電動機(jī)軟起動控制工作原理、控制電路組成及工作特性曲線

隨著電力電子器件的參數(shù)性能的提高使用電力電子器件構(gòu)成的軟起動電控設(shè)備的故障率大大降低,甚至比傳統(tǒng)的電控設(shè)故障率還低，基本做到了免維護(hù)運(yùn)行。在電網(wǎng)容量小、電動機(jī)功率較大時(shí)或需要軟起動的場合應(yīng)首選軟起動電控設(shè)備。因此，軟起動電控設(shè)備已經(jīng)成為大中型電動機(jī)起動的主流設(shè)備。2、工作原理軟起動器控制是將電力電子，與自動控制技術(shù)相結(jié)合的設(shè)備，主電路與控制電路的相互關(guān)系如圖1所示，主電路用三組反向并聯(lián)晶閘管串接于供電電源與被控電動機(jī)之間。設(shè)備起動時(shí)，由電子控制電路控制晶閘管的導(dǎo)通角，使加在電動機(jī)端的電壓由低到高逐漸升高，電動機(jī)轉(zhuǎn)速隨之逐漸升高，直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的軟起動。設(shè)備停機(jī)時(shí)，則控制晶閘管的導(dǎo)通角，使電動機(jī)的端電壓由全電壓逐漸下降至零，實(shí)現(xiàn)軟停車。圖1軟起動器的主電路圖1軟起動器的主電路3、軟起動的優(yōu)點(diǎn)異步電動機(jī)在直接起動時(shí)，施加額定電壓，起動電流將達(dá)到5?7Ie，這樣大的電流將會給供電系統(tǒng)造成很大沖擊，所以，除了小容量電機(jī)外，一般都采取不同起動方式以降低電動機(jī)的起動電流，傳統(tǒng)的方式有Y-△起動、串電抗器起動、自耦變壓器起動、延邊三角形起動等。傳統(tǒng)的方式，在電動機(jī)起動的過程中，都有一個(gè)線圈電壓切換的過程,因而對電網(wǎng)存在“二次沖擊”軟起動設(shè)備控制則不存在該現(xiàn)象。常用起動方式電流曲線如圖2所示。圖2常用起動方式電流曲線4、軟起動的類型不限流軟起動特性曲線見圖3起動時(shí)，使起動電流以一定斜率不斷上升，直至起動完畢，期間對起動電流不加任何限制，應(yīng)場合：重載起動。小斜率軟起動起動特性曲線見圖。這種起動的特點(diǎn)是電流上升速率緩慢di/dt變化率小。適應(yīng)場合：對電機(jī)轉(zhuǎn)矩，速度變化敏感的場合。例如：小張力繞線機(jī)構(gòu)。

階躍恒流起動見圖4。起動一開始在極短的時(shí)間里，使晶閘管接近于全導(dǎo)通，然后恢復(fù)至極小導(dǎo)通角，進(jìn)行正常的恒流軟起動，適應(yīng)場合：起動時(shí)靜摩擦力矩較大的場合。恒流軟起動特性曲線見圖2中軟起動曲線,起動時(shí)，電流以一定的斜率上升至設(shè)定值，其后維持恒定。直至起動結(jié)束，適應(yīng)場合：絕大多數(shù)應(yīng)用場合。圖4階躍恒流起動圖圖4階躍恒流起動5、 停車停機(jī)時(shí)，控制晶閘管導(dǎo)通角以一定的斜率減小，使電機(jī)端電壓逐漸下降至零，減緩了電機(jī)停車時(shí)對機(jī)械負(fù)載的沖擊，下降斜率無級可調(diào)特性曲線見圖5，還可根據(jù)需要引入電流負(fù)反饋。目前比較常見的軟停車時(shí)間范圍在0—60S。6、 軟起動器的應(yīng)用(1)將斷路器，軟起動器，旁路接觸器和控制電路組成電動機(jī)控制中心(MCC)，這是目前最流行的，推廣最多的做法原理見圖6。其特點(diǎn)：在起動和停車階段，晶閘管投入工作，實(shí)現(xiàn)軟起動，停車，起動結(jié)束，旁路接觸器合閘，將晶閘管短接，電機(jī)接受全電壓，投入正常運(yùn)行，此種組合的優(yōu)點(diǎn)是，運(yùn)行期間，電機(jī)直接與電網(wǎng)相連，無諧波；旁路接觸器還可以作為一種備用手段，緊急關(guān)頭或晶閘管故障時(shí)，使電機(jī)投入直接起動，增加了運(yùn)行的可靠性，應(yīng)用場合；絕大多數(shù)工況適用。WISTINHXMTrx.'WISTINHXMTrx.'圖5軟起動和軟停方式特性 圖6MCC原理圖軟停車，在泵類負(fù)載系統(tǒng)中，例如，高揚(yáng)程水泵，大型泵站，污水泵站，電動機(jī)直接停車時(shí)，在有壓管路中，由于流體的運(yùn)動速度發(fā)生急劇變化，引起動量急劇變化，管路中出現(xiàn)水擊現(xiàn)象，對管道、閥門與泵形成很大的沖擊，此即“水錘”效應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)，會對大樓產(chǎn)生很大的震撼與巨響，甚至造成管道與閥門的損壞。采用軟停車，停車時(shí)軟起動器由大到小逐漸減小晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的端電壓緩緩下降，電機(jī)轉(zhuǎn)速有一個(gè)逐漸降低的過程，這樣就避免了管路里流體動量的急劇變化，抑制了“水錘”效應(yīng)。正反轉(zhuǎn)無觸點(diǎn)電子開關(guān)。軟起動器串接于供電電源與被控電機(jī)之間，當(dāng)晶閘管全導(dǎo)通時(shí)，電機(jī)得到全電壓，晶閘管關(guān)斷時(shí)，電機(jī)被切斷電源，其作用類似于一個(gè)無觸點(diǎn)電于開關(guān)。如果再增加二組反并聯(lián)晶閘管，組成如圖7的電路，當(dāng)A］、B］、C2三組晶閘管投入運(yùn)行時(shí)，三相電源L］、L2L3與電機(jī)的U、V、W端相連，電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，那么當(dāng)A2、B］、C］三組晶、閘管投入運(yùn)行時(shí)，由于電機(jī)輸入反相序電源而逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，交替的使上述二套晶閘管配置投入運(yùn)行，即可實(shí)現(xiàn)被控電機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行，由于不使用接觸器切換電源，故設(shè)備可靠性很高。應(yīng)用場合：需要頻繁正反轉(zhuǎn)的金屬型材軋制機(jī)構(gòu)。圖7正反轉(zhuǎn)無觸點(diǎn)電開關(guān)軟起動器與PC結(jié)合組成復(fù)合功能。以一臺PC程控器與兩臺或多臺軟起動器組合，可完成一用一備或兩用一備，甚至多用多備的方案，與PC結(jié)合，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)軟起動、軟停車，一用一備，與中央控制室組成遙控監(jiān)視系統(tǒng)。在許多大型排水系統(tǒng)中，平時(shí)排水量不大，僅要求少量排水泵投入運(yùn)行，有時(shí)則要求根據(jù)水位，逐級增加投入的水泵，直至全部水泵投入運(yùn)行；反之，則要求逐級減少運(yùn)行的水泵數(shù)量。其結(jié)合的方案有二種：其一如圖8。該方案采用一臺PC控制一臺軟起動器，軟起動器始終與一臺電機(jī)相連。當(dāng)需要時(shí)，PC控制首先起動電機(jī)M］,起動結(jié)束，合上旁路接觸器KMl0,使電機(jī)直接與電網(wǎng)相連，然后通過接觸器KM］”使軟起動器與該電機(jī)分離，與下一電機(jī)相連，由PC控制起動下一臺電機(jī)m2。此方法可以根據(jù)上下水位逐一起動各臺電機(jī)，停機(jī)時(shí)，除與軟起動器相連的電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟停車外，其余電機(jī)都是直接停車。

圖8圖8軟起動器與程控器聯(lián)合控制多臺電機(jī)圖9軟起動與程控器聯(lián)合控制該方案優(yōu)點(diǎn)：—次投資省，控制柜結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)：一旦軟起動器故障，會影響到全部電機(jī)的起動與運(yùn)行。其二如圖9。該方案每一臺電機(jī)均配一臺軟起動器，由PLC程控器根據(jù)水位或其他控制量依次逐一起動各臺電機(jī)，直至全部投入運(yùn)行；反之，則逐一關(guān)閉各臺電機(jī)。該方案優(yōu)點(diǎn)：可靠性比前一方案高，即使有一臺軟起動器故障，也不會影響其他電機(jī)的運(yùn)行，如果PC程控器發(fā)生故障，不能進(jìn)入自控狀態(tài)，那么采用柜前手動操作的方式，照樣可使各臺電機(jī)投入工作。7。與變頻控制器的比較軟起動器與變頻控制器均使用晶閘管模塊作為執(zhí)行器件。成本上變頻器要比軟起動器高，變頻器由于可以無級調(diào)速，目前在需要調(diào)速的場合已取代了原先直流電機(jī)占據(jù)的位置，例如，目前大力推廣的生活住宅恒壓供水系統(tǒng)，廣泛使用變頻器。但是在某些工況下變頻器也有弱點(diǎn)。目前的變頻器，無論是交—直—交還是交—交變頻，在工作過程中，始終產(chǎn)生諧波，為了減輕對電網(wǎng)的污染，必須增加濾波措施。其次，變頻器的輸出，與電網(wǎng)電源已經(jīng)不是同相同序的關(guān)系，因此在諸如圖10的方案中，不能在變頻器尚未與電機(jī)分離前，先合上旁路接觸器，必須先將變頻器與電機(jī)斷開，再合上旁路接觸器，否則，會燒毀變頻器的執(zhí)行器件，這樣，電機(jī)短時(shí)間內(nèi)會經(jīng)歷—個(gè)全電壓—斷電—全電壓的再起動過程，對轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性要求較高的場合，顯然不能使用這樣的方案。軟起動器的成本比變頻器低，它僅在起動與停車時(shí)投入運(yùn)行，起動結(jié)束，合上旁路接觸器，電機(jī)直接接受電網(wǎng)電壓，因而運(yùn)行期間不存在諧波的問題，其次，起動結(jié)束，晶閘管全導(dǎo)通，相當(dāng)于一個(gè)電子開關(guān)合閘，導(dǎo)通電阻極小，兩端的壓降在1一2V之間，因而并聯(lián)的接觸器由于同相同序，合閘沒有問題，電機(jī)不存在瞬間斷電的問題。另外，如果遇到負(fù)載過重，需強(qiáng)行起動，而原設(shè)定電流不夠大時(shí)，通過提前使旁路接觸器合閘，讓電機(jī)得到全電壓，可以確保順利起動?？梢钥吹阶冾l器、軟起動器各有自己的憂缺點(diǎn)，在需要凋速的場合，宜優(yōu)先考慮變頻器，