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1、软启动技术原理及应用 1引言软启动器以体积小,转矩可以调节、启动平稳、冲击小并具有软停机功能等优点得到了越来越多的应用,大有取代传统的自耦减压、星-角变换降压启动的趋势。由于软启动器是近年来新发展起来的启动设备,缺少相应的设计及使用经验等,笼形异步电动机是应用最广泛的用电设备。由于电动机直接启动时的冲击电流很大，特别是大容量电动机直接启动会对电网及其他负载造成干扰甚至危害电网的安全运行，所以按不同工况，采用许多种减压启动方式。早期的方式有串联电抗或电阻、串联自耦变压器、星世纪三角转换等。从20世纪70 年
2、代起，工程上开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软启动器。这种软启动器是集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电动机控制装置，国外称为softstarter。软启动器的构成主要是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。软启动器的工作原理是，控制电路运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使电动机输入电压从零以预设的函数关系逐渐上升，直至启动结束，赋予电动机全电压，实现软启动。在软启动过程中，电动机启动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。在上述基础上，把功率因数控制
3、技术结合进去，以及采用微处理器代替模拟控制电路，使早期的软启动器已发展成智能化软启动器。本讲座主要针对目前软启动技术原理、在工业各个领域的应用成果和问题给予讨论。2软启动技术简述2.1软启动技术应用的必要性电动机启动一般采用自耦减压、星-角变换减压启动方式,其中最常用的是星-角变换降压启动方式,该方式下电动机的转矩与加在电动机定子上的电压的平方成正比,降压启动是指电动机在启动过程中降低加在电动机定子绕组的电压,假设启动电压U=0.5Ue,则电动机启动时的转矩为0.25Mm,即启动时的转矩只有电动机最大转矩
4、的1/4。如果在此时将电压U加大到电动机额定电压Ue,则电动机的转矩一下子就从1/4跳到Mm,这样的启动过程是跳跃的、不平滑的,所以又叫作硬启动,一般降压启动控制技术可靠性差,不稳定,每次启停都会造成对电网和机械设备的冲击,引发一系列的技术问题。例如:在这种控制方式下,水泵电动机在启动时必须将其出口阀门关严,在低负荷时才能启动,否则会造成开关跳闸,影响电动机的正常启动。总体来说,传统的启动方式存在以下几个问题:(1)对电网的冲击大,影响了电网供电质量,对变压器裕量要求较大;(2)对机械设备冲击大,降低设备
5、使用寿命;(3)Y—Δ启动的切换时间一般根据经验设定,对生产工艺要求稳启动的场合不宜采用。软启动是使用调压装置在规定的启动时间内,自动地将启动电压连续、平滑地上升,直到达到额定电压。此时电动机的转矩就会平滑地增大,一直到转矩为最大值Mm时为止,启动过程结束。软启动可以使电动机启停自如,减少空转,有节能作用,软启动器还具有下列优点:①减少冲击力,延长设备寿命;②根据不同负载选用不同的启动方式以提高加/减速特性;③保护功能全面;④提高可靠性;⑤通过修改参数,匹配不同的负载对象;⑥智能化,可以与PLC等相互通讯
6、。2.2软启动技术的分类电动机的软启动技术有磁控软启动、SCR软启动和液阻软启动等几种不同的方式,其中以SCR软启动应用最为广泛。其启动类型有:(1)不限流软启动,启动时,使启动电流以一定斜率不断上升,直至启动完毕,期间对启动电流不加任何限制。这种启动方式因为没有对启动电流进行限制,所以对电网冲击较大,一般不使用,适应重载启动场合。(2)斜坡恒流软启动。该启动方式是在电机启动的初始阶段启动电流逐渐增加,当电流达到预先所设定的值后保持恒定,直至启动完毕。在启动过程中,电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调
7、整设定。电流上升速率大,则启动转矩大,启动时间短。这种启动方式应用得最多,尤其适用于风机、泵类负载的启动。(3)脉冲冲击启动。启动一开始在极短的时间里,使晶闸管接近于全导通,然后恢复至较小导通角,进行正常的恒流软启动。适用于启动时静摩擦力矩较大的场合。(4)阶跃启动。阶跃启动方式是在开机时以最短时间使启动电流迅速达到设定值,通过调节启动电流的设定值,可以达到快速启动的效果。2.3SCR软启动技术的原理软启动器结合了电力电子技术、自动控制技术和单片机技术,是专为三相异步电动机设计的一种全数字智能化启动设备。
8、其基本原理是通过对功率器件即可控硅的控制而实现对电动机的启动和停止控制,采用电压斜率的工作原理,控制输出给电动机的电压从可整定的初始值经过可整定的斜率时间上升到供电全压。因此降低了对电动机电源的容量要求,并减少对供电电网的影响和机械传动的冲击。软启动器采用三相反向并联的晶闸管作为调压器,将其接入电源和电动机定子之间。这种电路类似三相全控桥式整流电路,通过内部的单片机调整改变触发脉冲的触发时间来改变触发角的大小,进而调节加到定子
