基于施耐德軟啟動器的實驗

1、景德鎮(zhèn)陶瓷學院景德鎮(zhèn)陶瓷學院20142014 年第二學期年第二學期基于施耐德軟啟動器的實驗基于施耐德軟啟動器的實驗班班 級級: 10 屆屆 機機 電電 一一 體體 化化姓姓 名名: 程偉堅程偉堅 2引言隨著電力電子技術的快速發(fā)展，智能型軟起動器得到廣泛應用。智能型軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的新穎電機控制裝備，又稱為 Soft Starter。它不僅實現(xiàn)在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電機，而且可根據電動機負載的特性來調節(jié)起動過程中的參數(shù)，如限流值、起動時間等。此外，它還具有多種對電機保護功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動設備的諸多弊端。本論文主要涉及 施耐

2、德 AT01N206QN軟啟動器工作原理、內部結構、參數(shù)、 電機的組合等。關鍵詞關鍵詞： 軟啟動器 施耐德 組合3目目錄錄 引言.21 前言.42 軟啟動器原理 .42.1 軟啟動器及其工作原理.42.2 軟啟動器啟動方式 .42.3 軟啟動器的四種運行狀態(tài).52.4 軟啟動器的四種停機方式 .62.5 軟啟動器的接線方案 .73 軟啟動器硬件結構 .73.1 軟啟動器硬件構成圖.73.1 晶閘管的驅動電路.84 施耐德軟啟動器 .94.1 AST01N203QN 軟啟動器 .94.2 接線圖 .104.3 軟啟動器實驗測試 .125 結束語 .15參考文獻 .1541、前言軟啟動器是一種集軟

3、啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的電機控制裝備。實現(xiàn)在整個啟動過程中無沖擊而平滑的啟動電機，而且可根據電動機負載的特性來調節(jié)啟動過程中的各種參數(shù)，如限流值、啟動時間等。主要是由串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路構成。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。2 軟啟動器原理2.1 軟啟動器及其工作原理軟啟動器是一種用來控制三相交流電動機的專用產品，它實現(xiàn)了交流電動機的軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護，其功能完善，性能優(yōu)越，能夠滿足工業(yè)電機控制的需要，是傳統(tǒng) Y/啟動和自耦變壓器啟動控制方式的理想換代產

4、品。軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管（SCR）作為調壓器，將其接入電源和電機定子之間，這種電路如三相全控整流電路。軟啟動器啟動電機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機的轉速逐漸加速，直到晶閘管全部導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免了啟動時過流跳閘，待電動機達到額定轉速時，啟動過程結束。軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管5的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命及提高其工作效率。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉速逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。2.2 軟啟動器啟動方式

5、軟啟動器一般有下面幾種啟動方式：(1) 斜坡升壓軟啟動 輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的有級降壓起動變?yōu)闊o級降壓起動，主要用于重載起動。它的缺點是起動轉矩小，轉矩特性呈拋物線形上升，對起動不利； 起動時間長，對電機不利。改進的方法是采用雙斜坡起動:輸出電壓先迅速升至 U，為電機起動所需的最小轉矩所對應的電壓值。然后按設定的速率逐漸升壓，直至達到額定電壓。初始電壓及電壓上升率可根據負載特性調整。這種起動方式的特點是起動電流相對較大，起動時間相對較短3。斜坡升壓軟起動原理圖如圖 1。(2) 斜坡恒流軟啟動 這種啟動方式是在電動啟動的前階段電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的值后保持恒定，直到

6、啟動完畢。啟動過程中，電流上升變化速率是可以根據電動機負載調整設定。電流上升速率大，則啟動轉矩大，啟動時間短。這種啟動方式的優(yōu)點是起動電流小，且可以按需要調整起動電流的限定值，缺點是由于在起動時難以知道起動壓降，不能充分利用降壓空間，會損失起動力矩。該啟動方式是應用最多的啟動方式，尤其適用于風機、泵類負載的啟動4。斜坡恒流軟起動原理圖如圖 2。(3) 轉矩控制啟動 這種啟動方式主要用于重載啟動，是按電動機的啟動轉矩線形上升的規(guī)律來控制輸出電壓。它的優(yōu)點是啟動平滑、柔性好，對拖動系統(tǒng)有利，同時減少對電網沖擊，是最優(yōu)的重載啟動方式之一，缺點是啟動時間較長。轉距起動方式原理圖如圖 3。(4) 轉矩加

7、突跳控制啟動方式這種啟動與轉矩控制啟動相同，也使用在重載啟動的場合，比如皮帶傳輸機、擠壓機、攪拌機等，由于其靜阻力矩較大，必須施加一個短時的大啟動力矩，克服大的靜摩擦力，然后轉矩平滑上升，縮短啟動時間。轉矩突跳這種啟動方式所提供的輔助突跳力矩所需電流可達到滿載電流的 500%，突跳啟動時間可在 02 秒內選擇，但是突跳會給電網發(fā)送尖脈沖，干擾其他負荷，使用時應特別注意5。轉矩加突跳控制啟動方式原理圖如圖 4。6InImI(t)tU1USt圖 1斜坡升壓軟啟動原理圖 圖 2斜坡恒流軟啟動原理圖Mq1MqM(t)MQ1MqM(t)ttMfMf 圖 3轉矩控制啟動方式原理圖 圖 4轉矩加突跳控制啟動

8、方式原理圖2.3 軟啟動器的四種運行狀態(tài)軟啟動器有 4 種運行狀態(tài)：(1) 跨越運行模式 晶閘管處于全導通狀態(tài)，電動機工作于全壓方式，電壓諧波分量可以完全忽略，這種方式常用于短時重復工作的電動機。(2) 接觸器旁路工作模式 在電動機達到滿速運行時，用旁路接觸器來取代已完成啟動任務的軟啟動器，這樣可以降低晶閘管的熱損耗，提高系統(tǒng)的效率。這種工作模式下，有可能用一臺軟啟動器去啟動多臺電動機。(3) 節(jié)能運行模式 當電動機負荷較輕時，軟啟動器自動降低施加于電動機定子上的電壓，減少電動機勵磁分量，從而提高了電動機的功率因數(shù)。(4) 調壓調速模式 軟啟動器既然是用晶閘管凋原理來實現(xiàn)，它就可以進行調壓調速

9、運行，由于電動機轉子內阻很小，要得到大范圍的調速，就需在電動機轉子中串入適當?shù)碾娮?。2.4 軟啟動器的四種停機方式軟啟動器有 4 種停機方式可供選擇：(1) 自由停車 直接切斷電源，電機自由停車。(2) 軟停機 在有些場合，并不希望電動突然停止，如皮帶運輸機、升降7機等，采用軟停機方式，在接收停機信號后，電動機端電壓逐漸減小。轉速下降斜破時間可調。(3) 泵停機或非線性軟制動 它適用于慣性力矩較小的泵的驅動。泵停機功能是將離心泵的特性曲線事先存儲在設備中，軟啟動器在啟動和停止電機的過程中，實時檢測電動機的負載電流，因此可根據泵的負載狀況及速度調節(jié)其輸出電壓，使軟啟動器的輸出轉矩我與泵的我曲線

10、最佳配合，從而消除“水錘效應” 。(4) 直接制動 可以向電動機輸入直流電流，從而加快制動，直流制動時間可在 099S 間選擇。主要使用于慣性力矩大的負載或需快速停機的場合。2.5 軟啟動器的接線方案軟啟動器的接線方案主要有帶旁路接觸器和不帶旁路接觸器 2 種：(1) 不帶旁路接觸器接線方案 籠型異步電動機是感性負載，運行中，定子電流滯后于電壓。若電動機工作電壓不變，電動機處于輕載時，功率因數(shù)低：電動機處于重載時，功率因數(shù)高。軟啟動器能在輕載時通過降低電動機端電壓，提高功率因數(shù)，減少電動機的銅耗、鐵耗，達到輕載節(jié)能的目的；負載重時，則提高端電壓，確保電動機正常運行。因此，對可變工況負載，電動機

11、長期處于輕載運行，只有短時或瞬時處于重載的場合，應采用不帶旁路接觸器的接線方案。(2) 帶旁路接觸器接線方案 對于電動機負載長期大于 40%的場合，應采用帶旁路接觸器的接線方案。這樣可以延長軟啟動器的壽命，避免對電網的諧波污染，還能減少軟啟動器的晶閘管熱損耗。3 軟啟動器硬件構成 軟啟動控制系統(tǒng)以高性能的單片機模塊作為控制核心外圍電路包括檢測電路、脈沖電路、脈沖觸發(fā)電路和電源電路。電源電壓經過同步脈沖形成電路形成同步脈沖信號送入CPU，CPU 根據同步脈沖信號和管壓降信號計算出觸發(fā)控制角，觸發(fā)命令經過觸發(fā)脈沖形成電路驅動晶閘管。電機電流采集電路把電動機工作電流進行調整和衰減，圖 1 8使得輸出

12、信號滿足單片機內部自帶的 A/D 轉換的要求。外部旋鈕的設置和指示燈構成人機接口電路，使系統(tǒng)具有良好的人機交互操作，在電動機運行前或運行過程中，可以靈活地設置控制和運行參數(shù)。3.1晶閘管的驅動電路晶閘管的導通是由控制極的觸發(fā)脈沖來控制 ,由于晶閘管門極參數(shù)的分散性以及其觸發(fā)電壓、電流隨溫度變化的特性 ,為保證可靠觸發(fā) ,其觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流必須大于門極觸發(fā)電壓和電流脈沖功放電路如圖 2 所示 (以 G1 腳為例 ) ,單片機發(fā)出的是一組脈沖 ,經過光電耦合器 ,通過 Q l 進行功率放大 ,然后將放大的信號送入脈沖變壓器 T1 ,由G1 輸出控制晶閘管門極。94、施耐德軟啟動器4.1、AST0

13、1N206QN 軟啟動器圖 2 晶閘管控制電路10 由于本次實驗采用的是 180W 的三相異步電機，根據這兩個軟啟動器的參數(shù)選擇了 AST01N2*系列軟啟動器其中的AST01N206QN。4.2、接線圖 完成了軟啟動器的選型后，根據軟啟動器的工作原理，制作出主電路接線圖圖 4圖 3 型號參數(shù)11如圖 5、圖 6 所示，施耐德 AST01N206QN 型軟啟動器有三個調節(jié)旋鈕分別為開始時間、初始電壓，停止時間，可根據實際需要進行調試。圖 4圖 6124.3、軟啟動器實驗測試實驗一：設置啟動時間 P1,控制電路部分如圖 7（注：啟動器的 LI2 與 LI+需短接）圖 513當不設置啟動時間，輸出

14、端 2/T1 4/T2 6/T3 的電壓輸出波形呈瞬間直線上升；當設置啟動時間，即將 Start time 的旋鈕調到 E 檔，如圖 8.而設置了啟動時間后波形如圖 9，設置了 P2 的啟動電壓，輸出電壓瞬間達到 P2 的設定值，然后才根據 P1 的設定緩慢上升，直到滿電壓后，F(xiàn)ULL Voltage 指示燈會亮，提示已經達到所輸出的電壓。圖圖 7圖 814實驗二：在實驗一的基礎上再設置停止時間 P3。調至 3 檔，如圖 10。且啟動器的接線部分從原來圖 7 的 LI2 與 LI+短接改為如圖 11，加一個開關，給它一個外部控制，其它不變。圖 9圖圖 1015得出的波形如圖 12，初始的 P1

15、、P2 沒有變化，主要還是最后停止的時候 P3 對比實驗一圖 9，圖 12 波形所表現(xiàn)出的事緩慢下降，可以防止電機瞬間突然停止，給電機一個緩沖時間。5、結束語軟啟動器從本質上是一種能夠自動控制的降壓啟動器，由于能夠任意調節(jié)輸出電壓，作電流閉環(huán)控制，因而比傳統(tǒng)的降壓啟動方式（如串電阻啟動，自耦變壓器啟動等）有更多優(yōu)點。例如滿載啟動風機水泵等變轉矩負載、實現(xiàn)電機軟停止、應用于水泵能完全消除水錘效應等。當前國內的軟啟動器技術已日趨成熟，與發(fā)達國家的差距拉近。采用軟起動器起動電動機，可將電流限制在規(guī)定范圍內，達到起動平穩(wěn)且有節(jié)能的效果。參考文獻【1】機動傳動控制/張志義，孫琣主編-北京：機械工業(yè)出版社，20