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电子软启动器启动原理及应用
张家口变频器   2009-05-20 11:08:04 作者:SystemMaster 来源:宏远工控 文字大小:[][][]

  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。

1 软起动起动性能特点

  (1)启动电压可调,保证电机启动的最小启动转矩,避免电机过热和能源浪费;
   (2)控制电机平滑启动,减少启动电流冲击;
   (3)启动电流可根据负载情况调整,减少启动损耗,以最小的电流产生最佳的转矩。
   (4)启动时间可调,在该时间范围内,电机转速逐渐上升,避免转速冲击。
   (5)对传动机械的机械保护,清除转矩浪涌并降低冲击电流。
   (6)恒定的加减速,不需要测速机,即使当电机负载变化时也是如此。
   (7)自由停车和软停车可选,软停车快慢可调。
   (8)有相序、缺相、过热、启动过程过流、运行过程过流和过载的检测及保护,其过流值和过载值可调。

2 软启动器工作原理与运行特点

  三相交流异步电动机的起动转矩Ma直接与所加电压的二次方有关,也就是说,只要降低电机接线端子上的电压就会影响这些值(见图1);软启动器主要是利用电动机的这一特性,通过控制可控硅的电子开关,改变可控硅的触发角,使电机电压平稳增加,频率不变,使电机端电压从预先设定的值上升到额定电压。

电机端子上的电压时启动转矩^缸和启动电流k 的特性>
图1 降低电机端子上的电压时启动转矩^缸和启动电流k 的特性

交流电机软启动器工作原理:

  软起动的工作原理是由检测回路和控制回路将信号送至微电脑,通过微电脑的计算(主板),给驱动电路(驱动板)发出启动运行信号,驱动电路根据接收的控制信号,发出相应的控制信号控制串接于电源与被控电机之间的三相反并联可控硅的触发角,通过控制可控硅触发角的大小来改变可控硅的开通程度,从而达到控制电机启动的目的。(其控制原理见图2所示)。

软启动的控制框图>
图2 软启动的控制框图

3 软启动的主要起动方式

  软起动器的起动方式是指用什么方法使电动机由静止态到稳定的运转态。例如限电流起动,电压斜坡起动,电流带冲击的(“踢一脚”)起动(这个冲击有助于克服静阻矩),以及这些方式的交替或组合起动方式等。

  (1)电压双斜坡起动:如图3所示,在起动过程中,电机的输出力矩随电压增加,在起动时提供一个初始的起动电压 , 根据负载可调,将 调到大于负载静摩擦力矩,使负载能立即开始转动。这时输出电压从 开始按一定的斜率上升(斜率可调),电机不断加速。当输出电压达到达速电压时,电机也基本达到额定转速。软起动器在起动过程中自动检测电压,当电机达到额定转速时,使输出电压达到额定电压。

 

图3 启动输出特性

  (2)限流起动:就是电机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值(J )的软起动方式。其输出电压从零开始迅速增长,直到输出电流达到预先设定的电流限值J ,然后保持输出电流J(J的条件下逐渐升高电压,直到额定电压,使电机转速逐渐升高,直到额定转速。这种起动方式的优点是起动电流小,且可按需要调整。对电网影响小,其缺点是在起动时难以知道起动压降,不能充分利用压降空间。

  (3)突跳起动:这一起动开始阶段,让晶闸管在极短的时间内全导通后回落,再按原设定的值线性上升,进入恒流起动,该起动方法适用于重载并需克服摩擦的起动场合。如采用此方式,还可以减少启动时的振动。其原理如图4所示:

 

图4 启动输出特性

  (4)组合起动方式:在我厂应用的施耐德及西门子软启动器就采用的是组合起动方式,此种启动方式是在满足给定的电压与电流条件下,主板根据负荷变化,通过计算,输出一种最佳启动方式。组合起动方式对主板要求较高,但是启动效果较好,适用于大负荷及对启动要求较高的场所。

4 软启动器在我厂运行主要存在的几个问题

  (1)可控硅击穿:在我厂软启动器出现故障率最高的应该是可控硅击穿,造成可控硅击穿的原因可能有以下几点:第一、运行环境潮湿的影响,由于环境潮湿,是造成可控硅击穿的主要原因之一,如我厂投运初期,厂外(中孔、表孔、底孔)运行环境相对湿度较大,软启动器在运行过程中经常出现可控硅击穿现象,随着运行环境的改善,故障率明显减少;第二、运行温度过高,也是造成可控硅击穿的一个主要原因。我们都知道,电器元件的使用寿命与温度有着直接关系,当运行的环境温度超过其运行极限温度时,其使用寿命急剧缩短。如我厂技术供水电机软启动器,一般一台要连续运行12 h,而软启动器又不带旁路,使可控硅长时间运行,因不带旁路的220 kW 电机的软启动器的发热量大约为l 200 W,这样如果连续工作12 h其损耗能量为l4.4 kW ·h,这样就要求不带旁路的软启动器具有良好的通风散热性,如盘柜散热条件不好,就大大减少了可控硅运行的使用寿命,从而造成可控硅击穿;第三、可控硅质量不好也是造成可控硅击穿的一个原因。可控硅一旦被击穿后,可控硅就相当于3个串联的二极管,失去其电子开关特性。如此时启动,电动机将
承受很大的启动电流的冲击,严重时将会烧毁电机。

  (2)驱动板及主板控制元件损坏:对于驱动板来说,它主要是提供触发脉冲,以改变可控硅导通角,由此来改变电动机输入电压的大小。当驱动板出现问题时,可能出现的情况有:
   ① 不能提供触发脉冲,可控硅不被触发,软启动器陷入瘫痪;
   ② 触发脉冲不同步,即改变可控硅的导通角不一样,此时电动机的三相电流不平衡,电动机将出现很大噪音或导致电机启动失败。
  
   (3)对于主控板来说,主板相当于人的大脑,是信号接收控制中心,如有问题,则可能出现下列情况:
   ① 软启动器处于瘫痪状态,导致驱动板不能工作,不能为可控硅提供触发脉冲信号;
   ② 不能输出控制信号或输出信号错误。
   ③ 软启动器失去控制,无法正常启动或启动后无法停止。

  造成驱动板及主板控制元件损坏的原因主要有过电压或过热,我厂机组供水泵电机软启动器多次在操作400 V时,造成控制板损坏,其原因就是操作时产生过电压,造成控制元件损坏;另外控制板一般都集中在一起,内有小变压器等发热源,由于发热源的热量无法及时散出,加之外界温度的影响,极易造成控制板损坏,因此为了避免控制板损坏应尽量降低环境温度

5 结束语

  现在市场有多种型号的软起动可供用户选择,不同产品所具功能也不尽相同,选择时建议遵循下述原则:原则上,异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可使用,适用于各种泵类负载或风机类负载,需要软起动与软停车(解决水锤效应)对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行,只有短时或瞬间处于满负荷运行场合,应用软起动器(不带旁路接触
器)则具有轻载节能的效果。同时软启动器通过PLC逻辑控制,提高了设备可靠性及安全性,因此为了提高设备的自动化程度,提高设备的可靠性及安全性,应大量提倡软启动器的使用,代替传统的启动器。

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