軟啟動(dòng)器總結(jié)

-.z軟啟動(dòng)器軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱(chēng)為SoftStarter。利用晶閘管的電子開(kāi)關(guān)特性，通過(guò)軟啟動(dòng)器中的控制元件，控制晶閘管觸發(fā)脈沖的出現(xiàn)時(shí)刻來(lái)改變觸發(fā)角的大小，從而改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，最終改變加到電機(jī)定子繞組的三相電壓的大小。軟啟動(dòng)是通過(guò)采用降壓、補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)手段，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)及機(jī)械負(fù)載的平滑啟動(dòng)，減少啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響程度，使電網(wǎng)和機(jī)械系統(tǒng)得以保護(hù)。軟起動(dòng)器的特點(diǎn):(1)起動(dòng)電流以一定的斜率上升至設(shè)定值,對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊。(2)起動(dòng)過(guò)程中引入電流負(fù)反響,起動(dòng)電流上升至設(shè)定值后,即維持恒定值,使電機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)。(3)不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響,由于軟起動(dòng)以電流為設(shè)定值,電網(wǎng)電壓上下波動(dòng)時(shí),通過(guò)增減晶閘管的導(dǎo)通角,調(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓,仍可維持起動(dòng)電流恒值,保證電機(jī)正常起動(dòng)。(4)針對(duì)不同負(fù)載對(duì)電機(jī)的要求,可以無(wú)級(jí)調(diào)整起動(dòng)電流設(shè)定值,改變電機(jī)起動(dòng)時(shí)間,實(shí)現(xiàn)最正確起動(dòng)時(shí)間控制。1．電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題異步電機(jī)在起動(dòng)時(shí),如果施加額定電壓,則起動(dòng)電流將到達(dá)7~10Ie。除了小型電機(jī)外,一般都采用降壓起動(dòng)的方式。傳統(tǒng)的方式有Y-△起動(dòng),串電抗器降壓起動(dòng),自耦變壓器降壓起動(dòng)、延邊三角形起動(dòng),上述種種方式,在起動(dòng)過(guò)程中,都有一個(gè)線圈電壓切換過(guò)程,因而對(duì)電網(wǎng)存在兩次沖擊,軟起動(dòng)器則不存在該現(xiàn)象。2．軟啟動(dòng)器方式電機(jī)的軟啟動(dòng)方式有斜坡恒流軟啟動(dòng)、轉(zhuǎn)矩控制軟啟動(dòng)、階躍軟啟動(dòng)、電壓控制軟啟動(dòng)和轉(zhuǎn)矩加突跳控制軟啟動(dòng)。圖1為斜坡恒流〔限流〕軟啟動(dòng)原理圖。這種啟動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的初始階段啟動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流到達(dá)預(yù)先所設(shè)定的值Im后保持恒定，啟動(dòng)過(guò)程中輸出電壓一直增大，電機(jī)持續(xù)加速到額定速度，當(dāng)速度到達(dá)額定值后啟動(dòng)完畢，用旁路器切除軟啟動(dòng)器，電機(jī)電流恢復(fù)到額定值IN。啟動(dòng)過(guò)程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定的。這種啟動(dòng)方式最大的優(yōu)點(diǎn)是：電流上升速率大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)時(shí)間短。圖1限流啟動(dòng)原理圖〔2〕圖2為軟啟動(dòng)器轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)原理圖。如果電動(dòng)機(jī)帶重載啟動(dòng)，采用轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)將會(huì)表達(dá)出巨大的優(yōu)勢(shì)。轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩受到線性控制，從一個(gè)較小的值Tst逐漸增大，直到增大到最大值Tem，隨著電機(jī)啟過(guò)程的完畢，轉(zhuǎn)矩降至額定值TN并保持不變。從圖中的啟動(dòng)曲線來(lái)看，曲線過(guò)度平滑，柔性好，能夠很好的保護(hù)負(fù)荷，延長(zhǎng)拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。采用這種啟動(dòng)方法有效減小了啟動(dòng)電流，可使電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊降到最低。但這種啟動(dòng)方式也有明顯的缺乏，從啟動(dòng)曲線上明顯看出電機(jī)從啟動(dòng)開(kāi)場(chǎng)到轉(zhuǎn)矩上升到最大值所用的起動(dòng)時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)要求啟動(dòng)迅速的生產(chǎn)系統(tǒng)并不適用。圖2轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)原理〔3〕圖3為斜坡電壓軟啟動(dòng)原理圖。啟動(dòng)時(shí)輸出電壓迅速升至U0〔電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓值，此時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩剛好保證電機(jī)啟動(dòng)，為最小值〕，隨著啟動(dòng)過(guò)程的進(jìn)展電壓逐漸升高到額定值UN，啟動(dòng)完畢，用旁路器切除軟啟動(dòng)器。圖3斜坡電壓?jiǎn)?dòng)原理這種啟動(dòng)方式最簡(jiǎn)單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使電壓與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點(diǎn)是，由于不限制啟動(dòng)電流，在電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，對(duì)于特殊的負(fù)荷有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，而且對(duì)電網(wǎng)沖擊較大。同時(shí)，開(kāi)場(chǎng)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩很小，電機(jī)的負(fù)荷很大，長(zhǎng)期應(yīng)用容易燒壞電機(jī)，實(shí)際生產(chǎn)控制中很少應(yīng)用?！?〕圖4為階躍啟動(dòng)控制原理圖，這種啟動(dòng)方式開(kāi)場(chǎng)時(shí)，很短的時(shí)間t1內(nèi)電流迅速上升到stI′，再繼續(xù)啟動(dòng)。Ist為全壓?jiǎn)?dòng)電流值，IN為額定值。采用這種方式啟動(dòng)時(shí)間短，但沖擊大。圖4階躍啟動(dòng)控制原理〔5〕圖3-14為轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)原理圖，轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)方式類(lèi)似，主要用于通風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載。不同之處在于啟動(dòng)開(kāi)場(chǎng)后很短的一個(gè)時(shí)間t1內(nèi)〔100ms左右〕施加一個(gè)脈沖電壓造成轉(zhuǎn)矩突然增大〔轉(zhuǎn)矩突跳〕，以此來(lái)抑制大負(fù)載的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，然后再和轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)方式一樣，電機(jī)轉(zhuǎn)矩繼續(xù)平滑上升，直至啟動(dòng)過(guò)程完畢，這種控制方式可有效縮短啟動(dòng)的時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)反響一定的尖脈沖，造成電網(wǎng)波動(dòng)，干擾其它負(fù)荷的正常運(yùn)行。圖5轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)原理從上面軟啟動(dòng)器各種啟動(dòng)情況來(lái)看，軟啟動(dòng)器除了完全能夠滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)的要求，抑制了因降壓?jiǎn)?dòng)帶來(lái)的轉(zhuǎn)矩缺乏和二次電流沖擊問(wèn)題。啟動(dòng)開(kāi)場(chǎng)時(shí)無(wú)論采取哪種方式，軟啟動(dòng)器實(shí)際上是靠將自身電壓以斜坡式從零抬升至最大值。由于電機(jī)轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，軟啟動(dòng)器連接的電動(dòng)機(jī)無(wú)法從一開(kāi)場(chǎng)就獲得最大轉(zhuǎn)矩。3．軟啟動(dòng)原理軟啟動(dòng)按限流器件不同可分為：以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟啟動(dòng)；以電解液限流的液阻軟啟動(dòng)；以晶閘管為限流器件的晶閘管軟啟動(dòng)。下面主講晶閘管啟動(dòng)方式?！?〕晶閘管軟啟動(dòng)工業(yè)上使用的軟啟動(dòng)器內(nèi)部構(gòu)造多采用圖6所示的三相交流調(diào)壓電路，該電路是由三組反并聯(lián)的晶閘管或三只雙向晶閘管并聯(lián)組成，電源通過(guò)三相交流調(diào)壓電路向電機(jī)供電。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)觸發(fā)電路改變?nèi)嘟涣髡{(diào)壓電路中各只晶閘管的觸發(fā)角來(lái)改變電路的輸出電壓，隨著輸出電壓的改變，電機(jī)的定子電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等物理量也將發(fā)生改變，開(kāi)場(chǎng)啟動(dòng)過(guò)程。隨著調(diào)壓電路輸出的電壓逐漸增加，電機(jī)的速度也越來(lái)越快，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速到達(dá)額定值時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程完畢，此時(shí)利用旁路器切除軟啟動(dòng)器，電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。交流調(diào)壓電路中的晶閘管的控制方式有兩種：一是將晶閘管作為這樣一種開(kāi)關(guān)，在電源電壓每一周期中，在選定的時(shí)刻內(nèi)將負(fù)載電路與電源接通，改變選定的時(shí)刻可到達(dá)調(diào)壓的目的。這種控制方式被稱(chēng)為相位控制方式；二是把晶閘管作為開(kāi)關(guān)，將負(fù)載電路與電源接通幾個(gè)周波，然后再斷開(kāi)一定周波數(shù)。通過(guò)改變接通時(shí)間與切斷時(shí)間之比即周波控制方式來(lái)調(diào)壓，從而到達(dá)調(diào)壓的目的。這種控制方式被稱(chēng)為通-斷控制方式。圖6三相交流調(diào)壓電路主電路〔2〕晶閘管觸發(fā)角的推導(dǎo)和其它晶閘管電路類(lèi)似，負(fù)載性質(zhì)決定了交流調(diào)壓電路的工作情況。因此把電機(jī)等效成阻感性負(fù)載進(jìn)展分析。三相交流調(diào)壓電路可以看作是由三個(gè)單相交流調(diào)壓電路并聯(lián)組成的，就以單相交流調(diào)壓電路的觸發(fā)角為例進(jìn)展推導(dǎo)，以此來(lái)證明三相交流調(diào)壓電路的觸發(fā)角特點(diǎn)。當(dāng)單相交流調(diào)壓電路負(fù)載為交流電機(jī)這一類(lèi)阻感性負(fù)載時(shí)，晶閘管的工作情況與具有電感負(fù)載的整流電路類(lèi)似。當(dāng)電源電壓過(guò)零時(shí)，由于電感的存在，電流還未到零，晶閘管還不能關(guān)斷，需要滯后一個(gè)阻抗角()φ=arctanωLR，電流才能到零。晶閘管VTl、VT2的導(dǎo)通角θ的大小與控制角α和負(fù)載阻抗角φ有關(guān)，下面按兩種情況進(jìn)展分析。a)當(dāng)α﹥?chǔ)諘r(shí)當(dāng)控制角為α?xí)r，晶閘管導(dǎo)通時(shí)電壓波形初相角為α。這時(shí)通過(guò)晶閘管VTl的電流有兩個(gè)分量，即穩(wěn)定分量i1和自由分量i2。式中τ=L/R為自由分量衰減的時(shí)間常數(shù)。通過(guò)晶閘管的負(fù)載電流i0為隨著電壓下降過(guò)零進(jìn)入負(fù)半周，電路中的電感能量釋放完畢，管子電流到零關(guān)斷。取ωt=0時(shí)管子導(dǎo)通，ωt=θ時(shí)管子關(guān)斷，θ即為管子的導(dǎo)通角。當(dāng)ωt=θ，i0=0。從上式可得：可推導(dǎo)出各角之間的關(guān)系。當(dāng)α>φ時(shí)，θ<180。對(duì)交流調(diào)壓器來(lái)說(shuō)其負(fù)載電路處于電流斷續(xù)狀態(tài)。其電壓輸出的有效值為：b〕當(dāng)α≤φ時(shí)當(dāng)α=φ時(shí)，從公式〔3-2〕可得出負(fù)載自由分量i2=0。把它帶入公式可求得晶閘管的導(dǎo)通角θ=180。所以通過(guò)兩個(gè)晶閘管的負(fù)載電流值為:這時(shí)的電流波形是一個(gè)完整的正弦波，但此時(shí)晶閘管已經(jīng)失去了控制作用，負(fù)載電流處于連續(xù)狀態(tài)。此時(shí)相控的作用已經(jīng)完全失去了。當(dāng)α<φ時(shí)，從公式〔3-中，可得出當(dāng)ωt=0時(shí)，負(fù)載電流的穩(wěn)態(tài)分量變?yōu)樨?fù)值，自由分量變?yōu)檎?，晶閘管的導(dǎo)通出現(xiàn)了大于180°的情況。如果觸發(fā)晶閘管的是窄脈沖，則ωt=0時(shí)，α=0觸發(fā)VTl后，當(dāng)ωt=π時(shí)去觸發(fā)VT2時(shí)，由于VTl還沒(méi)有關(guān)斷，VT2無(wú)法導(dǎo)通。待VT1電流到零關(guān)斷，VT2的觸發(fā)脈沖已經(jīng)不復(fù)存在，VT2還是無(wú)法導(dǎo)通。當(dāng)ωt=2π時(shí)，VT1又觸發(fā)導(dǎo)通。這樣使得負(fù)載上正負(fù)半周的電壓不相等，回路中將出現(xiàn)直流分量，電路將無(wú)法工作。根據(jù)以上分析，可以得到結(jié)論：交流調(diào)壓電路帶阻感性負(fù)載時(shí)移相*圍應(yīng)當(dāng)控制在φ<α<180。這樣做的目的是為了電路的穩(wěn)定與可靠，晶閘管觸發(fā)電路應(yīng)使用寬脈沖觸發(fā)信號(hào)以防止出現(xiàn)無(wú)法工作的情況。4．基于AT89C51的晶閘管觸發(fā)電路〔1〕硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路以ATMEL公司的AT89C2051單片機(jī)為核心，包括晶閘管過(guò)零檢測(cè)電路、控制器投切命令電路、脈沖隔離放大電路等幾局部組成，硬件框圖如圖7所示。圖7硬件框圖〔2〕過(guò)零檢測(cè)電路晶閘管投入電容器的時(shí)刻，也就是晶閘管開(kāi)通的時(shí)刻，必須是電源電壓與電容器殘壓的幅值和相位一樣的時(shí)刻嗍。因?yàn)楦鶕?jù)電容器的特性，當(dāng)加在電容上的電壓有階躍變化時(shí)，將產(chǎn)生沖擊電流，會(huì)損壞晶閘管且給所在電力系統(tǒng)帶來(lái)高頻振蕩等不利影響。所以設(shè)計(jì)了晶閘管過(guò)零檢測(cè)電路來(lái)解決殘壓測(cè)量的難題。晶閘管過(guò)零檢測(cè)電路如圖8所示。圖8過(guò)零檢測(cè)電路當(dāng)電源電壓與電容器的殘壓相等時(shí)，晶閘管上電壓為零．光電耦合器就會(huì)輸出下降沿負(fù)脈沖至單片機(jī)INTO、INT1管腳，如果此時(shí)控制器投入指令存在，此脈沖就會(huì)經(jīng)過(guò)一系列環(huán)節(jié)，產(chǎn)生脈沖串去觸發(fā)晶閘管，保證晶閘管的導(dǎo)通，平穩(wěn)投入電容器；當(dāng)電源電壓與電容器的殘壓不相等時(shí)，晶閘管上電壓不為零．光耦導(dǎo)通．接到單片機(jī)的INT0、INT1呈高電平，在軟件中設(shè)置此種情況不產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，晶閘管呈關(guān)斷狀態(tài)?！?〕晶閘管觸發(fā)主電路晶閘管觸發(fā)主電路如圖5所示。電路以AT89C2051單片機(jī)為核心．采用8M晶振定時(shí)器工作方式。PIEl用作觸發(fā)晶閘管的脈沖輸出，P3口用作晶閘管過(guò)零信號(hào)檢測(cè)。其管腳具體連接見(jiàn)圖9。其工作過(guò)程是：當(dāng)單片機(jī)通過(guò)投切命令電路接到電容器投人指令時(shí)，P1．0ORDER管腳會(huì)呈高電平。此時(shí)檢測(cè)電路檢測(cè)晶閘管是否過(guò)零，當(dāng)檢測(cè)到晶閘管過(guò)零時(shí)，單片機(jī)INT0、INT1管腳會(huì)觸發(fā)中斷，單片機(jī)進(jìn)人脈沖中斷程序，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖．在單片機(jī)P1口輸出去驅(qū)動(dòng)脈沖問(wèn)。單片機(jī)輸出的觸發(fā)脈沖信號(hào)為高頻調(diào)制脈沖，所以脈沖變壓器采用高頻變壓器，體積小，不發(fā)熱，易安裝，二極管均采用快速二極管fl1。工作原理是：當(dāng)單片機(jī)高頻脈沖輸出時(shí)，三極管立即進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，由于電容cq的瞬間短路作用，使得脈沖變壓器的原邊得到信號(hào)為+24V的尖峰脈沖，它可以用作晶閘管的