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晶閘管高壓固態軟起動器的移相工作原理

      SWS-H高压固态軟啓動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。
高压固态軟啓動器工作原理

晶闸管高压固态软起动器

1.功率因數角
 由于電機爲感性負載,所以電流滯後電壓。當電壓過零的時候,電流並未過零,要延遲一段時間後才過零,只有在電流過零的時候晶閘管才關斷。  3.2導通角和觸發角
(1)導通角和觸發角
當晶閘管工作時,其輸出電壓的大小由晶閘管的導通角決定,而導通角又由觸發角和功率因數角共同決定。
 如下所示,α爲觸發角,q爲導通角。幾個角度之間的關系爲:q=-α+φ
(2)初始觸發角
初始觸發角是給電機建立電流的必要條件,初始觸發角一般在40°到60°之間,此值根據不同的電機及不同的負載變化。
2.相序及其檢測
(1)高压固态軟啓動器相序

相序就是相位的順序,是交流電的瞬時值從負值向正值變化經過零值的依次順序。在晶閘管軟起動中,相序檢測極爲重要,只有確定相序,才能發出正確的觸發脈沖控制晶閘管的導通順序。
(2)相序檢測
相序檢測是在晶閘管導通前,觸發脈沖發出前進行的。本系統通過對三相反並聯晶閘管的管壓降信號的判別來實現相序檢測。設A相晶閘管的管壓降信號爲Va, B相晶閘管的管壓降信號爲Vb ,C相晶閘管的管壓降信號爲Vc。在電壓過零時,管壓降爲0。管壓降信號Va、 Vb、Vc嚴格遵守三相交流電相序規律,信號的周期爲180°,各相的相位差爲120°。

      以Va爲基准,當Va開始有壓降,此時開始計時,若60°後到來的信號是Vc,120°後到來的信號是Vb,則可判定爲正相序。相反,當Va開始有壓降,若60°後到來的信號是Vb,120°後到來的信號是Vc,則可判定爲逆相序。
3.高压固态軟啓動器脉冲触发
(1)觸發同步
      爲了能對主回路的輸出電壓Ud進行准確的控制,SCR必須接受與SCR主電路具有相同頻率的觸發信號。在A、B、C三相電路中,正相晶閘管觸發信號相位相差120°,反相晶閘管觸發信號相位也相差120°,而同一相中反並聯的兩個晶閘管的觸發脈沖相位相差180°。宏觀來看三相交流調壓電路,是每隔60° 控制器發出一個觸發脈沖。
(2)觸發脈寬
      晶閘管的觸發是有一個過程的,也就是晶閘管的導通需要一定的時間,不是一觸即通,只有當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,管子才能導通,所以觸發脈沖信號應有一定的寬度才能保證被觸發的晶閘管可靠導通。例如:一般晶閘管的導通時間在6μs左右,故觸發脈沖的寬度至少在 6μs以上,一般取20~50μs,對于大電感負載,由于電流上升較慢,觸發脈沖寬度還應加大,否則脈沖終止時主回路電流還未上升到晶閘管的擎任電流以上,則晶閘管又重新關斷,所以脈沖寬度不應小于300μs,通常取1ms,相當廣50Hz正弦波的18°電角度。
4.移相調壓過程
      由于異步電動機是感性負載,從電力電子學中得到,當交流調壓電路帶感性負載時,只有當觸發角α大于感性負載的功率因數角φ時,才能起調壓的作用,因爲當α<φ時,電流導通的時間將始終保持在180°,其情況和α=φ時一樣,相控不起任何調壓作用,甚至在晶閘管觸發脈沖不夠寬的情況下,還會出現只有一個方向的晶閘管在工作,負載上可能出現直流分量,危害晶閘管的安全。因此在使用相控晶閘管電路時必須采用寬脈沖觸發或雙窄脈沖觸發,移相範圍限制在φ≤α<180°。
      晶閘管的輸出電壓爲介于導通角q 間的波形,改變q角的大小,就可以調節電機的輸入電壓。q 角與α角和φ角都有關,對于恒定的負載阻抗,q角是常量,只要調整α角就可以改變晶閘管的輸出電壓,但電機的功率因數角是電機轉速的函數,在電機起動過程中,隨著轉速的提升,功率因數角在不斷變化,因此,對晶閘管觸發角α的調整要兼顧φ角的變化情況。只有這樣,才能達到使電機輸入電壓按預定規律變化的目的。
5.高压固态軟啓動器电机软起动实现方案
      在軟起動過程中,DSP以電流過零點爲觸發條件,DSP每檢測到一次電流過零點就會發一次觸發脈沖。首先根據電機的參數特性設定觸發角α的初始值,在起動過程中,觸發角α不斷的前移,直到移動到功率因數角φ爲止,此時觸發角的值等于功率因數角。這個時候發出的觸發脈沖正好是在電流過零點處,也就是可晶閘管關斷的時刻。由于觸發脈沖具有一定寬度,可以持續到電流過零點以後,所以此刻發出的觸發脈沖會使晶閘管全壓導通。晶閘管全壓導通的時刻,也就是軟起動過程結束的時候,此時就可以投切旁路真空接觸器,來短接晶閘管。爲了避免電流的二次沖擊,需要延時一段時間後停止發出觸發脈沖,此時整個軟起過程完全結束。
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