现场可编程软起动固体控制器---可控硅触发控制技术

现场可编程软起动固体控制器---可控硅触发控制技术

靳融

蚌埠市双环电子集团股份有限公司  安徽省蚌埠市 233000

摘要：交流异步电动机存在启动冲击大的问题，会对系统造成不利的影响，针对这个问题，设计一种现场可编程软启动固体控制器。该控制器可根据负载提供一个初始启动电压和电压上升斜率，控制电机的输出电压，使输出电压按斜率上升，逐步平稳达到额定电压，从而实现起动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击，保证了整个传动系统运行的可靠性，降低系统整体的维护工作量，降低生产成本。

关键词：启动冲击；可编程；软启动；斜率

一、引言

异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。但是交流异步电动机致命的缺点是起动冲击大，会对系统造成不利的影响。起动时可达5-8倍的额定电流，造成电动机绕组因电流引起过温，从而加速其绝缘老化，造成供电网电压波动，影响同电网下其他设备的正常运行。　　
　　现场可编程软起动固体控制器起动电流可降低到额定电流的1～3倍，不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。此外，它还具有多种对电机保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。

一、软起动工作方式

现场可编程软起动固体控制器采用电压斜坡起动。如图1所示，在起动过成中，电机的输出力矩随电压增加，在起动时提供一个初始的起动电压Us,Us根据负载可调，将Us调到大于负载静摩擦力矩，使负载能立即开始转动。这时输出电压从Us开始按一定的斜率上升（斜率可调），电机不断加速。当输出电压达到达速电压Ur时，电机也基本达到额定转速。软起动器在起动过程中自动检测达速电压，当电机达到额定转速时，使输出电压达到额定电压。

图1 斜坡电压起动

二、主要功能和技术指标

现场可编程软起动固体控制器作为基础类元件，主要用于武器系中频繁用三相交流电机进行拖动的转动机构中，特别是控制大功率电机负载起动、停止或感性负载，如：泵、风机、传送机等。可取代三相交流固体继电器；也可以替代交流接触器而用于感应电机中。

现场可编程软起动固体控制器是在三相交流固体继电器的基础上，扩展了相序检测、缺相保护、软起动、软停止控制功能而产生的一种智能元件。它除了具有三相交流固体继电器无触点、可靠性高、抗干扰能力强、抗冲击振动强、耐恶劣环境能力好的优点外，还具有运行状态、故障状态输出和指示，控制方便，可实现自动控制和在线检测。

三、硬件电路设计

现场可编程软起动固体控制器的原理框图如图2所示，主要由控制端、状态输出、缺相检测电路、相序检测电路、SCR状态检测电路、微控制器、SCR控制电路、主输出电路等组成。

主要工作原理为：①在软起动固体控制器L1、L2、L3端口接入380VA.C.三相交流电后,通过隔离变压器建立偏置电压,向各单元电路提供电源。②通过相序检测电路和缺相检测电路，微控制器（MCU）对三相交流电的相序和缺相情况进行软件分析、计算和判断。③当控制端施加控制信号时，通过驱动电路加到微控制器端口上，微控制器输出信号通过光隔离器加到主输出电路的可控硅控制极，实现软起动固体控制器的软起动和软停止。④通过SCR状态电路在线检测运行状态，并反馈到运行状态端口，显示运行状态是否正常。

图2  现场可编程软起动固体控制器原理框图

现场可编程软起动固体控制器主要是采用可控硅调压的方法来控制电压的大小。主电路有6个单向可控硅组成，每2个反并联组成一路；通过SCR控制电路控制可控硅门极，按照一定的时序调整可控硅的触发角，从而调节可控硅的开度，实现电压缓慢上升或下降。通过在线编程，可根据三相电机负载的具体情况改变控制方式。通过控制端实现软起动和软停止功能的控制。

软起动功能：通过逐渐增大可控硅导通角，按设定的控制算法控制可控硅输出，使电机平滑起动。

软停止功能：控制可控硅从全导通逐渐地减小导通角，经过一定时间过渡到全关闭。实现电机平滑减速，渐近停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击。 

该现场可编程软起动固体控制器的触发同步信号取之于三相电源，当三相中的一相同步脉冲到来时，由SCR控制电路去触发对应的可控硅。

四、可控硅触发控制模块

图3为可控硅的工作电压示意图，其中α为可控硅的触发角，θ为可控硅的导通角。θ角的大小决定了可控硅的输出电压，即加在负载上的电压。

图3 可控硅的工作电压示意图

可控硅过零自动关断，所以可以通过在过零点后进行延时来调整可控硅触发角的脉冲宽度，实现对可控硅的触发控制。

六、结论

晶闸管反并联式现场可编程软起动固体控制器在三相电机等平方转矩类负载的应用方面，能够有效的改变电机的起动特性，降低起动电流，以其优越的性能，为电动机提供全面的服务，保证了整个传动系统运行的可靠性。