基于施耐德软启动器实验

1、景德镇陶瓷学院景德镇陶瓷学院20142014 年第二学期年第二学期基于施耐德软启动器的实验基于施耐德软启动器的实验班班 级级: 10 届届 机机 电电 一一 体体 化化姓姓 名名: 程伟坚程伟坚 2引言随着电力电子技术的快速发展，智能型软起动器得到广泛应用。智能型软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电机控制装备，又称为 Soft Starter。它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。此外，它还具有多种对电机保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。本论文主要涉及 施耐

2、德 AT01N206QN软启动器工作原理、内部结构、参数、 电机的组合等。关键词关键词： 软启动器 施耐德 组合3目目录录 引言.21 前言.42 软启动器原理 .42.1 软启动器及其工作原理.42.2 软启动器启动方式 .42.3 软启动器的四种运行状态.52.4 软启动器的四种停机方式 .62.5 软启动器的接线方案 .73 软启动器硬件结构 .73.1 软启动器硬件构成图.73.1 晶闸管的驱动电路.84 施耐德软启动器 .94.1 AST01N203QN 软启动器 .94.2 接线图 .104.3 软启动器实验测试 .125 结束语 .15参考文献 .1541、前言软启动器是一种集软

3、启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备。实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的各种参数，如限流值、启动时间等。主要是由串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路构成。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。2 软启动器原理2.1 软启动器及其工作原理软启动器是一种用来控制三相交流电动机的专用产品，它实现了交流电动机的软启动、软停车、轻载节能和多种保护，其功能完善，性能优越，能够满足工业电机控制的需要，是传统 Y/启动和自耦变压器启动控制方式的理想换代产

4、品。软启动器采用三相反并联晶闸管（SCR）作为调压器，将其接入电源和电机定子之间，这种电路如三相全控整流电路。软启动器启动电机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机的转速逐渐加速，直到晶闸管全部导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免了启动时过流跳闸，待电动机达到额定转速时，启动过程结束。软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管5的热损耗，延长软启动器的使用寿命及提高其工作效率。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转速逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。2.2 软启动器启动方式

5、软启动器一般有下面几种启动方式：(1) 斜坡升压软启动 输出电压由小到大斜坡线性上升，将传统的有级降压起动变为无级降压起动，主要用于重载起动。它的缺点是起动转矩小，转矩特性呈抛物线形上升，对起动不利； 起动时间长，对电机不利。改进的方法是采用双斜坡起动:输出电压先迅速升至 U，为电机起动所需的最小转矩所对应的电压值。然后按设定的速率逐渐升压，直至达到额定电压。初始电压及电压上升率可根据负载特性调整。这种起动方式的特点是起动电流相对较大，起动时间相对较短3。斜坡升压软起动原理图如图 1。(2) 斜坡恒流软启动 这种启动方式是在电动启动的前阶段电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直到

6、启动完毕。启动过程中，电流上升变化速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则启动转矩大，启动时间短。这种启动方式的优点是起动电流小，且可以按需要调整起动电流的限定值，缺点是由于在起动时难以知道起动压降，不能充分利用降压空间，会损失起动力矩。该启动方式是应用最多的启动方式，尤其适用于风机、泵类负载的启动4。斜坡恒流软起动原理图如图 2。(3) 转矩控制启动 这种启动方式主要用于重载启动，是按电动机的启动转矩线形上升的规律来控制输出电压。它的优点是启动平滑、柔性好，对拖动系统有利，同时减少对电网冲击，是最优的重载启动方式之一，缺点是启动时间较长。转距起动方式原理图如图 3。(4) 转矩加

7、突跳控制启动方式这种启动与转矩控制启动相同，也使用在重载启动的场合，比如皮带传输机、挤压机、搅拌机等，由于其静阻力矩较大，必须施加一个短时的大启动力矩，克服大的静摩擦力，然后转矩平滑上升，缩短启动时间。转矩突跳这种启动方式所提供的辅助突跳力矩所需电流可达到满载电流的 500%，突跳启动时间可在 02 秒内选择，但是突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其他负荷，使用时应特别注意5。转矩加突跳控制启动方式原理图如图 4。6InImI(t)tU1USt图 1斜坡升压软启动原理图 图 2斜坡恒流软启动原理图Mq1MqM(t)MQ1MqM(t)ttMfMf 图 3转矩控制启动方式原理图 图 4转矩加突跳控制启动

8、方式原理图2.3 软启动器的四种运行状态软启动器有 4 种运行状态：(1) 跨越运行模式 晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，电压谐波分量可以完全忽略，这种方式常用于短时重复工作的电动机。(2) 接触器旁路工作模式 在电动机达到满速运行时，用旁路接触器来取代已完成启动任务的软启动器，这样可以降低晶闸管的热损耗，提高系统的效率。这种工作模式下，有可能用一台软启动器去启动多台电动机。(3) 节能运行模式 当电动机负荷较轻时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机励磁分量，从而提高了电动机的功率因数。(4) 调压调速模式 软启动器既然是用晶闸管凋原理来实现，它就可以进行调压调速

9、运行，由于电动机转子内阻很小，要得到大范围的调速，就需在电动机转子中串入适当的电阻4。2.4 软启动器的四种停机方式软启动器有 4 种停机方式可供选择：(1) 自由停车 直接切断电源，电机自由停车。(2) 软停机 在有些场合，并不希望电动突然停止，如皮带运输机、升降7机等，采用软停机方式，在接收停机信号后，电动机端电压逐渐减小。转速下降斜破时间可调。(3) 泵停机或非线性软制动 它适用于惯性力矩较小的泵的驱动。泵停机功能是将离心泵的特性曲线事先存储在设备中，软启动器在启动和停止电机的过程中，实时检测电动机的负载电流，因此可根据泵的负载状况及速度调节其输出电压，使软启动器的输出转矩我与泵的我曲线

10、最佳配合，从而消除“水锤效应” 。(4) 直接制动 可以向电动机输入直流电流，从而加快制动，直流制动时间可在 099S 间选择。主要使用于惯性力矩大的负载或需快速停机的场合。2.5 软启动器的接线方案软启动器的接线方案主要有带旁路接触器和不带旁路接触器 2 种：(1) 不带旁路接触器接线方案 笼型异步电动机是感性负载，运行中，定子电流滞后于电压。若电动机工作电压不变，电动机处于轻载时，功率因数低：电动机处于重载时，功率因数高。软启动器能在轻载时通过降低电动机端电压，提高功率因数，减少电动机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的；负载重时，则提高端电压，确保电动机正常运行。因此，对可变工况负载，电动机

11、长期处于轻载运行，只有短时或瞬时处于重载的场合，应采用不带旁路接触器的接线方案。(2) 带旁路接触器接线方案 对于电动机负载长期大于 40%的场合，应采用带旁路接触器的接线方案。这样可以延长软启动器的寿命，避免对电网的谐波污染，还能减少软启动器的晶闸管热损耗。3 软启动器硬件构成 软启动控制系统以高性能的单片机模块作为控制核心外围电路包括检测电路、脉冲电路、脉冲触发电路和电源电路。电源电压经过同步脉冲形成电路形成同步脉冲信号送入CPU，CPU 根据同步脉冲信号和管压降信号计算出触发控制角，触发命令经过触发脉冲形成电路驱动晶闸管。电机电流采集电路把电动机工作电流进行调整和衰减，图 1 8使得输出

12、信号满足单片机内部自带的 A/D 转换的要求。外部旋钮的设置和指示灯构成人机接口电路，使系统具有良好的人机交互操作，在电动机运行前或运行过程中，可以灵活地设置控制和运行参数。3.1晶闸管的驱动电路晶闸管的导通是由控制极的触发脉冲来控制 ,由于晶闸管门极参数的分散性以及其触发电压、电流随温度变化的特性 ,为保证可靠触发 ,其触发电压和触发电流必须大于门极触发电压和电流脉冲功放电路如图 2 所示 (以 G1 脚为例 ) ,单片机发出的是一组脉冲 ,经过光电耦合器 ,通过 Q l 进行功率放大 ,然后将放大的信号送入脉冲变压器 T1 ,由G1 输出控制晶闸管门极。94、施耐德软启动器4.1、AST0

13、1N206QN 软启动器图 2 晶闸管控制电路10 由于本次实验采用的是 180W 的三相异步电机，根据这两个软启动器的参数选择了 AST01N2*系列软启动器其中的AST01N206QN。4.2、接线图 完成了软启动器的选型后，根据软启动器的工作原理，制作出主电路接线图图 4图 3 型号参数11如图 5、图 6 所示，施耐德 AST01N206QN 型软启动器有三个调节旋钮分别为开始时间、初始电压，停止时间，可根据实际需要进行调试。图 4图 6124.3、软启动器实验测试实验一：设置启动时间 P1,控制电路部分如图 7（注：启动器的 LI2 与 LI+需短接）图 513当不设置启动时间，输出

14、端 2/T1 4/T2 6/T3 的电压输出波形呈瞬间直线上升；当设置启动时间，即将 Start time 的旋钮调到 E 档，如图 8.而设置了启动时间后波形如图 9，设置了 P2 的启动电压，输出电压瞬间达到 P2 的设定值，然后才根据 P1 的设定缓慢上升，直到满电压后，FULL Voltage 指示灯会亮，提示已经达到所输出的电压。图图 7图 814实验二：在实验一的基础上再设置停止时间 P3。调至 3 档，如图 10。且启动器的接线部分从原来图 7 的 LI2 与 LI+短接改为如图 11，加一个开关，给它一个外部控制，其它不变。图 9图图 1015得出的波形如图 12，初始的 P1

15、、P2 没有变化，主要还是最后停止的时候 P3 对比实验一图 9，图 12 波形所表现出的事缓慢下降，可以防止电机瞬间突然停止，给电机一个缓冲时间。5、结束语软启动器从本质上是一种能够自动控制的降压启动器，由于能够任意调节输出电压，作电流闭环控制，因而比传统的降压启动方式（如串电阻启动，自耦变压器启动等）有更多优点。例如满载启动风机水泵等变转矩负载、实现电机软停止、应用于水泵能完全消除水锤效应等。当前国内的软启动器技术已日趋成熟，与发达国家的差距拉近。采用软起动器起动电动机，可将电流限制在规定范围内，达到起动平稳且有节能的效果。参考文献【1】机动传动控制/张志义，孙琣主编-北京：机械工业出版社，20