)頻濾波器，是由適當(dāng)數(shù)值的電感，電容和電阻組成串聯(lián)諧振電路，其工作原理實(shí)質(zhì)上是為電路中的諧波提供一條釋放路徑，即保留基波而使諧波短路，使諧波不注入電網(wǎng)。一般采用三相星形連接。但是其缺點(diǎn)是只能補(bǔ)償固定頻率的諧波。 　　LC濾波器又分為單調(diào)諧濾波器，高通濾波器及雙調(diào)諧濾波器等幾種。實(shí)際應(yīng)用中常用幾組單調(diào)諧濾波器和一組高通濾波器組成濾波裝置。 　　1. 單調(diào)諧濾波器其電路原理圖如圖。 [align=center] 圖2 單調(diào)諧濾波器[/align] 　　濾波器對(duì)n次諧波的阻抗為，式中fn表示第n次單調(diào)諧濾波器，ω[sub]s[/sub]表示基波頻率。 　　單調(diào)諧濾波器是利用串聯(lián)L，C諧振原理構(gòu)成，諧波次數(shù)為。在諧振點(diǎn)處，，因很小，濾波器表現(xiàn)出低阻抗特性，n次諧波電流主要由分流，很少流入電網(wǎng)中。而對(duì)于其他次數(shù)的諧波， 遠(yuǎn)大于，濾波器則表現(xiàn)為高阻抗，濾波器分流很少。 　　因此，只要將濾波器的諧振次數(shù)設(shè)定為需要濾除的諧波次數(shù)一樣，則該次諧波將大部分被濾除。 　　2.高通濾波器 　　高通濾波器又稱為減幅濾波器，它對(duì)于某一頻率以后的所有頻率都呈現(xiàn)低阻抗，形成對(duì)次數(shù)較高諧波的低阻抗通路，使得這些諧波電流大部分流入濾波器，從而達(dá)到濾波的目的。高通濾波器分為一階，二階，三階和C型四種形式。 [align=center] 圖3 高通濾波器[/align] 　　一階高通濾波器需要的電容太大，基波損耗也太大，一般不采用。 　　二階高通濾波器的濾波性能最好，但與三階相比，其基波損耗較高。 　　三階高通濾波器比二階多了一個(gè)電容，提高了濾波器對(duì)基波頻率的阻抗，從而大大減少了基波損耗。這是三階高通濾波器的主要優(yōu)點(diǎn)。 　　C型高通濾波器的性能介于二階和三階之間。缺點(diǎn)是對(duì)基波頻率失諧和元件參數(shù)漂移比較敏感。 [align=center] 圖4 雙調(diào)諧濾波器[/align] 　　以上四種高通濾波器中，最常用的是二階高通濾波器。 　　3.雙調(diào)諧濾波器如圖，它有兩個(gè)諧振頻率，同時(shí)吸收兩個(gè)頻率的諧波，其作用相當(dāng)于兩個(gè)并聯(lián)的單調(diào)諧濾波器。雙調(diào)諧濾波器與兩個(gè)單調(diào)諧濾波器相比，基波損耗較小，正常運(yùn)行時(shí)，串聯(lián)電路的基波阻抗遠(yuǎn)大于并聯(lián)電路的基波阻抗，所以并聯(lián)電路所承受的工頻電壓比串聯(lián)電路的低得多。但雙調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)諧困難，應(yīng)用還較少。 　?。?）有源濾波器（Active Power Filter ,APF） 　　有源濾波器（APF）是近年來發(fā)展迅速的新技術(shù)。它串聯(lián)或并聯(lián)于主電路中，采用實(shí)時(shí)檢測的閉環(huán)運(yùn)行方式，實(shí)時(shí)對(duì)電流中的高次諧波進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果輸入與高次諧波成分具有幅值相等，相位相反的電流，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的，從而使電網(wǎng)電流只含基波電流。 　　它與傳統(tǒng)的無源濾波器相比，APF有以下特點(diǎn)：①不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變，補(bǔ)償無功，有一機(jī)多能的特點(diǎn);②綠波性能不受系統(tǒng)阻抗等的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn);③具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化的諧波，即具有高度可控性和快速響應(yīng)性等特點(diǎn)。 　　但APF的成本高，限制了它的推廣使用。 7.結(jié)論 　　總之，電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器與傳統(tǒng)降壓啟動(dòng)設(shè)備相比，能更好的解決電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和停車過程中產(chǎn)生的問題，有著廣泛的應(yīng)用前景。但軟啟動(dòng)器產(chǎn)生的諧波干擾也給設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行帶來了潛在的威脅，如何最大限度的抑制軟啟動(dòng)器運(yùn)行過程產(chǎn)生的諧波仍是個(gè)需要研究的課題。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍。諧波抑制和無功功率補(bǔ)償[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 　　[2]羅 安，電網(wǎng)諧波治理和無功補(bǔ)償技術(shù)及裝備[M].北京：中國電力出版社，2006，（4） 　　[3]許宏綱，徐方逸。軟啟動(dòng)器原理及其應(yīng)用[J].能源技術(shù)，2002，23（3） 　　[4]甘世紅，吳燕翔，楊 琛.高壓異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器[J].電機(jī)技術(shù)，2007，26（7） 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