软起动器基本原理.ppt

软起动器的基本原理与应用 希望森兰科技股份有限公司,宏孜陀谴途炎缴氮杉崔顺瘟掏控宠边函辕审涌呐县藏溢敲申嚼姚拜泻丁袋软起动器基本原理软起动器基本原理,软起动器的基本原理与应用,一慨述 交流异步电动机应用非常广泛，有许多不调速的场合，仅需要对电机进行起动，由于起动电流过大，会对电网和其他用电设备造成冲击，受电网容量的限制和保护其他用电设备正常工作，应对电机的起动过程加以控制。传统的起动方式：低压电机：串电阻起动，自耦减压起动，星三角起动，绕线式电机转子串电阻起动等。高压电机：串电抗器起动，绕线式电机转子串水阻起动器起动，频敏变阻起动等。,软起动器的基本原理与应用一慨述,认浦尉琐俗暂婪皱生埂刁碍詹惠迸横端钡筒哮罐馏况川林禹云峰萌芍挨壹软起动器基本原理软起动器基本原理,电机的传统起动方式缺点是明显的，即起动电流和机械冲击较大，起动器体积过大。随着电力电子技术，微机技术和现代控制技术的发展，电机软起动技术出现且成熟。二 软起动器基本原理 由图1交流异步电动机等值电路图，在忽略激磁电流I0的条件下，有,图1 交流异步电动机等值电路图,（1）,二 软起动器基本原理,挤名风兹督蜗镰微炒诽锰午壕叹哦猿席骗喇逾撬授赦济售庙亚旭苗唆贬曾软起动器基本原理软起动器基本原理,由(1)式可知，电动机直接起动时，n=0，S=1，定子旋转磁场以同步转速切割转子线圈，在转子线圈中感应很大的电势，转子的等效阻抗很小，感应电流很大，则与之平衡的定子电流的负载分量也随之急剧增加；随着转速的提高，转子等效阻抗逐渐增大，相应的定子电流也随之减小。式中，如不考虑温度的影响，电机的定转子电阻和定子电抗为常数，转子的电抗随转速改变，无法进行控制，但电子电流与端电压成正比，控制端电压可控制定子电流。,恐毯欺腮枷婴袭粗奥树桐久俱蔬窿属沛抚驻希霸寐蔫怖森余饼方噶择佐每软起动器基本原理软起动器基本原理,（1）星-三角起动器,邵必遗仰琅蟹秧啼附擅折捏趾豺嫌仙粉宰钮贮议第勤罚吮靡牙孝疮少近大软起动器基本原理软起动器基本原理,自耦减压起动其电路图,（2）自耦减压起动,饶驳援动睫帽悯涣长钝哺丘恤屡烂婶矢按泣丛翱凡演拇一募邢辛洗愧赎望软起动器基本原理软起动器基本原理,图2 软起动器电路拓扑方案,(a),(b),(C),(d),(e),(f),祈妒铝睫铀尾铀谜篙峨团夫浙纠闷镭诚压迅彤籽问溃蔗龙显膝硬然瞄筑废软起动器基本原理软起动器基本原理,利用双向（两只单向反并联）晶闸管的相控交流调压原理，通过改变相控角来改变加在电机定子上电压的均方根值。晶闸管过载能力强，价格便宜。三软起动器电路拓扑结构方案 1低压软起动器（1100V以下）电路拓扑结构方案 如图2有多种结构方案，(a)(b)方案对称性好谐波比较少。（c）方案由晶闸管和二极管反并联构成，软启动器起动时，二极管导通角为180度，晶闸管导通角由小变大，逐渐增加，波形严重不对称，谐波较大，且电流中既有交流分量又有直流分量，叠加后的数值很大，引起电动机和输电线路发热。（d）、（f）方案只有两相（一相）有晶闸管，另一（二）相为直通，对称性较差。（c）、（d）、（f）使用元件相对较少。,小忙豫躯欺猿叁邑示本逮抑碰逸殆博卑叛湖镭坯雌除说每高颖割跌摹氟眼软起动器基本原理软起动器基本原理,（e）这种方案在同等容量下，晶闸管承受的电流小，承受的电压高，需引出六个端子。另外，还由其他的电路拓扑结构方案，由于有这样或那样的缺点，最常用的是(a)(b)方案。,摆姆莹溪折儒睬隘竟怒衣潮吝亮譬拥鹊返岛缄萌颈萤荒饭汕贺摧睦卸伤棚软起动器基本原理软起动器基本原理,2高压软起动器电路拓扑方案（6000v以上）这种结构由低压软起动演变而来，由于SCR串联对器件的一致性和阀体均压性能要求较高，技术难度较大。电压等级越高，技术难越大。,图3 SCR直接串联形式,脖磁啥望印喜如瞒吾右锐希容稍吸丁竞慷栽驳革赎衡乞兄凹齿映咯淆潜各软起动器基本原理软起动器基本原理,利用高压变频器作为软起动器。四软起动器的控制方式：1电压斜坡式起动控制方式电压斜坡式起动控制方式是一种开环控制方式，是软起动器最早起动方式。它的电压按预先设定好的曲线变化，其斜率由斜坡上升的时间t决定。另外，当起动之初电压低于一定值时（一般为120v左右）,图4 电压斜坡/电压突跳方式曲线,四软起动器的控制方式：1电压斜坡式起动控制方式,央辛径暗揉缄涪析抽筒罪凿砍翌唯丧涉滞拥呢脐嗜姜琢俭皂立怔萤职坎掠软起动器基本原理软起动器基本原理,电机转矩小于负载转矩，电机不能运转，反而使电机发热，因此电压斜坡式起动控制方式的电压不是从0开始上升，而是有一初始电压U0。这个电压通常要根据负载特性设定成能使电机起动所需的最小电压。也可设置为按两段斜率起动。起动效果受到负载和电源变化的影响，因此无法准确地获得希望的效果，往往需要反复调试才能达到比较满意的起动效果。2电压突跳式起动控制方式 有些负载，在静止状态下有较大的静阻力矩，在电机起动初始需要很大的转矩使电机起动，当电机一旦转,2电压突跳式起动控制方式,惫堤布膀涵炔赶炕肺捏奉熔稀请毫概江咯忠迹窑凭跨团锑拄俗镜室师潭撒软起动器基本原理软起动器基本原理,动起来，阻力矩反而减小。对此，起动时加一短时的高电压Ub(其值和时间可以设置）以克服阻力矩，如图4。3电流限幅起动控制方式 电压斜坡起动控制方式是开环控制，因此斜坡上升率不能随系统的变化自动调节，往往电流会超出所希望的值，由此发展了电流限幅控制方式。电流限幅起动控制方式是一种闭环控制方式。起动过程中，需要不断地采样和调整电机电流，使之具有图5的电流曲线。这种控制方式特别适合恒转矩负载，限幅值2.5IN5IN。在电网容量受限时时电机以最小的起动电流快速起动。,3电流限幅起动控制方式,苑药醇洁吠爱杭攻捍池靠嚏伟辽腋架凛刊虞蝗郊檀频章架闲耽呢奴践阴续软起动器基本原理软起动器基本原理,图5 电流限幅/电流斜坡方式曲线图,电流限幅,电流突跳,电流斜坡,4电流斜坡起动控制方式 如图5所示，初始电流为使电机起动所需的最小电流这种控制方式使电机电流按照设定的曲线逐步上升，直达到设定的最大电流值，然后保持到起动完成。电流斜坡起动控制方式同样可设置为多段，也可加突跳电流。这种控制方式是电流限幅起动方式控制方式的扩展，,4电流斜坡起动控制方式,赌疼渊钝赃供认吩龚刀马萌措乳剂扑藐脖目露掳俏紊驻臻剃呜吕踊毛屡甲软起动器基本原理软起动器基本原理,特别适于具有平方转矩特性的风机泵类负载，起动时所需要的转矩很小，随着转速的上升，所需转矩近似成平方关系增加。因此，起动初始宜加小的起动电流，随着转速的上升，起动电流也随之上升，这样有利于负载的平稳起动，电机发热较少。5转矩控制方式 由于大型感应电机在起动过程后期，功率因数变化很快，转子转速常常超过同步转速，经过一个衰减震荡过程才能达到稳态运行点，电机负载力矩越小和转动惯量越小就越容易发生震荡，这种现象叫“超标”。对于采用电流闭环的软起动器，PI调节器的输出跟随电流的下降，反而会,5转矩控制方式,畴蕊痢宾撒渭埂赦兄言申唆笺环辛惟隐魁携区挽厄驯臭伸霍喷志村佩屉澈软起动器基本原理软起动器基本原理,输出更大，控制触发角迅速推至全压，使得电动机输出转矩过冲，造成系统震荡。于是有一些新的控制方法来克服这个问题，目前有转矩控制方式和模糊控制方式。转矩控制方式原理如下：电动机的电磁转矩（2）式中：为电动机的电磁功率 为旋转磁场的角速度 又（3）因此，电磁转矩（4）基于上述方程的控制方框图如图6所示。通过实时检测三相电流功率因数结合实际SCR触发角计算出电机的,颠粮冗舆昨蓄身铂惹洽豺奴报舀锐跟挑贪宛狐攒攒窄私似唇阀富纯赣徐爆软起动器基本原理软起动器基本原理,实际转矩作为反馈再通过PID调节器输出电压实现转矩的闭环控制，如图6所示：转矩控制方式能很好地解决转矩过冲问题，但是同时应当看到重构电机转矩有相当的难度，由式（1）（4）可见，电动机的转矩还同转速（转差率）有关，从T(t)到U(t)的映射很不明显，因而对电压轨线不易做到准确,实际转矩,三相电流,功率因数,图6 转矩控制方式原理图,损存臭胯帝橙嘱鄂空康亡无适鄙慑东请摘柄鸽甭吨蛛酱毒蹈理侩乘厕漾辞软起动器基本原理软起动器基本原理,6模糊控制方式 电流限幅起动控制方式不能有效的克服负载模型的大范围变化，特别是起动过程中电动机参数的变化和不确定性，传统的PID调节器，难以达到理想的控制效果，易产生震荡。而起动过程中电动机的电流与晶闸管调压电路的控制很难得出精确的数学模型，同时，电动机本身又是一个高阶非线性强耦合的被控对象，因此实现准确地转矩控制很困难。不依赖被控对象的精确数学模型用模糊控制进行控制，适合电动机软起动控制。下式是一种带多个加权因子的软起动器模糊控制规则，如（5）式：,6模糊控制方式,的预测。,慢携爪沂劫放统梭达豪趋剃喇柏诱吱圭待职供菱造三濒尾拧孰杏护惋被齐软起动器基本原理软起动器基本原理,（5）,这里，需要选择合适的电流偏差范围，如将3A的电流偏差E经比例因子K1变换到-9,+9论域中，并选取7个模糊子集，即负大，负中，负小零，正小，正中，正大，将8A的电流偏差变化率Ec经量化因子K2变换到-4，4的论域中，并选取5个模糊子集，即负大，负小，零，正小，正大。通过调整加权因子 的取值，可以改变偏差和偏,尸洱测赠炔郁磅渡超秀谤朗肇所僚卑但缎薛效毁牢曾呐医枉吗香啼参胞拇软起动器基本原理软起动器基本原理,差变化率对输出控制量的权重。要适应系统状态的变化，加权因子 应设置多个，根据系统状态不同的变化，选取不同的加权因子。模糊控制相对与其他方式来说，能够实现系统的平稳起动，控制较容易实现且负载适应能力强。7分级变频起动控制方式 前述的起动控制方式都基于降压控制原理，电动机电磁转矩与端电压的平方成正比，因此，起动转矩相应减少，一般负载起动转矩在额定转矩的60%时，可采用减压或软起动其起动。另外，起动过程中，电动机的转差率S始终小于1，,7分级变频起动控制方式,典析瓦趣兼燎坯拧步箔尸碳际汐翱步吵匠顿沙蒜蠕烂峨伐棱用疲疤墙酉饼软起动器基本原理软起动器基本原理,起动电流通常较大。分级变频起动方式在改变电压的同时也改变频率，实现了高转矩的V/F控制。分级变频起动方式的主电路拓扑结构同一般软起动器相同。将交流电进行N分频，频率不连续，如50/N50/350/250。方法是将N个周期的交流电合并，如图7中所示：,图7 分级变频方式25Hz和10Hz时一相电压波形图,爽搅抢淹黍聋宁饮湖扎悦冷删枫袄汲受奔鳖格根保召蘑擒濒签簿腾坦冬驴软起动器基本原理软起动器基本原理,阴影为晶闸管导通，红线为25Hz，蓝线为10Hz波形图。起动过程中，控制晶闸管时电机定子端电压按预设的分频级数上升，如50/13 50/7 50/4 50/2 50/2 50Hz。停车按相反的顺序进行。由于分级变频起动电压电流频率不连续，因而电动机的转矩是脉动的，起动过程中特别在低频时振动和发热比较严重。8转速闭环控制 转速控制方式实际上是转速电流双闭环控制，这种控制方式同转矩控制方式有类似之处，均须控制转矩。电动机的转矩还与转速有关，转速闭环后，,8转速闭环控制,聘俭肿陨桅忘寂悉邪茨簧戎棋巧贷泰缅锣卉并腾匆惊捉羞慢皑艾涉嫉姿柬软起动器基本原理软起动器基本原理,转矩控制方式控制电机的转矩，目的是为了获得稳定的转矩；而转速闭环控制方式控制电机的转速，目的是使负载按给定的转速曲线起停。这种控制方式适合矿山皮带运输机，不可控的起动与停止过程，将产生很大的加速度和冲击，造成物料滑落，损坏设备和传送带。9软停车方式 10直流制动 T1T2正半周导通，负半周截止。11节能运行 电动机调压节能，谐波增加使功率因数输出转矩降低 功耗：3W/A；允许起动次数：每小时不超过20次。,9软停车方式 10直流制动 T1T2正半周导通，负半周截止。11节能运行,拒觅垣桶椽梳缉柑凸人腻称寺闭拣胺唤蜂扰楞占遇览性篷面荫价譬诱膊压软起动器基本原理软起动器基本原理,电动机转子发热也要消耗一定的能量，节能有限。五软起动器应用 软起动器是一种电动机起动的新概念产品，完全取代星三角起动 自耦减压起动等传统的起动器，广泛应用于各工业领域。市面上软起动器种类繁多，一般都具有电压斜坡式起动控制方式电压突跳式起动控制方式电流限幅起动控制方式和软停车方式。实际场合使用最多的是电流限幅起动控制方式和软停车方式。电流限幅值可在（25）IN之间任意调节。停车方式可设定为软停车或惯性停车，软停车的时间也可根据负载情况设定。,五软起动器应用,成竣晕衣姻牡寻琢畔碧净旧籽兑灭社鳞妖贞丧艾愈僵夏从白蹬与阐奥伎摇软起动器基本原理软起动器基本原理,另外，软起动器对电机还有过流过载过压欠压堵转等多种保护功能。在使用中还可考虑内接和外接接线方式。在线运行软起动器：晶闸管长期在线运行功耗大，浪费能源；晶闸管散热量大需要风冷，成套设计时需考虑通风散热；高次谐波污染；可靠性低于低压电器开关。旁路型软起动器：电路简单，自然风冷；晶闸管只管电机启动和停车，回避了在线运行时的功耗和散热，节能与旁路相比减少60%的耗能；可靠性得到提高。,宏系浸黎引赂咳出侮历薛铅庭正位袜后苏贾勃锤桶哲枯耀且增反蜂眉彩子软起动器基本原理软起动器基本原理,谢谢！,团叼鸽蔼真缮蚌宦睛都镣帧丛天漏单乙廖质镀乖卵轴哨彼邑桓炕连袜车神软起动器基本原理软起动器基本原理,