软起动器基本原理课件

软起动器的基本原理与应用

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

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（1）星-三角起动器自耦减压起动其电路图（2）自耦减压起动图2软起动器电路拓扑方案(a)(b)(C)(d)(e)(f)

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。

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3SCR直接串联形式

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2.5IN~5IN。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。（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/N……50/3､50/2､50。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50/1350/750/450/250/250Hz。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T1､T2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

T1､T2正半周导通，负半周截止。

11､节能运行

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