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晶闸管高压固态软起动器的移相工作原理

      SWS-H高压固态软启动器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即将结束,高压软启动主控板DSP+CPLD通过内部程序检测到电动机电流下降,并分析电网电压,电动机和负载的实际情况分析判断选择一个合适的时机让交流接触器(或断路器)吸合(如图1所示意,即QF2吸合),然后断开SCR晶闸管阀组回来,这时电动机将直接连到电网上,电动机整个启动过程结束。
高压固态软启动器工作原理

晶闸管高压固态软起动器

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。  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。
 如下所示,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。
2.相序及其检测
(1)高压固态软启动器相序

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.高压固态软启动器脉冲触发
(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。
4.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<φ时,电流导通的时间将始终保持在180°,其情况和α=φ时一样,相控不起任何调压作用,甚至在晶闸管触发脉冲不够宽的情况下,还会出现只有一个方向的晶闸管在工作,负载上可能出现直流分量,危害晶闸管的安全。因此在使用相控晶闸管电路时必须采用宽脉冲触发或双窄脉冲触发,移相范围限制在φ≤α<180°。
      晶闸管的输出电压为介于导通角q 间的波形,改变q角的大小,就可以调节电机的输入电压。q 角与α角和φ角都有关,对于恒定的负载阻抗,q角是常量,只要调整α角就可以改变晶闸管的输出电压,但电机的功率因数角是电机转速的函数,在电机起动过程中,随着转速的提升,功率因数角在不断变化,因此,对晶闸管触发角α的调整要兼顾φ角的变化情况。只有这样,才能达到使电机输入电压按预定规律变化的目的。
5.高压固态软启动器电机软起动实现方案
      在软起动过程中,DSP以电流过零点为触发条件,DSP每检测到一次电流过零点就会发一次触发脉冲。首先根据电机的参数特性设定触发角α的初始值,在起动过程中,触发角α不断的前移,直到移动到功率因数角φ为止,此时触发角的值等于功率因数角。这个时候发出的触发脉冲正好是在电流过零点处,也就是可晶闸管关断的时刻。由于触发脉冲具有一定宽度,可以持续到电流过零点以后,所以此刻发出的触发脉冲会使晶闸管全压导通。晶闸管全压导通的时刻,也就是软起动过程结束的时候,此时就可以投切旁路真空接触器,来短接晶闸管。为了避免电流的二次冲击,需要延时一段时间后停止发出触发脉冲,此时整个软起过程完全结束。
索维晶闸管高压固态软起动器已广泛应用于各个行业领域,欢迎客户咨询。

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