上海蔻湘自動(dòng)化設(shè)備商行
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-------上海蔻湘自動(dòng)化設(shè)備商行 本著“以人為本、科技先導(dǎo)、顧客滿意、持續(xù)改進(jìn)”的工作方針，致力于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)、工程配套和系統(tǒng)集成，擁有豐富的自動(dòng)化產(chǎn)品的應(yīng)用和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及雄厚的技術(shù)力量，尤其以 PLC復(fù)雜控制系統(tǒng)、傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用、伺服控制系統(tǒng)、控備品備件、人機(jī)界面及網(wǎng)絡(luò)/軟件應(yīng)用為公司的技術(shù)特長，幾年來，上海蔻湘在與德國 SIEMENS公司自動(dòng)化與驅(qū)動(dòng)部門的長期緊密合作過程中，建立了良好的相互協(xié)作關(guān)系，在可編程控制器、交直流傳動(dòng)裝置方面的業(yè)務(wù)逐年成倍增長，為廣大用戶提供了SIEMENS的技術(shù)及自動(dòng)控制的解決方案。
主要經(jīng)營范圍：
PLC及 模塊：S7-200、 S7-300、 S7-400、S7-1200，S7-1500，ET-200系列
變 頻 器：MM420、 MM430、 MM440、 6SE70、 6RA70,V20，V60，V90系列
觸 摸 屏：OP27、 OP37、 OP270、 OP370，TD200， TD400C， K-TP OP177 TP177,MP277， MP377,等系列
數(shù) 控：6SN、1FT、6FC、6FX，1FK等系列
主要優(yōu)勢：
邏輯控制模塊： LOGO！230RC、230RCO、230RCL、24RC、24RCL
SITOP直流電源： 24V DC 1.3A、2.*、3A、*、10A、20A、40A可并聯(lián).
數(shù)控伺服停產(chǎn)備件：（6FC，6SN全系列）
全數(shù)字直流調(diào)速裝置： 6RA23、6RA24、6RA28、6RA70、6SE70系列
SIEMENS 數(shù)控 伺服
SINUMERIK:801、802S 、802D、802D SL、810D、840D、611U、S120
系統(tǒng)及伺報(bào)電機(jī)，力矩電機(jī)，直線電機(jī)，伺服驅(qū)動(dòng)等備件銷售
SIEMENS S7系列
S7-400（優(yōu)勢產(chǎn)品,庫存量大）
S7-300（優(yōu)勢產(chǎn)品,庫存量大）
S7-200 (優(yōu)勢產(chǎn)品，庫存量大）
SIEMENS 其他產(chǎn)品
PLC周邊產(chǎn)品（編程電纜，前連接器，導(dǎo)軌）
PLC編程軟件
規(guī) 格：德國Siemens原產(chǎn)出品；凡所購公司產(chǎn)品，均按原廠質(zhì)保一年。
本文介紹了通用晶閘管軟起動(dòng)控制器的工作原理，該工作原理即移相原理，移相原理是目前所有晶閘管軟起起動(dòng)器共同采用的控制方式，其控制方式下起動(dòng)的電機(jī)起動(dòng)電流較小，起動(dòng)平穩(wěn)且能夠滿足多種負(fù)載。
1引言
三相交流異步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠，所以在各個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但其在直接起動(dòng)時(shí)，會產(chǎn)生過大的起動(dòng)電流，特別是大功率電機(jī)，大起動(dòng)電流嚴(yán)重沖擊電網(wǎng)，引起電網(wǎng)供電質(zhì)量下降，并影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行，并且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩造成的機(jī)械沖擊會降低電動(dòng)機(jī)的壽命。所以起動(dòng)過程中需要在電機(jī)和電源之間串入軟起動(dòng)來解決此問題。
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，晶閘管軟起動(dòng)裝置應(yīng)運(yùn)而生。由于其體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，免維護(hù)，安全可靠。全智能控制，功能齊全，菜單豐富。起動(dòng)重復(fù)性好，保護(hù)周全。所以其正逐步取代傳統(tǒng)的軟起動(dòng)方式，成為軟起動(dòng)領(lǐng)域新的領(lǐng)軍人物。
本文首先闡述晶閘管軟起動(dòng)的目前最普遍采用的移相起動(dòng)方式。
2系統(tǒng)概述
利用晶閘管的開關(guān)特性，通過晶閘管的觸發(fā)角來改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制到晶閘管電機(jī)端的輸出電壓，達(dá)到控制電機(jī)的起動(dòng)特性。當(dāng)晶閘管的電機(jī)端電壓和輸入端相同的時(shí)候即電機(jī)起動(dòng)過程完畢后，就讓交流接觸器（或斷路器）吸合（如圖1所示意，即QF2吸合），短路所有的晶閘管，這時(shí)電動(dòng)機(jī)將直接連到電網(wǎng)上。
晶閘管軟起動(dòng)器主電路原理圖
圖1 晶閘管軟起動(dòng)器主電路原理圖
在圖1中，QS為高壓隔離開關(guān)，QF1、QF2為真空斷路器(當(dāng)電流小的時(shí)候，QF2有時(shí)候也采用接觸器），SCR為（普通）晶閘管，M為中壓電動(dòng)機(jī)。QF1伺職主電路的通斷，QF2伺職電力器件的旁路。在SCR軟起動(dòng)裝置里，SCR共6組，每組含（根據(jù)電壓的高低和可控硅的耐壓值來確定m的值）個(gè)相串的SCR。
3工作原理
3.1功率因數(shù)角
由于電機(jī)為感性負(fù)載，所以電流滯后電壓。當(dāng)電壓過零的時(shí)候，電流并未過零，要延遲一段時(shí)間后才過零，只有在電流過零的時(shí)候晶閘管才關(guān)斷。我們把電壓過零點(diǎn)和電流過零點(diǎn)之間的這個(gè)角度稱為功率因數(shù)角φ（如圖2所示）。
觸發(fā)角和導(dǎo)通角的關(guān)系
圖2 觸發(fā)角和導(dǎo)通角的關(guān)系
3.2導(dǎo)通角和觸發(fā)角
�。�1）導(dǎo)通角和觸發(fā)角
當(dāng)晶閘管工作時(shí)，其輸出電壓的大小由晶閘管的導(dǎo)通角決定，而導(dǎo)通角又由觸發(fā)角和功率因數(shù)角共同決定。
如圖2所示，α為觸發(fā)角，q為導(dǎo)通角。
幾個(gè)角度之間的關(guān)系為:q=-α+φ
�。�2）初始觸發(fā)角
初始觸發(fā)角是給電機(jī)建立電流的必要條件，初始觸發(fā)角一般在40°到60°之間，此值根據(jù)不同的電機(jī)及不同的負(fù)載變化。
3.3相序及其檢測
（1）相序
相序就是相位的順序，是交流電的瞬時(shí)值從負(fù)值向正值變化經(jīng)過零值的依次順序。在晶閘管軟起動(dòng)中，相序檢測極為重要，只有確定相序，才能發(fā)出正確的觸發(fā)脈沖控制晶閘管的導(dǎo)通順序。
（2）相序檢測
相序檢測是在晶閘管導(dǎo)通前，觸發(fā)脈沖發(fā)出前進(jìn)行的。本系統(tǒng)通過對三相反并聯(lián)晶閘管的管壓降信號的判別來實(shí)現(xiàn)相序檢測。設(shè)A相晶閘管的管壓降信號為Va, B相晶閘管的管壓降信號為Vb ，C相晶閘管的管壓降信號為Vc。在電壓過零時(shí)，管壓降為0。管壓降信號Va、 Vb、Vc嚴(yán)格遵守三相交流電相序規(guī)律，信號的周期為180°，各相的相位差為120°。
以Va為基準(zhǔn)，當(dāng)Va開始有壓降，此時(shí)開始計(jì)時(shí)，若60°后到來的信號是Vc，120°后到來的信號是Vb，則可判定為正相序。相反，當(dāng)Va開始有壓降，若60°后到來的信號是Vb，120°后到來的信號是Vc，則可判定為逆相序。
3.4脈沖觸發(fā)
（1）觸發(fā)同步
為了能對主回路的輸出電壓Ud進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，SCR必須接受與SCR主電路具有相同頻率的觸發(fā)信號。在A、B、C三相電路中，正相晶閘管觸發(fā)信號相位相差120°，反相晶閘管觸發(fā)信號相位也相差120°，而同一相中反并聯(lián)的兩個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖相位相差180°。宏觀來看三相交流調(diào)壓電路，是每隔60° 控制器發(fā)出一個(gè)觸發(fā)脈沖。
（2）觸發(fā)脈寬
晶閘管的觸發(fā)是有一個(gè)過程的，也就是晶閘管的導(dǎo)通需要一定的時(shí)間，不是一觸即通，只有當(dāng)晶閘管的陽極電流即主回路電流上升到晶閘管的擎住電流IL以上時(shí)，管子才能導(dǎo)通，所以觸發(fā)脈沖信號應(yīng)有一定的寬度才能保證被觸發(fā)的晶閘管可靠導(dǎo)通。例如：一般晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間在6μs左右，故觸發(fā)脈沖的寬度至少在 6μs以上，一般取20～50μs，對于大電感負(fù)載，由于電流上升較慢，觸發(fā)脈沖寬度還應(yīng)加大，否則脈沖終止時(shí)主回路電流還未上升到晶閘管的擎任電流以上，則晶閘管又重新關(guān)斷，所以脈沖寬度不應(yīng)小于300μs，通常取1ms，相當(dāng)廣50Hz正弦波的18°電角度。
3.5移相調(diào)壓過程
由于異步電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)載，從電力電子學(xué)中得到，當(dāng)交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載時(shí)，只有當(dāng)觸發(fā)角α大于感性負(fù)載的功率因數(shù)角φ時(shí)，才能起調(diào)壓的作用，因?yàn)楫?dāng)α<φ時(shí)，電流導(dǎo)通的時(shí)間將始終保持在180°，其情況和α=φ時(shí)一樣，相控不起任何調(diào)壓作用，甚至在晶閘管觸發(fā)脈沖不夠?qū)挼那闆r下，還會出現(xiàn)只有一個(gè)方向的晶閘管在工作，負(fù)載上可能出現(xiàn)直流分量，危害晶閘管的安全。因此在使用相控晶閘管電路時(shí)必須采用寬脈沖觸發(fā)或雙窄脈沖觸發(fā)，移相范圍限制在φ≤α<180°。
晶閘管的輸出電壓為介于導(dǎo)通角q 間的波形，改變q角的大小，就可以調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入電壓。q 角與α角和φ角都有關(guān)，對于恒定的負(fù)載阻抗，q角是常量，只要調(diào)整α角就可以改變晶閘管的輸出電壓，但電機(jī)的功率因數(shù)角是電機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)，在電機(jī)起動(dòng)過程中，隨著轉(zhuǎn)速的提升，功率因數(shù)角在不斷變化，因此，對晶閘管觸發(fā)角α的調(diào)整要兼顧φ角的變化情況。只有這樣，才能達(dá)到使電機(jī)輸入電壓按預(yù)定規(guī)律變化的目的。
4實(shí)現(xiàn)方案
在軟起動(dòng)過程中，DSP以電流過零點(diǎn)為觸發(fā)條件，DSP每檢測到一次電流過零點(diǎn)就會發(fā)一次觸發(fā)脈沖。首先根據(jù)電機(jī)的參數(shù)特性設(shè)定觸發(fā)角α的初始值，在起動(dòng)過程中，觸發(fā)角α不斷的前移，直到移動(dòng)到功率因數(shù)角φ為止，此時(shí)觸發(fā)角的值等于功率因數(shù)角。這個(gè)時(shí)候發(fā)出的觸發(fā)脈沖正好是在電流過零點(diǎn)處，也就是可晶閘管關(guān)斷的時(shí)刻。由于觸發(fā)脈沖具有一定寬度，可以持續(xù)到電流過零點(diǎn)以后，所以此刻發(fā)出的觸發(fā)脈沖會使晶閘管全壓導(dǎo)通。晶閘管全壓導(dǎo)通的時(shí)刻，也就是軟起動(dòng)過程結(jié)束的時(shí)候，此時(shí)就可以投切旁路真空接觸器，來短接晶閘管。為了避免電流的二次沖擊，需要延時(shí)一段時(shí)間后停止發(fā)出觸發(fā)脈沖，此時(shí)整個(gè)軟起過程完全結(jié)束。
5實(shí)際控制效果
本文以功率因數(shù)角作為軟起動(dòng)的控制依據(jù)，可以實(shí)時(shí)的跟蹤電機(jī)的功率因數(shù)的變化，根據(jù)功率因數(shù)的變化來調(diào)整觸發(fā)角度。所以大部分晶閘管軟起動(dòng)控制方式采用此移相控制方式。本文所介紹的根據(jù)功率因數(shù)角移相的起動(dòng)方式，在實(shí)際應(yīng)用過程中很好的實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的平滑起動(dòng)，為用戶提供了滿意的軟起動(dòng)產(chǎn)品。
6結(jié)束語
本文介紹了以功率因數(shù)角作為反饋信號來控制電機(jī)的晶閘管移相起動(dòng)方式，此控制策略能更準(zhǔn)確的判斷出晶閘管的關(guān)斷時(shí)刻，由此可以更精確的發(fā)出觸發(fā)脈沖來控制電機(jī)的軟起動(dòng)過程。
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