1.1 课题研究的背景与意义

晶闸管是晶体闸流管的简称，晶闸管具有容量大、耐压高、效率高、无噪音、体积小、重量轻、反应快、可控制、可靠性好等优点,成为了变流技术发展的基础。晶闸管装置在现代工业中的各行各业仍得到广泛的应用。1957年美国通用电气公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化。晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

在当今工业化、电气化的时代，交流异步电动机，由于其结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、运行可靠、很少需要维修及可用于恶劣环境等优点，异步电动机已经广泛的应用到各个行业中，如冶金、钢铁、石油、化工、电厂、水厂、机械加工等，几乎遍及所有行业。随着经济的发展，许多行业的规模越来越大，使用电动机的数量也越来越多。

能源是人类生存的基础，是生产发展的驱动力和必需品。中国的能源存储量位居世界前列，同时也是世界第二大能源生产国。然而，中国的人均能源占有量和消费量远低于世界平均水平。随着工业化和城市化进展不断推进，经济与社会不断深入发展，我国对能源的依赖性越来越强，如何更好地提高能源开发和利用的效率，进一步推动相关节能技术的提高，促进节能产业的发展，成为全社会要关注和解决的问题。

在能源总量无法改变的情况下，节能成为我国解决能源危机的一个重要的途径。有资料表明，受资金、技术和能源价格的影响，我国能源利用效率远低于发达国家。世界在上个世纪进入电气化时代，电能已经成为使用最广泛的能源之一。其中，在电能消耗中，世界各国发电量的 50%~60%都是由电动机消耗的。2010 年，我国现有电动机总装机容量达到了 7 亿千瓦，其中约 70%为交流电机，其年耗电量达到上万亿千瓦时，约占工业耗电量的 80%，然而，我国电机拖动系统的总效率却远低于国际先进水平，总体装备技术水平仅相当于 20 世纪 60 年代的发达国家的三分之二。异步电动机作为使用最广泛的电动机，因具备结构简单、价格低廉、坚固耐用、制造方便、很少需要维护和能在恶劣环境下持续运行的优点，在日常生活，工业生产中得到了广泛的使用，是电能的主要消耗者。当前，大部分工业拖动都是异步电动机。实际中，工矿企业有相当多的异步电动机及相关的拖动系统处在非经济运行状态，造成极大的电能浪费。分析其原因，主要有两个：第一，异步电动机直接起动的电流过大，对电网造成较大的冲击，这就影响了同一电网其它设备的正常运行；另一方面，异步电动机在运行时，负载经常变化，这就导致了电机经常处于轻载和空载的状态，功率因数和效率变低，电能白白被消耗。所以，电动机的节能对能源保护和社会经济的发展有很重要的意义。在电机节能上，此前已经在优化电机设计工艺、技术改造和合理选型等方面有了较为显著的工作，但是研究如何进一步提高异步电动机的节能经济运行仍有较大的空间和现实意义。而我主要是针对晶闸管控制感应电机调压节能触发方案进行研究。

1.2 国内外现状及发展趋势

韦忠朝等提出了一种三相晶闸管交流调压的数字移相控制方法,分析和讨论了该方法的工作和设计原理,研制了采用80C196KC单片机和GAL16V8可编程器件构成的数字移相触发系统,将该系统用于全数字交流电动机软起动和节能控制的实验结果证明该系统切实可行。

葛文庆，赖华等人提出了一个系统，该系统主要由单片机 AT89S52 控制，外围电路由 ADC0808、CD4046、555、LED 数码管等组成。它采用3对反并联联接的晶闸管或3只双向晶闸管分别串接在三相交流线路中，接到三相感应电动机的定子绕组上。通过控制晶闸管的导通角，来调节电动机的供电端电压，实现调压的目的。

异步电机晶闸管交流调压软启动器中各种触发电路、电压同步和电流同步、双脉冲触发和宽脉冲触发等方案。仿真和实验证明，电压同步的宽脉冲触发方案最可靠，但需加大脉冲变压器的功率或使用脉冲列；电流同步的双脉冲触发方案次之，存在稳定性问题，即如果受到外界干扰后会产生完全失控的现象。

根据负载类型和允许电磁干扰量可将晶闸管的触发方式分为以下两种：过零触发方式 ,移相触发方式。在移相触发方式中，应用最广泛的是三相全控桥式整流电路。晶闸管移相触发器具有软启动性能和轻载节能作用。软起动器采用晶闸管调压方式，集成模块化设计思想，改变晶闸管的触发角来实现对定子两端的电压的调节，从而实现了异步电动机电压斜坡起动、限流起动、软停车等功能。交流异步电机在运行时，三相异步电动机拖动负载时，动力有时是变化的，电机选择时须考虑能满足最大负荷的要求，而最大负荷是间断出现的，其他时间负荷要小得多，这样电动机有可能很长时间内处于空载、轻载状态，有一部分电能就消耗在铜损、铁损上，电机的固有设计无法满足电机传动系统的理想要求，导致电机无法高效运行，出现电动机功率因数小、效率低、电能浪费等严重后果，因此三相异步电动机轻载的节能非常迫切和必要，对于长期运行在轻载状态下的异步电机，存在着很大的节能空间。论文首先以异步电机轻载效率较低的原因为出发点，详细分析交流异步电机的能耗关系，对电机效率与功率因数的关系进行了深入分析，该调压技术适合对电机转速不变而负载变化的工作状态。