电力电子技术 名词解释文档格式.docx

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新产生的电子和空穴也向相反的方向运动，重新获得能量，又可通过碰撞，再产生电子–空穴对，这就是载流子的倍增效应。

当反向电压增大到某一数值后，载流子的倍增情况就像在陡峻的积雪山坡上发生雪崩一样，载流子增加得多而快，这样，反向电流剧增，PN结就发生雪崩击穿。

利用该特点可制作高反压二极管。

下图是雪崩击穿的示意图.

雪崩二极管是一种负阻器件，特点是输出功率大，但噪声也很大。

主要噪声来自于雪崩噪声，是由于雪崩倍增过程中产生电子和空穴和无规则性所引起的，其性质和散弹噪声类似。

雪崩噪声是雪崩二极管振荡器的噪声远高于其它振荡器的主要原因。

电路的噪声

对于电子线路中所标称的噪声，可以概括地认为，它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。

最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。

但是，一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。

例如，把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。

可能以说，电路中除目的的信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都可称为噪声。

例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可对电路造成不良影响，使音响装置发出交流声或导致电路误动作，但有时也许并不导致上述后果。

对于这种纹波或振荡，都应称为电路的一种噪声。

又有某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的目的信号，而对另一接收机它就是一种非目的信号，即是噪声。

在电子学中常使用干扰这个术语，有时会与噪声的概念相混淆，其实，是有区别的。

噪声是一种电子信号，而干扰是指的某种效应，是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。

而电路中存在着噪声，却不一定就有干扰。

在数字电路中。

往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的，而是一种噪声。

但由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱，所以可以认为是没有干扰。

当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时，该噪声电压就称为干扰电压。

而一个电路或一个器件，当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压，称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。

一般说来，噪声很难消除，但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度，以使噪声不致于形成干扰。

软启动技术

软起动器实际上是一个晶闸管交流调压器。

改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。

在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程（且可具有限流功能），直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。

“软启动”不仅能够大幅度减轻传动系统本身所受到的启动冲击，延长关键零部件的使用寿命，同时还能大大缩短电动机启动电流的冲击时间，减小对电动机的热冲击负荷及对电网的影响，从而节约电能并延长电动机的工作寿命。

此外，通过使用“软启动”技术，在电动机的选型上将可以选用容量较小的电动机，因而也能够减少不必要的设备投资。

变频器、软启动在大中型供水设备中的应用

摘要：

由变频器、软启动及可编程控制器为主组成的高性能控制系统具有运行稳定、高效节能、自动化程度高易于操作等优点。

由于采用了软启动，设备启、停过程平稳，避免了“水垂”效应，此控制系统只需增加较少的投资，就能较大幅度的提高设备性能，此项技术在大中型水泵站中很有推广应用价值。

关键词：

恒压供水，变频调速，软启动，供水泵站，节能，水垂效应。

通常供水设备的控制系统是由变频器、控制器、低压电器及压力传感器组成，可完成对供水压力闭环控制，当供水管网流量变化时，通过调整变频泵的转速和改变投入运行的水泵台数，可达到稳定供水管网出口压力的目的。

图1所示是一个典型的恒压变频供水系统框图，此控制系统的控制对象是供水管网出口压力，由压力传感器采集供水管网出口压力信号，将此压力信号与设

图1自动恒压供水系统原理图

定压力信号进行比较，其差值进入CPU进行PID运算，运算结果控制变频器的输出频率及输出电压，使水泵转速能随着供水管网压力的波动而不断的变化,从而使管网出口压力稳定。

如果管网流量变化大,当只调整变频泵的转速不能满足管网出口压力稳定要求时,则由控制器发出指令，通过改变投入运行的水泵台数来满足稳定管网出口压力要求。

在上述过程中,当变频泵达到最高设定转速时，说明管网用水量大,只靠调整变频泵的转速已不能使管网出口压力稳定，在经过一定延时后，如果此泵仍然在最高设定转速运行，控制系统就要启动一台水泵，在水泵容量较大的供水系统中，往往采用一项叫作“循环软启动”的技术，即将变频器带动的正在全速运转的电机交给电网，变频器再带动下一台电机变频启动，目的是减少启动过程中的机械和电气冲击。

这项被称为“循环软启动”的技术存在着一个致命弱点，因为在此过程中刚脱离变频器的水泵在惯性作用下高速旋转，电机转子中还有较大的电流，由此电流形成的磁场在电机定子中感应出较高的电压，此电压与电网电压不同频率、不同相位，因而此时不能立即将此电机合到电网上，一般方法是根据电机容量大小，确定一个延时，要等转子电流衰减到一定值以后，才能将此电机合到电网上，然后变频器带动下一台电机运行。

如在上述，从变频器脱开的电机要经过一定延时后才能并入电网，对于中型电机此延时大约是1-2秒钟，在此期间，水泵失去了动力，并且水的位能阻止水泵继续旋转，水泵转速下降很快，当此水泵电机并入电网时，电机转速已降的很低，当将此电机并入电网时将产生较大的电气和机械冲击。

如果电机从变频到工频切换过程处理不当，会给电网及供水管网造成重大事故，所以许多专家在大中型供水设备中不主张采用这项“循环软启动”技术。

变频与工频平稳切换，已成为大中型供水设备中迫切需要解决的问题。

为解决以上问题，现采用另一项电力电子产品“软启动”器，它基本原理是改变晶闸管的导通角改变输出电压，使电机在启动和停机过程中，端电压可以按照预先设定的方式逐渐变化，从而使启动和停机过程平稳。

如果是启动一台电机，软启动将逐渐增大晶闸管的导通角，使电动机端电压逐渐升高，水泵平稳升速完成启动过程。

如果是关闭一台电机，软启动内的晶闸管的导通角将由大逐渐减小，逐渐降低输出电压，使正在运转的电机平稳停机。

高性能的软启动及控制系统允许用一台软启动顺序带动多台电机完成软启、软停操作（图2）。

比如启动1#电机,软启动晶闸管的起始导通角为零,将KM11闭合，然后软启动晶闸管的导通角由小变大，电机端电压逐渐升高到电网电压，

图2一台软启动实现多台电机软启、软停控制主电路图

电机可较平稳升速完成启动过程。

此时电机的端电压与电网电压同频率，同相位,软启动器的晶闸管完全导通,其输出电压接近电网电压,这样,可将KM21闭合，使软启器旁路,然后KM11断开，软启动退出运行。

此过程中电机端子上始终保持着较稳定的电压，所以整个启动过程平稳，无冲击。

软启动退出运行以后准备接受下一次启动或停机操作指令。

如果下一次操作指令是再启动一台电机，软启动将关闭软启动器上晶闸管，然后使相应的接触器闭合，再重复上述过程。

如果下一次操作是关闭一台电机，比如1#电机停机，软启动先使晶闸管全导通，输出电压接近电网电压，然后KM11闭合将软启动并入正在运行的1#电机上，再断开1#电机直接和电网相联接的接触器KM21，这时就由软启动单独带动1#电机运行，软启动逐步降低输出电压，电机速度逐渐下降，直到停机，完成软停操作后，KM11断开。

在上述过程中，控制系统适时的将软启动接入或退出运行电路。

使用一台软启动顺序带动多台电机完成软启、软停操作的软启动器应具有“级联”功能，“级联”功能的主要作用是，在每一次操作前，软启动都要进行状态准备，在完成操作之后发出信号使软启动及时退出运行。

比如启动电机，软启动晶闸管必须是关闭状态，输出电压为零，然后进入启动操作，如果是执行停机操作，软启动晶闸管必须是导通状态，逐渐降低输出电压，完成停机操作，每一次操作之后软启动都要退出运行线路。

软启动本身保护功能齐全，但是当一台软启动带多台电机时，软启动完成启停操作后要退出运行，所以电机保护要另外设置，软启动只在启停过程中起保护。

一个由变频器、软启动器、可编程序控制器及低压电器组成的供水控制具有良好的运行性能如图3，

图3变频器、软启动组成的自动恒压供水系统原理图

它由变频器带动一台泵变速运行，由一台软启动器完成其余各泵开、停泵操作，变频泵可定时轮换使各泵运行时间均衡。

此控制系统除能根据管网出口压力调整变频泵转速外，还能适时的将软启动接入或退出运行电路，完成开停泵操作。

此系统克服了变频器控制系统中，变频泵由变频向工频切换过程中所产生的电气和机械冲击，此控制系统具有软启软停功能，可以避免开停机时水泵突然变化而产生的“水垂”效应，保证了设备和管网的安全，此性能对大中型供水泵站尤为重要。

综上所述，在大中型泵站采用由变频器，软启动及可编程控制器为主组成的控制系统，集现代电力电子技术，微电子技术及控制技术为一体，组成了适应大中型供水泵站需求的高性能控制系统。

此系统具有运行稳定，高效节能，自动化程度高易于操作等优点。

由于采用了软启动，设备启停过程平稳，避免了“水垂”效应。

与普通变频控制系统相比，此控制系统增加了软启动，软启动成本相对较低，此控制系统只增加了较少的投资，就能较大幅度的提高设备性能，此项技术在大中型水泵站中很有推广应用价值。

参考文献

• 

符锡理.变频恒压给水设备变频固定运行方式与循环运行方式的对比分析.变频器世界，2000，（12）

艾建维.软启动功能及应用.变频器世界.2001，（12）

张燕宾.低压供水系统变频与工频的切换问题.变频器世界.2003，（8）

晶闸管移相式软启动原理质疑

克拉玛依技师学院 

刘志斌

晶闸管移相式交流调压电路不能应用于异步电动机的启动和运行，所谓的软启动原理在理论上是不成立的。

园旋转磁场、平滑转矩；

幅值高次振动的旋转磁场、非平滑冲动式转矩；

低功率因数、高无功损耗；

高次谐波污染 

… 

。

三相异步电动机启动电流大，对供电电网、同网设备、电动机本身的危害不言而谕。

多少年来人们在解决异步电动机启动课题上，不断研究、实践，取得了很多科学的、实用的、巧妙有效的方法和设备。

近年来，由于电力电子技术的发展，人们早就期盼的科学、简单、有效、实用的变频设备成为现实，随心所欲地异步电动机变频调速、变频软启动技术在自动化、智能化控制及自动化设备上得到广泛应用。

“软启动”成为现代工控技术最时髦的代名词。

晶闸管移相式直流调压、交流调压技术多年来广泛应用于直流电机调速，交、直流电焊等诸多方面。

过去谁也没想着把它用到异步电机的启动上，因为大家都明白异步电机用的是正弦交流电。

可是现在工控市场上有了晶闸管移相式软启动设备和相关生产厂家，它们把晶闸管移相式交流调压技术用到异步电机的启动上，并冠以软启动这样最时髦的代名词。

更叫人不惑的是广告、说明书上那些做宣传的忽悠之词，黑白不分、利弊颠倒叫人上当。

从三相异步电动机的工作原理看：

只有三相对称正弦交流电产生的是园旋转磁场；

产生的电磁转矩是连续、平滑的；

影响异步电动机电流大小的主要因素是：

① 

转差率S；

②电源电压Um；

③阻抗Z；

④功率因数COSφ。

采用最新最先进电力电子技术的变频器，在对异步电动机软启动过程中电机电流可以控制的很小

IQ 

≤ 

IN，

原因是它实现了平滑地、随意地改变、控制三相对称正弦交流电源的频率f，从而平滑地改变定子园旋转磁场的转速n1，使其跟随转子的转速n2，始终保持其有一个非常小的转差率

S 

SN，

常用的传统降压启动设备是把电源电压 

Um降低，使电动机在低电压下启动，减小电机启动电流，启动电流降为

=（3-4）IN

高压鼠笼异步电动机启动方式中定子回路串电抗器、定子回路串液态电阻、转子回路串电阻 

，都是通过改变电动机阻抗Z、提高功率因数COSφ的方式减小启动电流。

总之，传统降压启动方法，不改变单一正弦交流电的基本性质（既频率不变），保证了园旋转磁场、连续平滑的电磁转矩的异步电机的根本属性不变，启动过程异步电机的原有机械特性不改变。

而晶闸管移相式软启动是改变正弦交流电压的波形，使之变为非正弦脉冲式交流电，通过调节其占空比（如图所示），来改变交流电的平均电压。

其平均电压是可控的、平滑变化的。

它加在异步电动机绕组上产生的磁场是一个旋转的幅值高次振动的磁场；

其转子电磁转矩是一个大小高次振动的非平滑变化的冲动式的破坏性转矩。

在机械方面产生（转子高频机械冲动，其冲动频率f机械 

= 

2f电源）震动，对电机和生产机械形成机械损害；

在定子电磁转换中产生过电压，直接损害电机绝缘，减少电机使用寿命；

从电能利用效率看，启动过程中电机处于低功率因数、高无功损耗、高有功损耗（转子高频机械震动）的状态。

特别是平均电压越低（既控制角α越大，导通角β越小）存在的上述问题就愈加严重。

有的生产厂家声称自己生产的软启动箱具有节电、节能功能。

实际上，这种占空比不断变化的非正弦脉冲式交流电作用在异步电动机上，与传统启动设备相比，功率因数COSφ更低，无功损耗更大。

而且在负载率低时，晶闸管移相交流调压输出波形的占空比更小，高次谐波幅值比例增大，上述情况表现得更分明，不但不能节电，而是损耗更厉害。

异步电动机降低启动电流的一个主要目的就是减小大电流对电网的冲击，减小对同网设备的影响。

而晶闸管移相交流调压电路输出的占空比变化的非正弦脉冲式交流电中，高次谐波对电网存在有害污染；

对同网电气设备和通信、电视等系统的正常工作存在影响。

不但不起好作用，而是起坏作用。

克拉玛依油田企业，有很多单位高价进了这种所谓软启动箱，没用几天，很快就被淘汰出局，统统换上了真正的软启动设备—变频器。

晶闸管移相式软启动这种未经过国家权威机构科学论证、实际检验的不成熟产品，违反了国家机电产品生产、销售的基本法规。

它的流行将给企业正常生产造成不良影响，将造成社会财富的巨大浪费。

异步电动机软启动及节能智能控制技术综述

　　　　刘建业河北科技大学电气信息学院

　　　　1、引言

　　　　异步电动机是工农业生产中最为广泛的电力拖动设备，其使用过程存在三个问题。

首先是启动问题：

特别是几十、几百千瓦以上的中大容量电动机，额定电流就有几百安培，启动电流达近千安培，甚至几千安培，电动机启动时冲击电流流过供电变压器、供电线路，会造成供电母线很大的电压降落。

严重时启动的电动机本身不仅转不起来，在同一条供电母线的其他设备也受影响，电灯变暗、数控设备失常、带重载电动机甚至会停车、变电所的欠电压保护会跳闸造成停电事故。

其次是节能问题：

异步电动机在运行期间有很大的节能空间，特别在轻载时功率因数低、效率低，电机发热严重。

第三是电动机运行安全问题：

断相、短路、严重过载等故障会给运行中的电动机带来极大的危害。

　　　　智能化软启动器是集电机软启动、软停车、轻载节能和综合保护于一体的新颖电机控制设备。

近些年来，随着电力电子技术、计算机控制技术的飞跃发展，国内外都十分重视各种智能化软启动器的研究和开发，且发展很快，目前市场有多种型号的软启动器可供用户选择，不同的产品所具功能不尽相同，控制方法不尽相同。

结合自己几年来从事智能化启动器产品的研究工作和对市场同类产品的认识，本文旨在从软启动控制方式、节能方法对智能化软启动器作一技术综述。

　　　　2、软启动控制方式

　　　　电动机软启动控制旨在限制启动电流，减小冲击电流对电网的影响。

对照过去的启动方法：

定子串电阻启动、定子串饱和电抗器启动、Y-Δ变换启动和现在的软启动方法：

液阻软启动、磁控软启动、晶闸管软启动，限流的实质没有太大的改变。

只是从有级控制过渡到无级控制、从硬件调节到软件调节、从机械自动化过渡到智能自动化。

　　　　2.1、液阻软启动

　　　　液阻软启动，相当于过去的定子串电阻启动。

液阻是一种由电解液形成的电阻，它的阻值正比于相对的二块极板间的距离，反比于电解液的电导率。

在启动过程通过控制极板距离或调节电导率都可实现电动机的软启动控制。

由于液阻热容量大、阻值可无级调节，通过选择计算机预置的某种软启动算法控制一套伺服机构来调整极板距离，无级调节串入定子绕组的等效电阻，达到限流软启动的目的。

所以液阻软启动较传统的定子串电阻启动，具有启动方式多样化（预置多种软启动算法）、控制智能化、调节无级化等优点。

特别适用于高压大容量电动机的软启动。

但液阻软启动同样存在一些缺点：

软启动重复性差（受温升和热容量限制）、启动能耗大、体积大、维护性差。

　　　　2.2、磁控软启动

　　　　磁控软启动，相当于过去的定子串饱和电抗器启动。

磁控磁饱和电抗器有三相交流绕组和一个直流励磁绕组。

三相交流绕组串接在电动机三相定子绕组上，限流作用的强弱变化通过控制支流励磁电流改变铁心的磁饱和度实现的，所以叫磁控软启动。

与传统的定子串电抗器启动相比，磁控软启动对限流作用的调节是静止的、无接触的、非机械式的，应用电力电子技术和计算机技术实现磁控软启动，容易做到启动方式多样化、控制方法智能化。

磁控软启动存在的缺点有：

启动能耗大、运行噪声大、设备体积大。

磁控软启动器适用于大容量高压电机软启动场合。

　　　　2.3、晶闸管软启动

　　　　从降压限流的角度看，晶闸管软启动相当于过去的Y-Δ变换启动方式。

启动过程启动器没有功率损耗（忽略晶闸管开关损耗）。

通过计算机控制串接于电源与电动机定子绕组间的晶闸管导通角，使电动机按预设的函数关系U=，在预定的时间内完成软启动。

由于U=关系简单，很容易实现斜波电压启动和脉冲电流加斜波电压启动。

系统如果有电流负反馈及电压负反馈，还可以按电流控制启动、电压控制启动、转矩控制启动、转矩加突跳控制启动编程。

在上述启动方式中，最适用最先进的启动方式应是转矩控制启动、电压控制启动、和转矩加突跳控制启动。

目前的软启动器多为限电流和斜波电压启动。

如“ABB”软启动器；

“雷诺尔”软启动器为电压控制、转矩控制及转矩加突跳控制启动；

“AB”、“施耐德”、“西门子”等公司生产的软启动器为限流启动和转矩加突变控制启动。

　　　　2.4、三类软启动器性能比较

　　　　本文从软启动时间、启动谐波影响、启动重复性、可控方式多样性、启动装置在启动过程中的噪声、是否节能、体积、适用范围等几个方面对三类软启动器作一比较，性能综合比较见表1所示：

　　　　表1三类软启动器性能比较

　　　　类别启动时间谐波启动可重复性噪声体积可控方式多样性节能效果使用范围

　　　　晶闸管软启动器可调、快存在好无小好好小、中型电动机和大型电动机（价格不占优势）

　　　　磁控软启动器可调、较快存在较好有大较好差中、大型电动机

　　　　液阻软启动器慢没有差无大差差中、大型电动机

　　　　由此可见，晶闸管软启动器综合性能最优，代表着软启动器发展的方向。

特别是在电动机节能运行控制方面起着举足轻重的角色。

　　　　3、节能方式

　　　　电动机在运行期间，有很大的节能空间存在，特别是轻载和一些变载负荷拖动中（如钢板冷轧机、抽油磕头机），如果实施节能控制，节电率可达5%—38%。

　　　　目前国内电机节能器的研究非常活跃，但在产业化方面远远落后于国外公司。

因此，为加快国内节能器的发展，在国家十五计划中，惦记系统节能方面的投入高达500亿元左右。

　　　　电动机节能措施很多，比如①选用高效电机，我国生产的YX系列电机平均效率较Y系列电机高3.0%，比JO2系列电机平均效率高3.4%。

且优选高压高速鼠笼型电机。

②减少所选电机的浮装容量，杜绝“大马拉小车”现象，使电机负载率始终保持在80%以上。

③采用串级调速节能、变极节能、变频调速节能、变压节能等等。

　　　　目前，在上述诸多节能措施中，晶闸管软启动器应用日益广泛，在轻载和变载拖动系统中