磁控式软启动器工作原理综述

新型BCK-I型箔式绕组磁控式电动机软起动器工作原理

引述：

异步电动机软启动控制器在电动机起动过程中,通过控制电动机的电流,使电机缓慢、平滑的加速,避免了大电流对电机和电网的冲击,提高了电网的工作效率,减少了启动时对电机的冲击损伤,从而达到了启动和保护设备的作用。如果说BCK-II箔式绕组磁控式软起动是针对水阻和热变电阻式启动器不可克服的缺点而出现的最新换代产品,具有十分广阔的应用前景。那么BCK-I基于微控制器,设计了一种新型电机磁控软启动方案,即在异步电动机定子回路串入磁饱和可控电抗器来实现电机的软启动。

1、磁控软启动原理介绍

BCK-I磁控式软启动是从电抗器软起动衍生出来的。主要由交流部分、直流部分、控制三大部分组成。主要功能是用可控制的饱和电抗器串在异步电动机定子侧实现降压。饱和电抗器由封闭的铁芯、直流绕组(控制绕组)和交流绕组(工作绕组)配合组成,交流部分主要串联在电动机定子回路的交线圈的工作绕组,由直流线圈控制铁芯的饱和度,从而控制交流绕组的等效电抗值。

在异步电动机启动过程中,通过反馈自动控制饱和电抗器直流绕组电流,改变铁芯的饱和程度,调节交流绕组的电抗,实现异步电动机的恒流软启动。TGCK-iI磁控软起动在起动开始时限流作用较强，在软起动过程中逐渐减弱。电抗器在起动完成后被旁路。

2、磁控式软启动控制系统设计

2.1：主电路设计图：

磁控式异步电动机软起动控制系统图如上图所示

其中，QS为三相电源开关;QF1为交流接触器;QR为饱和电抗器;SR为晶闸管整流电路,是提供饱和电抗器直流绕组直流励磁电流的回路,改变可控硅不同的触发角度,可提供饱和电抗器不同的直流励磁值;HR传感器,检测磁线圈的温度。并通过可靠隔离将信号转化为小的电压信号送给单片机。信号采集在电隔离条件下测量直流、交流脉冲以及各种不规则波形的电流,同时压敏电阻与二极管起到保护可控硅的作用.

2.2、控制系统设计：

磁控软起动智能控制系统的硬件总体结构如上图所示

它主要由微处理器系统、信号检测、功率变换单元、现场总线、人机交换模块等组成。智能控制器在软起动中的作用是根据电机起动中的电流、电压信号进行智能控制,通过功率变换单元控制可变电抗器的电抗,从而控制异步电动机的起动。所以,智能控制器主要包括如下几个基本功能:启动电量信号的检测、智能控制算法运算、功率变换单元控制、开关器件控制。此外,为完善系统功能,系统还具有友好的人机交互界面、现场总线通信、存储数据等功能。

2.3、系统软件设计：

软起动控制流程主要有软起动初始化、起动状态检查、软起动、软起动结束几个阶段。根据以上步骤,利用结构化设计思想,将系统软件分成主程序、初始化程序、软起动过程控制程序、数据通讯程序、人机交互程序、数据存储等若干功能模块,控制硬件系统自动采集、检测输入信号,对输入数据进行判断与处理,并按要求输出所需的控制信号。主程序流程图如图4所示,系统上电初始化结束后先进行系统自检,自检完成后判断电机所处的状态,根据不同的状态接收不同的命令。如果检测电机处于准备阶段,则接到启动指令后进行触发角的测量,发出触发脉冲起动电机;如果检测电机处于高速阶段,则瞬时给出最大触发角实现电机的软停。在整个循环过程中,任何一项测试不能通过则闭锁所有中断停机。

2.4、模糊PID控制器设计

当异步电动机起动或负载变化时,由于实际电流与给定电流的误差太大,单纯采用PID控制进行调频调功时,容易造成积分累积,最终引起系统较大的超调,甚至可能引起系统的振荡,使得系统的稳定性变差。智能控制器采用模糊控制器与PID控制器相结合的方案,其控制器系统结构图如图一所示。系统主要由PID控制器、模糊控制器以及误差e和误差变化ec的离散化环节(k4)、模糊化环节k1和k2、控制量输出比例环节k3、在线参数自调整环节组成。PID 控制器是在误差很小时起作用,用来消除静态误差,当误差较大时,该环节作用较小。参数自调整的作用,是根据误差e和误差变化率ec,在线调节k1、k2和k3,使系统的动特性与稳态性能

更好地相互兼顾。

图一

综合以上原理描述：

实践证明磁控式饱和电抗器降压起动通过控制直流励磁绕组的电流大小来改变铁芯饱和度,从而它的等效电抗值是可控的。通过调节饱和电抗器(QR)的直流励磁电流,可以连续改变其电抗以维持起动电流恒定。当软起动完成后,由于电抗器电抗值相当小,旁路饱和电抗器不会产生二次电流冲击,所以磁控软起动克服了定子串联电抗器启动的缺点。

合理选择起动时间和饱和电抗器的直流励磁电流,对改善异步电动机的启动性能有着重要的作用,使异步电动机起动达到限流调节、平滑、快速、可靠性高等要求。

2.5 提供故障解决方案

对运行状态加以监测,而后对相应的运行人员发出警告指示,并提供推荐的修正措施。 3、应用效果

该系统能准确而及时地把握整个机组轴系运行状况,通过功能强大的振动信号分析、诊断,迅速做出运行评估与维修计划指导方案,有效地判断、预防和消除故障,保证了大型机组的长周期、满负荷安全运行。

技术指标：

额定电压：AC380V 50Hz

功率： 15KW-400KW 负载：风机、水泵、皮带机、球磨机起动时间：根据负载30s 内自动调节起动负荷：负载率50%Te以内执行原件：箔式绕组磁放大器控制方式：闭环控制

起动频次：12次/小时（增强型）

具有4-20mA标准信号输出和开关量信号输出。

具有 485信号通讯功能，协议支持MODBUS-RTU。具有软停止功能。

保护功能：软起动器对电机的起动、运行过程全方位监控。对过电流、过载、缺相或断相和三相不平衡保护、过电压、欠电压等等全部采取反时限保护，能够满足各种负载需求；各种保护参数、运行参数进行修改、设定、数据传输、起停操作、数据记录及电机工作状态及参数动态显示；并对故障有报警和记录保存

使用条件：

环境温度: -50～55℃

环境湿度：90%无冷凝或滴水冷却方式:自然风冷。

使用条件: 软起动器使用时应配起动和旁路运行交流接触器。保护等级: IP20。

抗震能力:8度

使用环境：海拔高度4000米以下工作场所无爆炸危险和破坏绝缘的酸性气体及导电尘埃。

振动装置0.5G以上。

安装方式：柜体应垂直于地面，倾斜安装不超过5度。

使用场所：室内无腐蚀性气体，无导电尘埃且通风良好。

电子式软启动器和磁控式软启动器对比分析如下：