軟起動(dòng)器基礎(chǔ)道理PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1軟起動(dòng)器基礎(chǔ)道理軟起動(dòng)器基礎(chǔ)道理 軟起動(dòng)器的基本原理與應(yīng)用 一 慨述 交流異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用非常廣泛，有許多不調(diào)速的場(chǎng)合，僅需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行起動(dòng)，又與起動(dòng)電流過(guò)大，會(huì)對(duì)電網(wǎng)和其他用電設(shè)備造成沖擊，受電網(wǎng)容量的限制和保護(hù)其他用電設(shè)備正常工作，應(yīng)對(duì)電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程加以控制。 傳統(tǒng)的起動(dòng)方式： 低壓電機(jī)：串電阻起動(dòng)，自耦減壓起動(dòng)，星三角起動(dòng)，繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)等。 高壓電機(jī)：串電抗器起動(dòng)，繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串水阻起動(dòng)器起動(dòng) ，頻敏變阻起動(dòng)等。軟起動(dòng)器的基本原理與軟起動(dòng)器的基本原理與應(yīng)用應(yīng)用孝秸槳鉚暑及額駐燦斂詭了闌惺謀泣捎戎勻肝勺穢繁買熱族陋渠企撣莖韌軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第1頁(yè)/共22

2、頁(yè) 電機(jī)的傳統(tǒng)起動(dòng)方式缺點(diǎn)是明顯的，即起動(dòng)電流和機(jī)械沖擊較大，起動(dòng)器體積過(guò)大。隨著電力電子技術(shù)，微機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)出現(xiàn)。 二 軟起動(dòng)器基本原理 由圖1交流異步電動(dòng)機(jī)等值電路圖，在忽略激磁電流I0的條件下，有R1X110UIXm-E1ErRS22X2I1I 圖1 交流異步電動(dòng)機(jī)等值電路圖22122111)()(XXSRRUI（1）二二 軟起動(dòng)器基本原軟起動(dòng)器基本原沽袍蓋遞踐妻拈焊軒些縫撓眾埃劃地諸琉紳蝕渙烈砒螞潤(rùn)呵贛皇瑤守廓頸軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第2頁(yè)/共22頁(yè) 由(1)式可知，電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，n=0，S=1，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子線圈，在轉(zhuǎn)子線圈

3、中感應(yīng)很大的電勢(shì)，轉(zhuǎn)子的等效阻抗很小，感應(yīng)電流很大，則與之平衡的定子電流的負(fù)載分量也隨之急劇增加；隨著轉(zhuǎn)速的提高，轉(zhuǎn)子等效阻抗逐漸增大，相應(yīng)的定子電流也隨之減小。 式中，如不考慮溫度的影響，電機(jī)的定 轉(zhuǎn)子電阻和定子電抗為常數(shù)，轉(zhuǎn)子的電抗隨轉(zhuǎn)速改變，無(wú)法進(jìn)行控制，但電子電流與端電壓成正比，控制端電壓可控制定子電流。宣題繳塞悔巷君注蕩狼愉救琵稗閥銑贅特歸虜患躥退仇宗臉?biāo)鶉W腔仿歷系軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第3頁(yè)/共22頁(yè) 利用雙向（兩只單向反并聯(lián)）晶閘管的相控交流調(diào)壓原理，通過(guò)改變相控角來(lái)改變加在電機(jī)定子上電壓的均方根值。晶閘管過(guò)載能力強(qiáng)，價(jià)格便宜。 三 軟起動(dòng)器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案 1 低壓軟

4、起動(dòng)器（1100V以下）電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案 如圖2有多種結(jié)構(gòu)方案，(a) (b)方案諧波比較少，(C)、(d)、(f)元件相對(duì)較少，電路不對(duì)稱，諧波含量較大，(e)這種方案在同等容量下，晶閘管承受的電流小，承受的電壓高，需引出六個(gè)端子。 另外，還由其他的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案，由于有這樣或那樣的缺點(diǎn)，最常用的是(a) (b)方案。 三三 軟起動(dòng)器電路拓?fù)滠浧饎?dòng)器電路拓?fù)湫傺┖茝B畏蒂氰帥盈室榮磨蹤苞仟慰孽檄叁琴舀了嗅妙泉鹿還卻疇竄里無(wú)軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第4頁(yè)/共22頁(yè)1234ABCD4321DCBATitleNum berR evisionSizeA4Date:17-Dec-2005She

5、et of File:D:Design Explorer 99 SELibrarySchB AC KUP1.DDBDrawn B y:T1T2T3T4T5T6L1L2L3MT1T2T3T4T5T6L1L2L3MT1T2T3T4T5T6L1L2L3MT1T3T4T6L1L2L3ML1L2L3MT1T4L1L2L3M 圖2 軟起動(dòng)器電路拓?fù)浞桨?a)(b)(C)(d)(e)(f)螞斥衷邁痞視鼎辜當(dāng)較尚備回鱉愈罰繭住請(qǐng)姚芍朔千菠彭枚沒(méi)胞務(wù)爛能佰軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第5頁(yè)/共22頁(yè) 2 高壓軟起動(dòng)器電路拓?fù)浞桨福?000v以上） 這種結(jié)構(gòu)由低壓軟起動(dòng)演變而來(lái)，由于SCR串聯(lián)對(duì)器件的一致性和

6、閥體均壓性能要求較高，技術(shù)難度較大。電壓等級(jí)越高，技術(shù)難越大。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:19-Dec-2005Sheet of File:D:Design Explorer 99 SELibrarySchPREVIO4.DDBDrawn By:T1T2T3T4T5T6L1L2L3T1nT2nT3nT4nT5nT6nM圖3 SCR直接串聯(lián)形式臆嘎撤搪薊學(xué)央實(shí)擰駭蔓牛危規(guī)肯啤痞葵硯紙串緣龍諜覆研均孵吵鉛胞朱軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第6頁(yè)/共22頁(yè) 利用高壓變頻器作為軟起動(dòng)器。 四 軟起動(dòng)器的控制方式： 1 電壓斜坡式起動(dòng)控制

7、方式電壓斜坡式起動(dòng)控制方式是一種開(kāi)環(huán)控制方式，是軟起動(dòng)器最早起動(dòng)方式。它的電壓按預(yù)先設(shè)定好的曲線變化，其斜率由斜坡上升的時(shí)間t決定。另外，當(dāng)起動(dòng)之初電壓低于一定值時(shí)（一般為120v左右）1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:19-Dec-2005Sheet of File:D:Design Explorer 99 SELibrarySchPREVIO41.DDBDrawn By:UeUaUbUo0tttkIt圖4 電壓斜坡/電壓突跳方式曲線四四 軟起動(dòng)器的控制方軟起動(dòng)器的控制方田拈淚絹丙志笨窮癰懦師哨游肄傣化冬覓撩菩孝縷最議情惰貍哆孵峪唁坍

8、軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第7頁(yè)/共22頁(yè)電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，反而使電機(jī)發(fā)熱，因此電壓斜坡式起動(dòng)控制方式的電壓不是從0開(kāi)始上升，而是有一初始電壓U0。這個(gè)電壓通常要根據(jù)負(fù)載特性設(shè)定成能使電機(jī)起動(dòng)所需的最小電壓。也可設(shè)置為按兩段斜率起動(dòng)。 起動(dòng)效果受到負(fù)載和電源變化的影響，因此無(wú)法準(zhǔn)確地獲得希望的效果，往往需要反復(fù)調(diào)試才能達(dá)到比較滿意的起動(dòng)效果。 2 電壓突跳式起動(dòng)控制方式 有些負(fù)載，在靜止?fàn)顟B(tài)下有較大的靜阻力矩，在電機(jī)起動(dòng)初始需要很大的轉(zhuǎn)矩使電機(jī)起動(dòng)，當(dāng)電機(jī)一旦轉(zhuǎn)孰調(diào)瑤懇?？艽_散嫂擦陀團(tuán)諸烙蘿霜季筒網(wǎng)召寇稱酪產(chǎn)后兼拭楷茬幀丘播軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第8頁(yè)/共22

9、頁(yè)動(dòng)起來(lái)，阻力矩反而減小。對(duì)此，起動(dòng)時(shí)加一短時(shí)的高電壓Ub(其值和時(shí)間可以設(shè)置）以克服阻力矩，如圖4。 3 電流限幅起動(dòng)控制方式 電壓斜坡起動(dòng)控制方式是開(kāi)環(huán)控制，因此斜坡上升率不能隨系統(tǒng)的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)，往往電流會(huì)超出所希望的值，由此發(fā)展了電流限幅控制方式。 電流限幅起動(dòng)控制方式是一種閉環(huán)控制方式。起動(dòng)過(guò)程中，需要不斷地采樣和調(diào)整電機(jī)電流，使之具有圖5的電流曲線。這種控制方式特別適合恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，限幅值2.5IN5IN。在電網(wǎng)容量受限時(shí)時(shí)電機(jī)以最小的起動(dòng)電流快速起動(dòng)。3 電流限幅起動(dòng)控制電流限幅起動(dòng)控制膠交氖燴鄧肢呂茲翁嘿靳柳在待柱壩牽杯逢令勤譴蘭叔我公撲唐釁覺(jué)冀痛軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理

10、第9頁(yè)/共22頁(yè)圖5 電流限幅/電流斜坡方式曲線圖1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:20-Dec-2005Sheet of File:D:Design Explorer 99 SELibrarySchPREVIO41.DDBDrawn By:IeIaIbIo0tttkIt電流限幅電流突跳電流斜坡 4 電流斜坡起動(dòng)控制方式 如圖5所示，初始電流為使電機(jī)起動(dòng)所需的最小電流這種控制方式使電機(jī)電流按照設(shè)定的曲線逐步上升，直達(dá)到設(shè)定的最大電流值，然后保持到起動(dòng)完成。電流斜坡起動(dòng)控制方式同樣可設(shè)置為多段，也可加突跳電流。 這種控制方式是電流限幅起動(dòng)

11、方式控制方式的擴(kuò)展， 動(dòng)控制方式動(dòng)控制方式寥攀獲過(guò)筆頒痙袍掌故迢汁駕檢烙幕優(yōu)錫味劉焊抄痢滄益主郴醚縷遞撲俏軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第10頁(yè)/共22頁(yè)特別適于具有平方轉(zhuǎn)矩特性的風(fēng)機(jī) 泵類負(fù)載，起動(dòng)時(shí)所需要的轉(zhuǎn)矩很小，隨著轉(zhuǎn)速的上升，所需轉(zhuǎn)矩近似成平方關(guān)系增加。因此，起動(dòng)初始宜加小的起動(dòng)電流，隨著轉(zhuǎn)速的上升，起動(dòng)電流也隨之上升，這樣有利于負(fù)載的平穩(wěn)起動(dòng)，電機(jī)發(fā)熱較少。 5 轉(zhuǎn)矩控制方式 由于大型感應(yīng)電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程后期，功率因數(shù)變化很快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速常常超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，經(jīng)過(guò)一個(gè)衰減震蕩過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)，電機(jī)負(fù)載力矩越小和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小就越容易發(fā)生震蕩，這種現(xiàn)象叫“超標(biāo)”。對(duì)于采用電流閉環(huán)的軟起

12、動(dòng)器，PI調(diào)節(jié)器的輸出跟隨電流的下降，反而會(huì)真邀掠憶摯短酗思清鍺親焚癰琶疇筋壽封訂純臃晝搐疼田差嚙勇歐車拔勸軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第11頁(yè)/共22頁(yè)輸出更大，控制觸發(fā)角迅速推至全壓，使得電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩過(guò)沖，造成系統(tǒng)震蕩。于是有一些新的控制方法來(lái)克服這個(gè)問(wèn)題，目前有轉(zhuǎn)矩控制方式和模糊控制方式。轉(zhuǎn)矩控制方式原理如下： 電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 （2） 式中： 為電動(dòng)機(jī)的電磁功率 為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的角速度 又 （3） 因此，電磁轉(zhuǎn)矩 （4） 基于上述方程的控制方框圖如圖6所示。通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)三相電流 功率因數(shù)結(jié)合實(shí)際SCR觸發(fā)角計(jì)算出電機(jī)的ePTep111cos3IUT111cos3IUpe卓系繩蔥榮狹仁

13、滅碰使脫奸田兒棒計(jì)褥舞合帚淘各叢酮味施忻勞保攆巡緬軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第12頁(yè)/共22頁(yè)實(shí)際轉(zhuǎn)矩作為反饋再通過(guò)PID調(diào)節(jié)器輸出電壓實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制，如圖6所示： 轉(zhuǎn)矩控制方式能很好地解決轉(zhuǎn)矩過(guò)沖問(wèn)題，但是同時(shí)應(yīng)當(dāng)看到重構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)矩有相當(dāng)?shù)碾y度，由式（1） （4）可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩還同轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)差率）有關(guān)，從T(t)到U(t)的映射很不明顯，因而對(duì)電壓軌線不易做到準(zhǔn)確1234ABCD4321DCBAMOTORLa,Lb,LcSCRSPIDTorquePFIms實(shí)際轉(zhuǎn)矩三相電流功率因數(shù)圖6 轉(zhuǎn)矩控制方式原理圖黃挽雖鉛怔懦寄石腸逢付聘考潭莊佑參射續(xù)坤哨厄械哆韭剃般磨形濫琢抽軟起動(dòng)器基本原理

14、軟起動(dòng)器基本原理第13頁(yè)/共22頁(yè) 6 模糊控制方式 電流限幅起動(dòng)控制方式不能有效的克服負(fù)載 模型的大范圍變化，特別是起動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)參數(shù)的變化和不確定性，傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器，難以達(dá)到理想的控制效果，易產(chǎn)生震蕩。而起動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的電流與晶閘管調(diào)壓電路的控制很難得出精確的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)，電動(dòng)機(jī)本身又是一個(gè)高階 非線性 強(qiáng)耦合的被控對(duì)象，因此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)矩控制很困難。不依賴被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型用模糊控制進(jìn)行控制，適合電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)控制。 下式是一種帶多個(gè)加權(quán)因子的軟起動(dòng)器模糊控制規(guī)則，如（5）式：6 模糊控制方式模糊控制方式的預(yù)測(cè)。場(chǎng)殿網(wǎng)槳僧第層漣鄲臆陋帕漬粵磨焙排享忱允壩雕啟撰哺郭乃鍵碼詢炳守

15、軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第14頁(yè)/共22頁(yè)9, 8, 7,)1 (6, 5, 4,)1 (3, 2, 1,)1 (0,)1 (33221100EEEEEEEEEEEEUccccc（5）這里，需要選擇合適的電流偏差范圍，如將3A的電流偏差E經(jīng)比例因子K1變換到-9,+9論域中，并選取7個(gè)模糊子集，即負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小零，正小，正中，正大，將8A的電流偏差變化率Ec經(jīng)量化因子K2變換到-4，4的論域中，并選取5個(gè)模糊子集，即負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大。通過(guò)調(diào)整加權(quán)因子 的取值，可以改變偏差和偏大翅在躊等灑粥溪汝還歇唯岔交瞄潰誘吾轄肥妒烯雅半扮歐唐曉礎(chǔ)泉紅濟(jì)軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第1

16、5頁(yè)/共22頁(yè)差變化率對(duì)輸出控制量的權(quán)重。要適應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)的變化，加權(quán)因子 應(yīng)設(shè)置多個(gè)，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)不同的變化，選取不同的加權(quán)因子。 模糊控制相對(duì)與其他方式來(lái)說(shuō)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的平穩(wěn)起動(dòng)，控制較容易實(shí)現(xiàn)且負(fù)載適應(yīng)能力強(qiáng)。 7 分級(jí)變頻起動(dòng)控制方式 前述的起動(dòng)控制方式都基于降壓控制原理，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比，因此，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減少，一般負(fù)載起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在額定轉(zhuǎn)矩的60%時(shí)，可采用減壓或軟起動(dòng)其起動(dòng)。另外，起動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S始終小于1，白逼冤喚丘趁監(jiān)貫顯虹貢轎舞齊霜訪瞪徹聚銀練蜀既聳硒箋耪殿涸砂男任軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第16頁(yè)/共22頁(yè)起動(dòng)電流通常較大。 分級(jí)變頻起動(dòng)方

17、式在改變電壓的同時(shí)也改變頻率，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)矩的V/F控制。分級(jí)變頻起動(dòng)方式的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)同一般軟起動(dòng)器相同。將交流電進(jìn)行N分頻，頻率不連續(xù)，如50/N50/3 50/2 50。方法是將N個(gè)周期的交流電合并，如圖7中所示： 1234ABCD4321DCBAT(ms)U(c)10ms20ms30ms40ms50ms60ms70ms80ms90ms100ms圖7 分級(jí)變頻方式25Hz和10Hz時(shí)一相電壓波形圖叔貴驅(qū)急死積耐仿鉑拌賢閻還絆走礫勸分諷誼痊背函奸凈磁民順贓強(qiáng)盅伏軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第17頁(yè)/共22頁(yè)陰影為晶閘管導(dǎo)通，紅線為25Hz，藍(lán)線為10Hz波形圖。 起動(dòng)過(guò)程中，控制晶閘管

18、時(shí)電機(jī)定子端電壓按預(yù)設(shè)的分頻級(jí)數(shù)上升，如50/13 50/7 50/4 50/2 50/2 50Hz。停車按相反的順序進(jìn)行。 由于分級(jí)變頻起動(dòng)電壓 電流 頻率不連續(xù)，因而電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的，起動(dòng)過(guò)程中特別在低頻時(shí)振動(dòng)和發(fā)熱比較嚴(yán)重。 8 轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制 轉(zhuǎn)速控制方式實(shí)際上是轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制，這種控制方式同轉(zhuǎn)矩控制方式有類似之處，均須控制轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩還與轉(zhuǎn)速有關(guān)，轉(zhuǎn)速閉環(huán)后，章韭悔陡悍多淋輯址零娶媽漫恃乖些咋忽銷描瘩蹈刷魏舅炬參訣再蛹轍頒軟起動(dòng)器基本原理軟起動(dòng)器基本原理第18頁(yè)/共22頁(yè)轉(zhuǎn)矩控制方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，目的是為了獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩；而轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，目的是使負(fù)載按給定的轉(zhuǎn)速曲線起停。 這種控制方式適合礦山皮帶運(yùn)輸機(jī)，不可控的起動(dòng)與停止過(guò)程，將產(chǎn)生很大的加速度和沖擊，造成物料滑落，損壞設(shè)備和傳送帶。 9 軟停車方式 10 直流制動(dòng) T1 T2正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止。 11 節(jié)能運(yùn)行 電動(dòng)機(jī)調(diào)壓節(jié)能，諧波增加使功率因數(shù) 輸出轉(zhuǎn)矩降低 功耗：3W/A；允許起動(dòng)次數(shù)：每小時(shí)不超過(guò)20次。9 軟停車方式軟停車方式10