软启动器讲座

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（1）晶闸管的控制方法
①相位控制
相位控制是通过控制晶闸管的通断控制电源电 压的输出波形的控制方式。
不同的控制角α可以得到不同的输出电压。 U=f(α),从而起到调压的作用。
控制角α
φ≤ α ≤ 150°过零点为0°
导通角θ
θ=180°- α+ φ
续流角φ
功率因数角
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（2）启动器的种类
①降低电压U1 A.星三角启动（延边三角） B.自藕变压器启动器 C.开关变压器启动器 D.晶闸管软启动器
②加大定子边电阻或电感（串入） A.定子串电抗器启动器 B.定子串电阻启动器
（ 液组启动器、热变阻启动器、磁控式启动器）
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③加大转子电阻或电感（串入） A.转子串电阻启动器 B.频敏电阻启动器
触发脉冲系统：根据微电脑发出的控制信 号，形成触发脉冲，经隔离放大后，控制晶闸 管门极。
电流检测：测出输出电流值送入微电脑， 用作控制计算参数（触发角，保护等）。
操作盘：用作参数设置和操作。
显示：显示相关功能和参数值。
接口电路：处理I/O信号。
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（3）电动机软启动时的机械特性 电动机不同电压的机械特性
启动瞬间 n = O S = 1 1 S r 0
S
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②电动机的机械特性
TS---启动转矩（瞬间） Tm---最大转矩 TL---负载转矩 IS---启动电流（瞬间） n---转速（瞬间）
T=f(n) 机械特性 I=f(n) 电流与转速关系
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电磁转矩基本公式 电磁转矩计算公式 电磁转矩实用公式 电磁转矩磁通表示公式
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四.软启动器的保护（晶闸管）
1.过电流保护措施 ① 常规保护:断路器、过电流继电器、过载热
继电器、熔断丝。 ② 内部过电流保护功能。
压上升率du/dt
RV 压敏电阻，过压保护
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①三相全控Y接法。
电源正负半圆对称，
BU
负载只产生奇次谐
波电流，无偶次谐
波电流和直流分量
②三相全控△接法，
无中性线
BU
性能同Y接法。
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③.三相全控内△接法
特点是晶闸管上 的电流小，耐压 高（线电压）引 线端多，使用较 少 其它方式的实用价值不大
②高压启动器： 液阻启动器为主 磁控式启动器少数 软启动器不多，势在增多
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（2）高压软启动器的产品现状
产品成熟公司：美国AB、英国CT、法国 TE，施耐德、瑞典ABB、德国西门子，AE等。 国内处于起步阶段：奥托3KV-15KV、摩鹰
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（3）晶闸管电机软启动器是目前最先进 的也是今后的发展方向
式中 Ste----变压器额定容量 式中 Pe----电动机额定功率
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(2).启动转矩满足条件: TS≤1.1Te(或TL)
(3).启动冲击要能满足负载机械的要求。
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4.电动机启动的原理,种类及选用
（1）.电动机的启动特性 ①电动机的等效电路
U&1 E&1 I&1Z1 B E& U&1 I&1 -I&m I2 B I2
电压斜坡式控制原理框图
Ud作为积分电路输入 斜坡斜率决定于积分时间，可设定
无反馈系统，仅过电流保护。
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U0为初始 电压，能使负 载转动所需要 的最小电压值。
需反复调 试确定合理的 U0后才能达到 较理想的效果。
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附加功能 ①电压突跳功能：
在斜坡启动方式的电压曲线上叠加一个 短时脉冲电压UK。启动初始产生一个较大的 启动转矩。
本次重点讲解：晶闸管电动机软启动器，简 称软启动器（非其它形式的启动器）
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二.软启动器的原理与主电路的结构
晶闸管电机软启动器实质就是晶闸管交流调压 器，通过这个交流调压器来改变加到电机上的电源 电压。
1.晶闸管交流调压器的原理及特点。
如图所示，每相由二只 晶闸管反并联连接串入， 通过对晶闸管的控制就 可以对交流电压进行调压。
下图为6KV高压软启动器的结构
KM：真空接触器，晶闸管旁路接触器。 三只晶闸管相串联，共18只晶闸管。
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特点要求：
A.晶闸管的一致性尽量好 B.采取均压措施，解决晶闸管静态和动态均压问题。 C.同一臂各个晶闸管的触发信号同步性要好。 D.晶闸管阀的额定电压要足够高，一般是电压幅值的
m1U12r2
1 (r1 r2)2 (x1 x2 )2
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定子电流公式（忽略励磁电流）
I1 B I2
U1 (r1 r2 / s)2 (x1 x2 )2
启动电流公式（瞬间） S=1
IS B I2S
U2 (r1 r2)2 (x1 x2 )2
可见IS↓与U2↓, X1、X2’、r1、r2’ ↑相关
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TD为设定的转矩斜率与限幅曲线
转矩传感器检测
TF电机实际转矩 相关参数计算
T
3
U1T1
cos
这样的软启动器能使在启动过程中，
电机的输出转矩与设置的转矩一致。达到
满意的启动效果。
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4.运行控制方式
（1）全压运行
晶闸管全通运行 旁路运行（按旁路接触器）
选用合适功率电机 （2）节能运行（轻载） 降压运行
决定
电压降估算公式： 式中：
U
K st
Soth / STe
cos
KU
Kst----启动电流倍数
Soth----其它负载容量
STe----变压器容量
KU----变压器阻抗电压降（4.5%）
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6KV以上高压电动机直接启动条件： (1)经验公式（其它负荷0.55STe）
①.频繁启动
②.不频繁启动
电动机软启动
一.交流异步电动机的启动
交流异步电动机的启动是指电动机接通电 源到稳定运行的过程。
电动机的启动分直接启动和启动器启动两 种。
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2、原理图
1.电动机直接启动
电动机直接启动也称全压启动，电动机直接接
入电网额定电压，电动机三相定子绕组在获得全部
电压下启动。
优点：简单、经济、可靠
采用了现代控制理论，计算机技术和电 力电子技术相结合的高科技产品。 优势：
1.根据不同负载要求设置启动电流、转 矩、时间及停机时间等参数。
2.启动平滑性能好。 3.较强的保护功能、维护少、寿命长。
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不足： 1.启动过程中产生高次谐波较多,影响电
机性能，易发热。 2.目前性价比较高。
晶闸管的控制角一般为0°。 优点：产生谐波少 缺点： A.通断交替周期较长，输出电压波动大
B.电源断开间隙，电机处于发点电状态 电源接通瞬间产生较大的电冲击，不适合用 作电机软启动。
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2.软启动器主电路结构
（1）低压软启动器主电路结构
VT1、VT4两个晶闸管反并联、调压元件 L1、L2互感器二次信号输出（电流） R、C吸收电路，吸收瞬态电压尖峰，抑制正向电
(2).其它启动器属降压启动装置
控制方式分:
(1).有极 (2).无极
调节原件物理形态分: (1).固态 (2).液态
软启动器指：晶闸管电机软启动器，国家文件称
“交流电动机电力电子软启动器装置”。
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（1）目前国内启动器的应用状况
①.低压启动器： 软启动器为主 星三角、频敏变阻启动器少数
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5停车方式
(1)自由滑行，停车时断开电源 TB = TL
(2)制动停车
能耗制动 机械动能耗于转子 反接制动 ①制动转矩较大
TB=(-TN1)+TL ②冲击电流较大③ n=0断开电源
(3)软停车：停车时输出电压按斜坡曲线下降
TB↑=TC-TM↓，停车时间大于自由滑行，非常 缓慢。
nO=60f1/p=C
T∝U2
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三.软启动器的控制方式
控制方式的几个发展阶段: ①电压斜坡控制式 ②电流斜坡控制 ③闭环电压，电流限幅控制 ④闭环转矩控制 发展方向：自适应控制、模糊控制、智
能控制、不断提高性能。
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1.电压斜坡控制方式
电压斜坡控制方式是原始的控制方式，其他方 式都是在此基础上发展的。
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当α ≤ φ时，每只晶闸管导通角为 180 °，不起调压作用。
当α≥150°时，从三相电压波形可 知，当A相相位大于150°以后，UA＜UB，晶 闸管上是反电压，不导通，不起调压作用。
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②通断控制
这种方法是控制晶闸管的同或断，使电源电压 波形在控制周期T内通过几个周期，关断几个周期 达到调压的目的。
B.影响同一电网的其它电气设备正常运行。 C.严重时使供电系统因为过载跳闸。 (2).产生峰值转矩（突发转矩）： 对电机本身和负载传动采用启动器启动
希望启动电流小，启动转矩大，减少冲 击。由电机理论可知采用启动器启动可以实 现。 （1).降低启动电流方法：①降低电源电压② 加大定子或转子边的电阻或电抗。 （2）.增大启动转矩方法，①适当增大转子 电阻②减少电源频率 （3）减少冲击方法：启动转矩斜坡式增大。
3倍以上。 突出的问题是均压问题，技术难度较大，成本较
高，高压变频器采取了其它多种方案，避免这问题， 其它方案在研究之中。开关变压器形式只是其中一种 方式。
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3.软启动器的系统结构
（1）基本配线图
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（2）系统框图
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同步检测：找出电源的过零点作为控制角 的起始点。
缺点: (1) 启动电流大
IS≥（5-8）Ie
启动转矩并不大 TS≥（0.9-1.3）Te
则 ① 启动转矩较小TS＞1.1Te,重载时，电机出 现
堵死现象，电机启不动，时间长后损坏电机。
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②.电流过大会使电源变压器输出电压下降， 严重时出现:
A.启动转矩严重下降（T∝U12），可能无法 启动。
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3.启动方式的选择依据
采用直接启动必须满足的三个条件： （1）变压器与电动机容量比够大，保证启 动时电源电压降在允许范围内。
供电系统的压降要求： ①频繁启动：电压波动＜10% ②不频繁启动：电压波动＜15%（无敏感 负载＜20% ）
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③单台变压器供电由负载要求的启动转矩
解决具有较大静转矩负载的启动，如： 球磨机。 ②电流限幅功能：
限制启动电流值不超过希望值。
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A.直接限制电流
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电流限幅控制方式原理框图
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B.通过控制启动电压来限制电流 适用于恒转矩负载。
电网容量有限，在允许电流下启动。
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最大转矩公式
Q dT 0(临界点) dS
Sm
r12
r2 (x1
x2 )2
则Tm 1
m1V12
2 (x1 x2 )2 (x1 x2 )2
（r12不超过（x1+x2’）2的5%），r1忽略)
过载能力 K=Tm/Te
启动转矩公式（瞬间）
∵n = 0 s = 1 Ts 1
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（3）启动器的选用 根据不同的供电电网容量，不同的负
载及不同的启动性能要求，选择不同类型 的启动器，同时考虑启动器的简单、经济、 可靠、耐用等因素。
可参考表1-1， P13
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5.启动器的现状和发展方向
软启动器是一种时尚，所有的启动器都冠名“软
启动器”。
理论上分: (1).变频器属于变频启动装置
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（2）高压软启动器的主电路结构
具有两种软启动器结构形式： 晶闸管直接串联形式和开关变压器形式 ①晶闸管直接串联形式
这是由低压软启动器演变而来，工作原 理与结构形式相同，只是单个晶闸管耐压达 不到水平，因此，每个臂由多只晶闸管串联 组成，称为高压晶闸管阀。
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2.电流斜坡控制方式
在电流限幅控制的基础上，在启动初始阶段 t1，启动电流按电流斜坡线上升，直至电流限 幅值。 适用于风机水泵类 负载，启动初始需 要启动转矩较小， 这种有较好的启动 平滑性。
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3.转矩控制方式
大功率电动机启动过程后期，由于功率因 数变化较大，电机转速经常超过同步转速，经 震荡过程后方稳定运行的“超标”现象。惯性 越小越严重，电流闭环控制会造成输出电流下 降，经PID调节后，反而增大输出，使电机输出 转矩更大，加增“超标”造成系统震荡，采用 转矩控制方式可解决这个问题是显而易见的。