软起动器的运行与测试课件

《电机拖动与调速技术》教学课件天津中德职业技术学院国家级示范高校建设成果精品课件电机拖动与调速技术软启动器的运行与测试5学习目标任务说明知识和能力要求任务一、三相异步电动机的软起动仿真运行工作内容与要求任务准备任务实施

实训模块1

知识链接1。。。问题与思考小结复习思考题任务二、软起动器的简单应用工作内容与要求任务准备任务实施

实训模块1

知识链接1。。。问题与思考小结复习思考题5、软起动器的运行与测试任务说明★学习目标在学习任务五中，主要通过软起动器原理的讲解、仿真演示及基本功能实验，使学生了解软起动器的结构和工作原理，理解软起动器仿真软件的基本使用方法。随着传动控制对自动化要求的不断提高，采用可控硅为主要器件、单片机为控制核心的智能型电动机起动设备——软起动器，已在各行各业得到越来越多的应用。由于软起动器具有性能优良、体积小、重量轻，并且具有智能控制及多种保护功能等优点，因此，电子式软起动器将逐步取代落后的传统减压起动设备。5、软起动器的运行与测试知识和能力要求★学习目标能力要求（1）能够进行软起动器的主电路线路的连接；（2）能够进行软起动器的控制电路线路的连接；（3）能够进行软起动器的相关参数的测试、分析。知识要求（1）了解软起动器的结构组成及工作原理；（2）理解软起动器的技术参数；（3）掌握软起动器的基本使用方法。5、软起动器的运行与测试工作内容及要求★任务一教师通过讲解软起动的基本电路原理，使学生了解软起动器的结构和工作原理。利用晶闸管反并联组成交流调压器，使学生了解软起动基本使用方法，加深对其原理的理解。三相异步电动机的软起动仿真运行5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行一、软起动的意义★任务准备三相异步电机起动性能主要有两个指标，即起动电流倍数和起动转矩倍数。软起动器就是在电动机起动过程中，通过改变加在电动机上的电源电压，减小起动电流和起动转矩。软起动时电压由零慢慢提升到额定电压，这样电机在起动过程中的起动电流，就由过去过载冲击电流不可控制变为可控制。并且可根据需要调节起动电流的大小。电动机起动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的起动运行。软起动的限流特性可有效限制浪涌电流，避免不必要的冲击转矩以及对配电网络的电流冲击，有效地减少线路刀闸和接触器的误触发动作。对于频繁起停的电动机，可有效控制电动机的温升，大大延长电动机的使用寿命。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行二、晶闸管软起动原理及工作过程★任务准备目前应用较为广泛、工程中常见的软起动器是晶闸管（SCR）软起动。电路采用电压、电流反馈组成闭环系统，起动性能由控制器实现，其框图如图所示。如图：晶闸管软起动框图5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★任务准备晶闸管软起动原理：将三相反并联晶闸管作为调压器接入电源和电动机定子之间。这种电路如同三相全控桥式整流电路，改变晶闸管导通角度，使晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直至电动机工作在额定电压而结束起动过程。起动过程电压上升曲线如图所示。US为电机起动需要的最小转矩所对应的电压值，起动时电压按一定斜率上升，使传统的有级降压起动变为三相调压的无级调节，初始电压及电压上升率可根据负载特性调整。此外，还可实现电机停止控制。用软起动方式达到额定电压UN时，开关S接通，电机M转入全压运行。起动过程电压上升曲线5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行实训模块1三相异步电动机的软起动基本电路★任务实施实训目的（1）了解晶闸管交流调压电路的功能。（2）掌握晶闸管交流调压器的电路连接方法。（2）完成软起动运行与测试。实训工具和仪表（1）常用电工工具1套。（2）连接线若干，保险、三极开关等。（3）交流电流表、交流电压表各1块。（4）数字示波器1台。（5）三相交流电源（380V）。（6）晶闸管模块6个，六脉冲触发器1个。（7）三相鼠笼型异步电动机1台。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★任务实施实训方法和步骤

按照如下电路图，在断开电源情况下，先连接主电路，后连接控制电路，再将电压表、电流表及示波器接入电路。具体步骤如下。（a）主电路（b）触发电路5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★任务实施（1）接通主电源(380V)，用示波器或相序表检查相序。（2）断开主电源，连接主电路。（3）断开控制电源(±15V)，连接控制电路（触发电路），并确保控制电压的初始值为零。（4）接通主电源和控制电源，检查6组脉冲相位关系。（5）按编号将6组脉冲信号依次与晶闸管相连。（6）将电压表、电流表接入相应位置。（7）调节控制电压，使其从小到大变化，观察电压和电流的变化情况。（8）分析电动机起动过程的各种现象。（9）写出实训报告。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★任务实施注意事项（1）在连接电路中，一定要注意晶闸管模块、脉冲触发器的正确连接。（2）测试过程中应注意示波器等仪器仪表的正确使用。（3）注意保护设备仪器不受损害，接线完毕后应仔细检查，防止错接漏接，严格按照设备、仪器操作规程进行操作。严禁擅自改变测量方案，严禁进行不熟悉的操作。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行知识链接1软起动器的相关知识★任务实施在晶闸管实现的交流调压电路中，对于电感性负载，晶闸管触发角的范围与负载的阻抗角有关，阻抗角也称功率因数角，有关知识介绍如下。1.功率因数角由于电机为感性负载，所以电流滞后于电压。当电压过零的时候，电流并未过零，而是延迟一段时间后才过零，只有在电流过零的时候晶闸管才关断。我们把电压过零点和电流过零点之间的这个角度称为功率因数角，记为φ，如图所示。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★任务实施

2．导通角和触发角1）导通角与触发角的关系当晶闸管工作时，其输出电压的大小由晶闸管的导通角决定，而导通角又由触发角和功率因数角共同决定。如图所示，α为触发角，θ为导通角。2）初始触发角初始触发角是给电机建立电流的必要条件，此值与US相对应，对于不同的电机及不同的负载，初始触发角是不同的。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★任务实施3．脉冲触发1）触发同步为了能对主回路的输出电压进行准确的控制，SCR必须接受与SCR主电路具有相同频率的触发信号。在A、B、C三相电路中，正相晶闸管触发信号相位相差120°，反相晶闸管触发信号相位也相差120°，而同一相中反并联的两个晶闸管的触发脉冲相位相差180°。宏观来看，三相交流调压电路是每隔60°控制器发出一个触发脉冲。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★任务实施2）触发脉宽晶闸管的触发是有一个过程的，也就是晶闸管的导通需要一定的时间，不是一触即通。只有当晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到晶闸管的擎住电流IL以上时，管子才能导通，所以触发脉冲信号应有一定的宽度才能保证被触发的晶闸管可靠导通。例如，一般晶闸管的导通时间在6μs左右，故触发脉冲的宽度至少在6μs以上，一般取20～50μs。对于大电感负载，由于电流上升较慢，触发脉冲宽度还应加大，否则脉冲终止时主回路电流还未上升到晶闸管的擎住电流以上，晶闸管又重新关断，所以脉冲宽度不应小于300μs，通常取1ms，相当于50Hz正弦波的18°电角度。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★任务实施4．移相调压过程

由于异步电动机是感性负载，从电力电子学中得到，当交流调压电路带感性负载时，只有当触发角α大于感性负载的功率因数角φ时，才能起到调压的作用。因为当α<φ时，电流导通的时间将始终保持在180°，其情况和α=φ时一样，相控不起任何调压作用，甚至在晶闸管触发脉冲不够宽的情况下，还会出现只有一个方向的晶闸管在工作，负载上可能出现直流分量，危害晶闸管的安全。因此在使用相控晶闸管电路时必须采用宽脉冲触发或双窄脉冲触发，移相范围限制在φ≤α≤180°。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★任务实施晶闸管的输出电压取决于导通角θ间的波形，改变θ角的大小，就可以调节电机的输入电压。θ角与α角和φ角都有关，对于恒定的负载阻抗角φ是常量，只要调整α角就可以改变晶闸管的输出电压。但电机的功率因数角是电机转速的函数，在电机起动过程中，随着转速的提升，功率因数角在不断变化，因此，对晶闸管触发角α的调整要兼顾φ角的变化情况。只有这样，才能达到使电机输入电压按预定规律变化的目的。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行问题1

软起动器的特点是什么？软起动与传统的起动方式有什么不同？问题与思考问题2

观察实验过程中示波器的波形，叙述软起动的起动过程。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★评价与考核

请按照教材中评价考核表对任务一的完成情况进行评价考核。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行★小结

由晶闸管组成的三相异步电动机的软起动基本电路结构简单，操作方便，易于演示，但不是实用电路。通过本任务的学习，使学生了解软起动电路的原理，为软起动器的学习打下基础。5.1、三相异步电动机的软起动仿真运行1.简述软起动的重要性。2.简述晶闸管交流调压器的工作原理。3.在软起动过程中，触发角与功率因数角的关系是什么？4.同步信号的作用是什么？5.控制电压的作用是什么？6.同一相上的2个晶闸管的触发脉冲相位差是多少？7.对在调节控制电压过程中出现的现象进行分析解释。★复习思考题5、软起动器的运行与测试工作内容及要求★任务二

能够使用软起动器进行一般的电动机起动，掌握软起动器与三相异步电动机的基本连接方法。利用仪表完成对软起动过程中电动机电压、电流的测量，读取实验数据，填写实验报告。软起动器的简单应用5.2、软起动器的简单应用三相异步电动机的软起动分类★任务准备1．变频器软起动变频器是通过改变定子电源的频率而实现调速的，其转速基本正比于频率。变频器的输出频率范围为0.1～500Hz，调速精度一般不低于1%，高的可达0.02%；瞬时过载力矩可达200%。同时变频器也可以设定为软起动方式，这是因为三相异步电动机的起动电流与电源电压成正比，而变频时电压与频率成正比，故可以通过在起动时逐渐加大频率（电压）的方式减小起动电流，使电动机平稳起动。变频器软起动最主要的优点是节能。另外，变频器还可以实现异步电动机在正常工作时的各种保护作用，如过压、欠电压、零电压保护，过载保护，缺相保护和过电流保护，并具有断相和相序检测功能。5.2、软起动器的简单应用★任务准备2.液阻软起动液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电，其阻值正比于两块电极板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电导率都便于控制，且液阻的热容量大。液阻的这两大特点，加上另一个十分重要的优势即低成本，使液阻软起动得到了广泛的应用。但液阻软起动也有如下缺点：基于液阻限流，液阻箱容积大，且一次软起动后电解液通常会有10℃～30℃的温升；软起动的重复性差；移动极板需要有一套伺服机构，移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化；液阻软起动装置液箱中的水，需要定期补充，电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要做表面处理。因此，液阻软起动性能不如晶闸管软起动好，其应用受到影响。5.2、软起动器的简单应用3.磁控软起动磁控软起动是从电抗器软起动衍生出来的。将三相电抗器串在电源和电动机定子之间实现降压是两者的共同点。磁控软起动不同于电抗器软起动的主要特点是其电抗值可控。总体上，起动开始时电抗器的电抗值较大，在软起动过程中，通过反馈调节使电抗值逐渐减小，至软起动完成后被旁路。电抗值的变化是通过控制直流励磁电流，改变铁心的饱和度实现的，所以被称为磁控软起动。★任务准备5.2、软起动器的简单应用实训模块1三相异步电动机软起动过程监测★任务实施实训目的实训工具和仪表（1）常用电工工具1套。（2）连接线若干，保险、单极空气开关、三极空气开关等。（3）交流电流表、交流电压表各1块。（4）三相交流电源（380V）。（5）SIKOSTART3RW22软起动器1台，三相鼠笼型异步电动机1台。（1）掌握三相异步电动机与相关仪表的连接方法。（2）掌握三相异步电动机与软起动器的基本连接方法。（3）掌握三相异步电动机起动电压、电流的监测方法。5.2、软起动器的简单应用实训模块1三相异步电动机软起动过程监测★任务实施实训方法和步骤1）实训方法（1）识读三相异步电动机与软起动器实训连接图，熟悉相关设备。（2）按图连接实验电路，注意测量仪表的连接方法。（3）检查电路连接情况，确认正确无误后通电运行，观察仪表显示数据。（4）用电压表、电流表测量电动机起动过程中电压与电流的变化。5.2、软起动器的简单应用实训模块1三相异步电动机软起动过程监测★任务实施

2）实训步骤（1）按图连接电路，如图所示。（2）检查电路、仪表的连接及仪表的挡位是否正确。（3）通电运行。先接通主电路电源，再接通控制电路。第一个指示灯（电源指示灯）亮；继而第二个指示灯亮，电动机开始转动；经过数秒（所设定的起动时间），第三个指示灯亮，电动机的电压达到额定电压，起动过程结束。（4）注意观察电动机起动过程中电压、电流的变化趋势。5.2、软起动器的简单应用实训模块1三相异步电动机软起动过程监测★任务实施实训数据处理1）软起动过程中的电压观察电动机开始旋转时（第二个指示灯亮）的电压值，写出电压值变化趋势。电动机停机后，调节软起动器上的起始电压（百分比）值，重复起动试验，记录每次电压表的起始值及变化趋势。2）软起动过程中的电流观察电动机开始旋转时（第二个指示灯亮）的电流值，写出电流值变化趋势。电动机停机后，调节软起动器上的起始电压（百分比）值，重复起动试验，记录每次电流表的起始值及变化趋势。5.2、软起动器的简单应用实训模块1三相异步电动机软起动过程监测★任务实施实训数据处理3）软起动过程中的转速观察电动机开始旋转时（第二个指示灯亮）的转速，写出第三个指示灯亮时的电动机转速。电动机停机后，调节软起动器上的起始电压（百分比）值，重复起动试验，重复记录上述数据。序号起始电压/V运行电压/V起始电流/A运行电流/A起始转速/（r/min）运行转速/（r/min）1

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5.2、软起动器的简单应用实训模块1三相异步电动机软起动过程监测★任务实施注意事项（1）在测量过程中，注意电压表、电流表的安装位置。（2）接通电源后要注意观察，第一个指示灯如果闪烁，说明电源部分的连接有问题，应立即断掉电源，检修电路。（3）第二个指示灯亮，起动过程中；第三个指示灯亮，电动机正常运行。（4）领出的实验器材应先进行检查，有问题及时找教师更换。（5）课后要及时整理实验器材，认真做好实训环境的卫生。5.2、软起动器的简单应用知识链接1软起动器的特点★任务实施随着软起动器的不断发展，它将DSP—微处理机和晶闸管技术综合地应用于三相交流感应电动机的起动和运行中。结构紧凑的外壳使软起动器稳定、可靠、安全，能满足工业应用的要求。软起动器是一种采集电压斜率工作原理的起动器，它为相位控制的三相交流感应电动机供电。

5.2、软起动器的简单应用★任务实施1.软起动器的用途和优点下面是一些软起动器的典型用途。如用三相交流感应电动机来驱动的鼓风机，泵和压缩机的软起动和软制动。也可用它来控制带有变速机构，皮带或链条带传动装置的设备，如传送带、磨床、刨床、锯床、包装机和冲压设备。软起动器应用于传动系统时具有如下优点：显著降低变速机构中的撞击，使磨损降低到微轻程度；起动电流小，从而使供电电源减轻峰值电流负载；负载加速平稳，可以防止生产事故或产品的损坏。因此也提高了机械传动元件的使用寿命。5.2、软起动器的简单应用2.电动机与软起动器之间的连接★任务实施星形联结的电动机：当软起动器与星形联结的电动机相连接时,晶闸管是直接被接入来自电网的导线中，这被称为“标准型接线”，如图所示。三角形联结的电动机：当软起动器与三角形联结的电动机相连接时，则必须按“标准型接线”型式接线，如图所示。5.2、软起动器的简单应用★任务实施具有3个接头的星形联结电动机和具有3个接头的三角形联结电动机具有6个或12个接线头的三角形联结电动机5.2、软起动器的简单应用3.三相交流电动机的起动★任务实施曲线A：这条曲线给出了电动机起动电压U为100%的额定电压（UN）时转矩与转速之间的关系。曲线B：这条曲线给出了控制器上标有字样Um的电位计将软起动的初始电压调至75%额定电压时的状态。曲线C：这条曲线是指调到50%额定电压时的情况。如图：电动机转速/转矩特性曲线曲线A（没有软起动特性的）表明电动机几乎在全部转速范围内部都出现了很高的转矩，而曲线B和C（具有软起动特性时）表明电动机给出的转矩不仅大大减小，而且是可调节的，从而使电动机及负载的加速度能降到平稳与缓慢状态。5.2、软起动器的简单应用在下列情况下电动机的转矩如图，电机在降压时的典型转速/转矩—特性曲线。

（1）直接起动，此时Um（0）=100%UN。（2）用软起动进行起动，此时，Um(0)=75%UN；（3）用3RW22进行起动，此时，Um（0）=50%UN。★任务实施如图：典型转速/转矩—特性曲线5.2、软起动器的简单应用实训模块2软起动器的典型应用——三相异步电动机的正反转运行★任务实施实训目的实训工具和仪表（1）常用电工工具1套。（2）连接线若干，交流接触器3个，保险、单极空气开关、三极空气开关等（数量如图）。（3）交流电流表、交流电压表各1块。（4）三相交流电源（380V）。（5）SIKOSTART3RW22软起动器1台，三相鼠笼异步电动机1台。（1）了解、识读三相异步电动机与软起动器的实验连接图。（2）掌握三相异步电动机与软起动器正反转电路的连接方法。（3）正确利用仪表完成对软起动过程中电机电压、电流测量。5.2、软起动器的简单应用实训模块2软起动器的典型应用——三相异步电动机的正反转运行★任务实施实训方法和步骤（1）识读三相异步电动机与软起动器的实验连接图，熟悉相关设备。（2）按如下图检查已接好的实验电路。（3）理解电路后，写出操作过程，经指导教师同意后方可进行下一步实训。（4）检查线路后，通电运行（正、反转）。（5）观察起动过程。5.2、软起动器的简单应用★任务实施如图：具有软起动的电机正反转电路5.2、软起动器的简单应用实训数据分析★任务实施实训模块2软起动器的典型应用——三相异步电动机的正反转运行1）软起动过程中的电压按正转按钮，观察电动机开始旋转时（第二个指示灯亮）的电压值，写出至第三个指示灯亮电压值变化趋势。电动机停机后，起动反转按钮，记录每次电压表的起始值及变化趋势。2）软起动过程中的电流按正转按钮，观察电动机开始旋转时（第二个指示灯亮）的电流值，写出至第三个指示灯亮电流值变化趋势。电动机停机后，起动反转按钮，记录每次电流表的起始值及变化趋势。3）软起动过程中的转速按正转按钮，观察电动机开始旋转时（第二个指示灯亮）的转速，写出第三个指示灯亮时的电动机转速。电动机停机后，起动反转按钮，记录每次转速的起始值及正常