PDF《晶闸管软起动的移相原理》

晶闸管软起动的移相原理 摘要:本文介绍了通用晶闸管软起动控制器的工作原理,该工作原理即移相原理,移相原理是目 前所有晶闸管软起起动器共同采用的控制方式,其控制方式下起动的电机起动电流较小,起动平稳 且能够满足多种负载.

关键词:晶闸管触发电流功率因数角

1、引言 三相交流异步电动机由于结构简单、价格低廉、运行可靠,所以在各个行业得到广泛应用.但 其在直接起动时,会产生过大的起动电流,特别是大功率电机,大起动电流严重冲击电网,引起电 网供电质量下降,并影响其他设备的正常运行,并且起动转矩造成的机械冲击会降低电动机的寿命. 所以起动过程中需要在电机和电源之间串入软起动来解决此问题. 随着电力电子技术的飞速发展,晶闸管软起动装置应运而生.由于其体积小、结构紧凑,免维 护,安全可靠.全智能控制,功能齐全,菜单丰富.起动重复性好,保护周全.所以其正逐步取代 传统的软起动方式,成为软起动领域新的领军人物. 本文首先阐述晶闸管软起动的目前最普遍采用的移相起动方式.

2、系统概述 利用晶闸管的开关特性,通过晶闸管的触发角来改变晶闸管的导通时间,从而控制到晶闸管电 机端的输出电压,达到控制电机的起动特性.当晶闸管的电机端电压和输入端相同的时候即电机起 动过程完毕后,就让交流接触器(或断路器)吸合(如图

1 所示意,即QF2 吸合),短路所有的晶 闸管,这时电动机将直接连到电网上. 在图

1 中,QS 为高压隔离开关,QF

1、QF2 为真空断路器(当电流小的时候,QF2 有时候也采 用接触器),SCR 为(普通)晶闸管,M 为中压电动机.QF1 伺职主电路的通断,QF2 伺职电力 器件的旁路.在SCR 软起动装置里,SCR 共6组,每组含(根据电压的高低和可控硅的耐压值来 确定 m 的值)个相串的 SCR.

3、工作原理 3.1 功率因数角 由于电机为感性负载,所以电流滞后电压.当电压过零的时候,电流并未过零,要延迟一段时 间后才过零,只有在电流过零的时候晶闸管才关断.我们把电压过零点和电流过零点之间的这个角 度称为功率因数角 φ. 3.2 导通角和触发角 (1)导通角和触发角 当晶闸管工作时,其输出电压的大小由晶闸管的导通角决定,而导通角又由触发角和功率因数 角共同决定. 如图

2 所示,α 为触发角,q 为导通角. 几个角度之间的关系为:q=-α+φ (2)初始触发角 初始触发角是给电机建立电流的必要条件,初始触发角一般在 40°到60°之间,此值根据不同的 电机及不同的负载变化. 3.3 相序及其检测 (1)相序 相序就是相位的顺序,是交流电的瞬时值从负值向正值变化经过零值的依次顺序.在晶闸管软 起动中,相序检测极为重要,只有确定相序,才能发出正确的触发脉冲控制晶闸管的导通顺序. (2)相序检测 相序检测是在晶闸管导通前,触发脉冲发出前进行的.本系统通过对三相反并联晶闸管的管压 降信号的判别来实现相序检测. 设A相晶闸管的管压降信号为 Va, B 相晶闸管的管压降信号为 Vb , C 相晶闸管的管压降信号为 Vc.在电压过零时,管压降为 0.管压降信号 Va、 Vb、Vc 严格遵守 三相交流电相序规律,信号的周期为 180°,各相的相位差为 120°. 以Va 为基准,当Va 开始有压降,此时开始计时,若60°后到来的信号是 Vc,120°后到来的 信号是 Vb,则可判定为正相序.相反,当Va 开始有压降,若60°后到来的信号是 Vb,120°后到来 的信号是 Vc,则可判定为逆相序. 3.4 脉冲触发 (1)触发同步 为了能对主回路的输出电压 Ud 进行准确的控制,SCR 必须接受与 SCR 主电路具有相同频率 的触发信号.在A、B、C 三相电路中,正相晶闸管触发信号相位相差 120°,反相晶闸管触发信号 相位也相差 120°, 而同一相中反并联的两个晶闸管的触发脉冲相位相差 180°. 宏观来看三相交流调 压电路,是每隔 60° 控制器发出一个触发脉冲. (2)触发脉宽 晶闸管的触发是有一个过程的,也就是晶闸管的导通需要一定的时间,不是一触即通,只有当 晶闸管的阳极电流即主回路电流上升到晶闸管的擎住电流 IL 以上时,管子才能导通,所以触发脉冲 信号应有一定的宽度才能保证被触发的晶闸管可靠导通. 例如: 一般晶闸管的导通时间在 6μs 左右, 故触发脉冲的宽度至少在 6μs 以上,一般取 20~50μs,对于大电感负载,由于电流上升较慢,触 发脉冲宽度还应加大,否则脉冲终止时主回路电流还未上升到晶闸管的擎任电流以上,则晶闸管又 重新关断,所以脉冲宽度不应小于 300μs,通常取 1ms,相当广 50Hz 正弦波的 18°电角度. 3.5 移相调压过程 由于异步电动机是感性负载,从电力电子学中得到,当交流调压电路带感性负载时,只有当触 发角 α 大于感性负载的功率因数角 φ 时,才能起调压的作用,因为当 α