基于施耐德軟啟動(dòng)器的實(shí)驗(yàn)

1、景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院20142014 年第二學(xué)期年第二學(xué)期基于施耐德軟啟動(dòng)器的實(shí)驗(yàn)基于施耐德軟啟動(dòng)器的實(shí)驗(yàn)班班 級(jí)級(jí): 10 屆屆 機(jī)機(jī) 電電 一一 體體 化化姓姓 名名: 程偉堅(jiān)程偉堅(jiān) 2引言隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能型軟起動(dòng)器得到廣泛應(yīng)用。智能型軟起動(dòng)器是一種集軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新穎電機(jī)控制裝備，又稱為 Soft Starter。它不僅實(shí)現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑的起動(dòng)電機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)，如限流值、起動(dòng)時(shí)間等。此外，它還具有多種對(duì)電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備的諸多弊端。本論文主要涉及 施耐

2、德 AT01N206QN軟啟動(dòng)器工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、參數(shù)、 電機(jī)的組合等。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 軟啟動(dòng)器 施耐德 組合3目目錄錄 引言.21 前言.42 軟啟動(dòng)器原理 .42.1 軟啟動(dòng)器及其工作原理.42.2 軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式 .42.3 軟啟動(dòng)器的四種運(yùn)行狀態(tài).52.4 軟啟動(dòng)器的四種停機(jī)方式 .62.5 軟啟動(dòng)器的接線方案 .73 軟啟動(dòng)器硬件結(jié)構(gòu) .73.1 軟啟動(dòng)器硬件構(gòu)成圖.73.1 晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路.84 施耐德軟啟動(dòng)器 .94.1 AST01N203QN 軟啟動(dòng)器 .94.2 接線圖 .104.3 軟啟動(dòng)器實(shí)驗(yàn)測(cè)試 .125 結(jié)束語(yǔ) .15參考文獻(xiàn) .1541、前言軟啟動(dòng)器是一種集軟

3、啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的電機(jī)控制裝備。實(shí)現(xiàn)在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑的啟動(dòng)電機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)啟動(dòng)過(guò)程中的各種參數(shù)，如限流值、啟動(dòng)時(shí)間等。主要是由串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路構(gòu)成。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。2 軟啟動(dòng)器原理2.1 軟啟動(dòng)器及其工作原理軟啟動(dòng)器是一種用來(lái)控制三相交流電動(dòng)機(jī)的專用產(chǎn)品，它實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)，其功能完善，性能優(yōu)越，能夠滿足工業(yè)電機(jī)控制的需要，是傳統(tǒng) Y/啟動(dòng)和自耦變壓器啟動(dòng)控制方式的理想換代產(chǎn)

4、品。軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管（SCR）作為調(diào)壓器，將其接入電源和電機(jī)定子之間，這種電路如三相全控整流電路。軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速逐漸加速，直到晶閘管全部導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免了啟動(dòng)時(shí)過(guò)流跳閘，待電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管5的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命及提高其工作效率。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過(guò)程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)速逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。2.2 軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式

5、軟啟動(dòng)器一般有下面幾種啟動(dòng)方式：(1) 斜坡升壓軟啟動(dòng) 輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的有級(jí)降壓起動(dòng)變?yōu)闊o(wú)級(jí)降壓起動(dòng)，主要用于重載起動(dòng)。它的缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線形上升，對(duì)起動(dòng)不利； 起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)電機(jī)不利。改進(jìn)的方法是采用雙斜坡起動(dòng):輸出電壓先迅速升至 U，為電機(jī)起動(dòng)所需的最小轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電壓值。然后按設(shè)定的速率逐漸升壓，直至達(dá)到額定電壓。初始電壓及電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。這種起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)電流相對(duì)較大，起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較短3。斜坡升壓軟起動(dòng)原理圖如圖 1。(2) 斜坡恒流軟啟動(dòng) 這種啟動(dòng)方式是在電動(dòng)啟動(dòng)的前階段電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定，直到

6、啟動(dòng)完畢。啟動(dòng)過(guò)程中，電流上升變化速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)時(shí)間短。這種啟動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可以按需要調(diào)整起動(dòng)電流的限定值，缺點(diǎn)是由于在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用降壓空間，會(huì)損失起動(dòng)力矩。該啟動(dòng)方式是應(yīng)用最多的啟動(dòng)方式，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的啟動(dòng)4。斜坡恒流軟起動(dòng)原理圖如圖 2。(3) 轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng) 這種啟動(dòng)方式主要用于重載啟動(dòng)，是按電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩線形上升的規(guī)律來(lái)控制輸出電壓。它的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)平滑、柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有利，同時(shí)減少對(duì)電網(wǎng)沖擊，是最優(yōu)的重載啟動(dòng)方式之一，缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。轉(zhuǎn)距起動(dòng)方式原理圖如圖 3。(4) 轉(zhuǎn)矩加

7、突跳控制啟動(dòng)方式這種啟動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)相同，也使用在重載啟動(dòng)的場(chǎng)合，比如皮帶傳輸機(jī)、擠壓機(jī)、攪拌機(jī)等，由于其靜阻力矩較大，必須施加一個(gè)短時(shí)的大啟動(dòng)力矩，克服大的靜摩擦力，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短啟動(dòng)時(shí)間。轉(zhuǎn)矩突跳這種啟動(dòng)方式所提供的輔助突跳力矩所需電流可達(dá)到滿載電流的 500%，突跳啟動(dòng)時(shí)間可在 02 秒內(nèi)選擇，但是突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其他負(fù)荷，使用時(shí)應(yīng)特別注意5。轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)方式原理圖如圖 4。6InImI(t)tU1USt圖 1斜坡升壓軟啟動(dòng)原理圖 圖 2斜坡恒流軟啟動(dòng)原理圖Mq1MqM(t)MQ1MqM(t)ttMfMf 圖 3轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)方式原理圖 圖 4轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)

8、方式原理圖2.3 軟啟動(dòng)器的四種運(yùn)行狀態(tài)軟啟動(dòng)器有 4 種運(yùn)行狀態(tài)：(1) 跨越運(yùn)行模式 晶閘管處于全導(dǎo)通狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)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(shí)重復(fù)工作的電動(dòng)機(jī)。(2) 接觸器旁路工作模式 在電動(dòng)機(jī)達(dá)到滿速運(yùn)行時(shí)，用旁路接觸器來(lái)取代已完成啟動(dòng)任務(wù)的軟啟動(dòng)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(tái)軟啟動(dòng)器去啟動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。(3) 節(jié)能運(yùn)行模式 當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷較輕時(shí)，軟啟動(dòng)器自動(dòng)降低施加于電動(dòng)機(jī)定子上的電壓，減少電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁分量，從而提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。(4) 調(diào)壓調(diào)速模式 軟啟動(dòng)器既然是用晶閘管凋原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，它就可以進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速

9、運(yùn)行，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)阻很小，要得到大范圍的調(diào)速，就需在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中串入適當(dāng)?shù)碾娮?。2.4 軟啟動(dòng)器的四種停機(jī)方式軟啟動(dòng)器有 4 種停機(jī)方式可供選擇：(1) 自由停車 直接切斷電源，電機(jī)自由停車。(2) 軟停機(jī) 在有些場(chǎng)合，并不希望電動(dòng)突然停止，如皮帶運(yùn)輸機(jī)、升降7機(jī)等，采用軟停機(jī)方式，在接收停機(jī)信號(hào)后，電動(dòng)機(jī)端電壓逐漸減小。轉(zhuǎn)速下降斜破時(shí)間可調(diào)。(3) 泵停機(jī)或非線性軟制動(dòng) 它適用于慣性力矩較小的泵的驅(qū)動(dòng)。泵停機(jī)功能是將離心泵的特性曲線事先存儲(chǔ)在設(shè)備中，軟啟動(dòng)器在啟動(dòng)和停止電機(jī)的過(guò)程中，實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流，因此可根據(jù)泵的負(fù)載狀況及速度調(diào)節(jié)其輸出電壓，使軟啟動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩我與泵的我曲線

10、最佳配合，從而消除“水錘效應(yīng)” 。(4) 直接制動(dòng) 可以向電動(dòng)機(jī)輸入直流電流，從而加快制動(dòng)，直流制動(dòng)時(shí)間可在 099S 間選擇。主要使用于慣性力矩大的負(fù)載或需快速停機(jī)的場(chǎng)合。2.5 軟啟動(dòng)器的接線方案軟啟動(dòng)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(dòng)機(jī)是感性負(fù)載，運(yùn)行中，定子電流滯后于電壓。若電動(dòng)機(jī)工作電壓不變，電動(dòng)機(jī)處于輕載時(shí)，功率因數(shù)低：電動(dòng)機(jī)處于重載時(shí)，功率因數(shù)高。軟啟動(dòng)器能在輕載時(shí)通過(guò)降低電動(dòng)機(jī)端電壓，提高功率因數(shù)，減少電動(dòng)機(jī)的銅耗、鐵耗，達(dá)到輕載節(jié)能的目的；負(fù)載重時(shí)，則提高端電壓，確保電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。因此，對(duì)可變工況負(fù)載，電動(dòng)機(jī)

11、長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬時(shí)處于重載的場(chǎng)合，應(yīng)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(duì)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載長(zhǎng)期大于 40%的場(chǎng)合，應(yīng)采用帶旁路接觸器的接線方案。這樣可以延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的壽命，避免對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，還能減少軟啟動(dòng)器的晶閘管熱損耗。3 軟啟動(dòng)器硬件構(gòu)成 軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)以高性能的單片機(jī)模塊作為控制核心外圍電路包括檢測(cè)電路、脈沖電路、脈沖觸發(fā)電路和電源電路。電源電壓經(jīng)過(guò)同步脈沖形成電路形成同步脈沖信號(hào)送入CPU，CPU 根據(jù)同步脈沖信號(hào)和管壓降信號(hào)計(jì)算出觸發(fā)控制角，觸發(fā)命令經(jīng)過(guò)觸發(fā)脈沖形成電路驅(qū)動(dòng)晶閘管。電機(jī)電流采集電路把電動(dòng)機(jī)工作電流進(jìn)行調(diào)整和衰減，圖 1 8使得輸出

12、信號(hào)滿足單片機(jī)內(nèi)部自帶的 A/D 轉(zhuǎn)換的要求。外部旋鈕的設(shè)置和指示燈構(gòu)成人機(jī)接口電路，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互操作，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行前或運(yùn)行過(guò)程中，可以靈活地設(shè)置控制和運(yùn)行參數(shù)。3.1晶閘管的驅(qū)動(dòng)電路晶閘管的導(dǎo)通是由控制極的觸發(fā)脈沖來(lái)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(jī)發(fā)出的是一組脈沖 ,經(jīng)過(guò)光電耦合器 ,通過(guò) Q l 進(jìn)行功率放大 ,然后將放大的信號(hào)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(dòng)器4.1、AST0

13、1N206QN 軟啟動(dòng)器圖 2 晶閘管控制電路10 由于本次實(shí)驗(yàn)采用的是 180W 的三相異步電機(jī)，根據(jù)這兩個(gè)軟啟動(dòng)器的參數(shù)選擇了 AST01N2*系列軟啟動(dòng)器其中的AST01N206QN。4.2、接線圖 完成了軟啟動(dòng)器的選型后，根據(jù)軟啟動(dòng)器的工作原理，制作出主電路接線圖圖 4圖 3 型號(hào)參數(shù)11如圖 5、圖 6 所示，施耐德 AST01N206QN 型軟啟動(dòng)器有三個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕分別為開(kāi)始時(shí)間、初始電壓，停止時(shí)間，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)試。圖 4圖 6124.3、軟啟動(dòng)器實(shí)驗(yàn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)一：設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間 P1,控制電路部分如圖 7（注：?jiǎn)?dòng)器的 LI2 與 LI+需短接）圖 513當(dāng)不設(shè)置啟動(dòng)時(shí)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(dāng)設(shè)置啟動(dòng)時(shí)間，即將 Start time 的旋鈕調(diào)到 E 檔，如圖 8.而設(shè)置了啟動(dòng)時(shí)間后波形如圖 9，設(shè)置了 P2 的啟動(dòng)電壓，輸出電壓瞬間達(dá)到 P2 的設(shè)定值，然后才根據(jù) P1 的設(shè)定緩慢上升，直到滿電壓后，F(xiàn)ULL Voltage 指示燈會(huì)亮，提示已經(jīng)達(dá)到所輸出的電壓。圖圖 7圖 814實(shí)驗(yàn)二：在實(shí)驗(yàn)一的基礎(chǔ)上再設(shè)置停止時(shí)間 P3。調(diào)至 3 檔，如圖 10。且啟動(dòng)器的接線部分從原來(lái)圖 7 的 LI2 與 LI+短接改為如圖 11，加一個(gè)開(kāi)關(guān)，給它一個(gè)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(méi)有變化，主要還是最后停止的時(shí)候 P3 對(duì)比實(shí)驗(yàn)一圖 9，圖 12 波形所表現(xiàn)出的事緩慢下降，可以防止電機(jī)瞬間突然停止，給電機(jī)一個(gè)緩沖時(shí)間。5、結(jié)束語(yǔ)軟啟動(dòng)器從本質(zhì)上是一種能夠自動(dòng)控制的降壓?jiǎn)?dòng)器，由于能夠任意調(diào)節(jié)輸出電壓，作電流閉環(huán)控制，因而比傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式（如串電阻啟動(dòng)，自耦變壓器啟動(dòng)等）有更多優(yōu)點(diǎn)。例如滿載啟動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵等變轉(zhuǎn)矩負(fù)載、實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟停止、應(yīng)用于水泵能完全消除水錘效應(yīng)等。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的軟啟動(dòng)器技術(shù)已日趨成熟，與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距拉近。采用軟起動(dòng)器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，可將電流限制在規(guī)定范圍內(nèi)，達(dá)到起動(dòng)平穩(wěn)且有節(jié)能的效果。參考文獻(xiàn)【1】機(jī)動(dòng)傳動(dòng)控制/張志義，孫琣主編-北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20