软起动器基本原理.ppt

1、软启动器的基本原理及应用，软启动器的基本原理及应用，描述了交流异步电机的广泛应用，并且有很多场合不需要调速，所以只需要启动电机即可。因为启动电流太大，会影响电网和其他电气设备。由于电网容量的限制和对其他电气设备的保护，电动机的启动过程应受到控制。传统起动方式：低压电机：串联电阻起动、自耦减压起动、星形三角形起动、绕线电机转子串联电阻起动等。高压电机：串联电抗器起动、绕线电机转子串联水电阻起动器起动、频率敏感可变电阻起动等。软起动器的基本原理和应用，传统电动机起动方式的缺点是明显的，即起动电流和机械冲击大，并且起动器过大。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并日趋成

2、熟。两个软起动器的基本原理从图1交流异步电动机等效电路图，在忽略励磁电流I0的情况下，有、图1交流异步电动机等效电路图，(1)两个软起动器的基本原理。从公式(1)可以看出，当电机直接启动时，n=0，S=1，定子旋转磁场以同步速度切割转子线圈，并且在转子线圈中感应出很大的电势。随着转速的增加，转子的等效阻抗逐渐增大，相应的定子电流也随之减小。在公式中，如果不考虑温度的影响，电机的定子-转子电阻和定子电抗是恒定的，转子的电抗随转速而变化，这是无法控制的，但电流与端电压成正比，控制端电压可以控制定子电流。(1)星三角起动器，自耦减压起动电路图，(2)自耦减压起动，图2软启动器电路拓扑方案，(a)、(

3、b)、(C)、(d)、(e)、(f)，采用双向(两个单向反并联)晶闸管相控交流调压原理，通过改变相控角来改变，晶闸管过载能力强，价格低。三软起动器电路拓扑方案1低压软起动器(1100伏以下)电路拓扑方案有许多结构方案，如图2所示，其中(a)和(b)对称性好，谐波少。该方案由反并联的晶闸管和二极管组成。软启动器启动时，二极管导通角为180度，晶闸管导通角由小变大，并逐渐增大。波形严重不对称，谐波大。电流中既有交流分量又有DC分量，叠加值很大，导致电机和输电线路发热。在方案(d)和(f)中，只有两相(一相)有晶闸管，而另一相(两相)是直通的，因此对称性差。(c)、(d)和(f)使用相对较少的成分。

4、(五)在该方案中，在相同容量下，晶闸管承受小电流和高电压，因此需要引出六个端子。此外，在其他电路拓扑方案中，(a)和(b)方案由于其缺点而最常用。2高压软启动器(6000伏以上)电路拓扑方案这种结构是从低压软启动发展而来的。由于可控硅系列对装置的一致性和阀体的均压性能有较高的要求，因此在技术上比较困难。电压等级越高，技术难度越大。图3可控硅直接串联，使用高压变频器作为软启动器。软启动器有四种控制模式：1电压斜坡启动控制模式电压斜坡启动控制模式是一种开环控制模式，也是软启动器最早的启动模式。其电压根据预设曲线变化，其斜率由斜率的上升时间t决定。另外，当起动开始时的电压低于某一值(一般约为120伏

5、)时，图4为电压斜坡/电压跳变模式的曲线，四种软启动器的控制模式为：1电压斜坡起动控制模式，其中电机转矩小于负载转矩，电机不能运行，而是导致电机发热，因此电压斜坡起动控制模式的电压不从0上升，而是具有初始电压U0。T也可以设置为从两级坡度开始。启动效果受负载和电源变化的影响，无法准确获得预期效果，往往需要反复调试才能达到满意的启动效果。2电压跳变启动控制模式一些负载在静态下具有大的静态阻力矩，这要求在启动开始时有大的转矩来启动电机。当电机转动时，2电压跳变启动控制模式会降低电机移动时的阻力矩。因此，在启动过程中增加了一个短时高压Ub(其值和时间可以设置)，以克服阻力矩，如图4所示。3限流启动控

6、制模式电压斜坡启动控制模式是开环控制，因此斜坡上升率不能随着系统的变化而自动调整，电流往往会超过期望值，从而发展了限流控制模式。限流启动控制模式是一种闭环控制模式。在启动过程中，有必要连续采样和调整电机电流，使其具有图5所示的电流曲线。这种控制方式特别适用于恒转矩负载，极限值为2.5IN5IN。当电网容量有限时，电机以最小的启动电流快速启动。3限流启动控制模式，图5限流/电流斜坡模式图，限流，电流跳跃，电流斜坡，4电流斜坡启动控制模式如图5所示，初始电流是启动电机所需的最小电流，它使电机电流按照设定曲线逐渐增加，直到达到设定的最大电流值，然后保持它直到启动完成。电流斜坡启动控制模式也可以设置为

7、多级，也可以增加突然跳转电流。该控制模式是限流启动模式的扩展，4电流斜坡启动控制模式特别适用于具有方形转矩特性的风扇和泵负载。起动所需的扭矩非常小，并且所需的扭矩随着转速的增加近似成平方关系增加。因此，在起动开始时应增加一个小的起动电流，起动电流会随着转速的增加而增加，这有利于负载的平稳起动和电机发热的减少。5转矩控制模式由于大型感应电机的功率因数在启动过程的后期变化很快，转子速度往往超过同步速度，经过一个衰减和振荡的过程后，才能达到稳态运行点。负载扭矩越小，电机的惯性矩越小，它越有可能振荡。这种现象被称为“超标”。对于电流闭环的软启动器，PI调节器的输出随电流的减小而减小，但在5转矩控制模式

8、下输出会较大，控制触发角会很快被推到全电压，这将使电机的输出转矩超调，引起系统振荡。所以有一些新的控制方法来克服这个问题。目前，有转矩控制模式和模糊控制模式。转矩控制模式的原理如下：电机的电磁转矩(2)，其中电机的电磁功率为旋转磁场的角速度，(3)，因此，基于上述方程的电磁转矩控制框图(4)如图6所示。通过实时检测三相电流的功率因数并结合实际可控硅触发角来计算电机，以实际转矩作为反馈，然后通过PID调节器的输出电压来实现转矩的闭环控制，如图6所示：转矩控制方式可以很好的解决转矩超调的问题，但同时， 应当看到，重建电机转矩相当困难，并且从等式(1)和(4)可以看出，电机转矩也与速度(转差率)相关

9、。 T(t)到U(t)的映射不明显，很难使电压轨迹准确。实际转矩、三相电流、功率因数、图6转矩控制模式示意图以及模糊控制模式下的限流起动控制模式不能有效克服负荷模型的大范围变化，尤其是起动过程中电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，并且容易产生振荡。然而，很难得到一个精确的数学模型来控制电机电流和晶闸管下面的公式是一个多加权软起动器的模糊控制规则，如公式(5)的预测：6模糊控制模式。(5)，在这里，需要选择一个合适的当前偏差范围，例如，通过比例因子K1将3A的当前偏差E转换为-9，9的范围，并选择七个模糊子集，即负大、负中、负小零、正小、中、大，通过量化因子K2将

10、8A的当前偏差变化率Ec转换为-4，4的范围，并选择五个模糊子集，通过调整权重因子的值，可以改变偏差、偏差和差异变化率的权重来输出控制量。为适应系统状态的变化，应设置多个权重因子，并根据系统状态的不同变化选择不同的权重因子。与其他方法相比，模糊控制可以实现系统的平稳启动，且控制容易实现，负载适应性强。7.步进变频启动控制模式上述启动控制模式基于降压控制原理。电机的电磁转矩与端电压的平方成正比，因此启动转矩相应降低。当一般负载的起动转矩为额定转矩的60%时，可以通过减压或软启动来起动。另外，在起动过程中，电机的滑差s总是小于1，0，7，起动电流通常很大。步进变频起动方式改变了电压和频率，实现了高

11、转矩的电压/频率控制。分级变频起动方式的主电路拓扑结构与一般软启动器相同。交流电分为n个频率，频率是不连续的，如50/N50/350/250。方法是组合n个周期的交流电，如图7所示：图7:分级变频模式下一相25Hz和10Hz的电压波形图，以晶闸管导通为阴影，红线为25Hz，蓝线为10Hz。在启动过程中，当晶闸管被控制时，电机定子端电压按照预设的分频级数上升，如50/13 50/7 50/4 50/2 50/2 50Hz。停车按相反的顺序进行。由于步进变频起动的电压和电流频率是不连续的，所以电动机的转矩是脉动的，并且在起动过程中振动和发热严重，特别是在低频时。8速度闭环控制速度控制模式实际上是速

12、度和电流的双闭环控制，类似于扭矩控制模式，需要扭矩控制。马达的扭矩也与速度有关。速度闭环后，速度闭环，转矩控制模式控制电机的转矩，以获得稳定的转矩；速度闭环控制模式控制电机的速度，使负载按照给定的速度曲线启动和停止。这种控制方式适用于矿用带式输送机。无控制的启动和停止过程会产生很大的加速度和冲击力，导致物料滑落，损坏设备和传送带。9软驻车模式10 DC制动T1T2在正半周开启，在负半周关闭。11节能运行电机调压节能，谐波增加降低功率因数输出转矩。功耗：3W/a；允许启动时间：每小时不超过20次。9软停车模式，10 DC制动，T1T2在正半周打开，在负半周关闭。11节能运行时，电机转子发热也消耗一定的能量，节能是有限的。五软起动器的应用软起动器是电机起动的新概念产品，它完全取代了星形三角起动和自耦减压起动等传统起动器，广泛应用于各种工业领域。市场上的软起动器有很多种，一般有电压斜坡起动控制方式、电压跳变起动控制