话说软起动器Word文档格式.docx

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1）斜坡升压软起动。

这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。

用户可以先设置一个初始转矩（电压），在加速斜坡时间内，电动机的端电压均匀上升至全电压，然后由延时控制，旁路接触器闭合，电机起动过程结束，进入运行阶段。

该起动方式，适用空载或轻载起动。

图1常用斜坡升压软起动曲线

（2）斜坡恒流软起动。

这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定值I1后保持恒定，在此过程中电机逐渐加速至达到额定转速时，旁路接触器闭合，电机电流迅速下降至额定电流Ie以内，起动完毕。

起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。

电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。

图2恒流软起动曲线图

（3）脉冲（突调）冲击起动。

在起动开始阶段，提供一个短时的较大转矩，满足在起动时需要一个较高起动转矩的负载，以克服负载的静摩擦力，然后再进入电压斜坡（或恒流）

起动模式。

此种起动方式适用于带较重负载起动或负载静摩擦力较大的场合。

图3脉冲（突调）冲击起动曲线图

另外，尚有电流斜坡起动模式、电流、电压双闭环起动模式、双斜坡起动模式等，个体应用时，要根据负载特性进行正确调整，达到减小起动电流、缩短起动时间、顺利起动电机的目的。

软起动器的停车方式，也有如下几种：

1）自由停车。

在这种停机模式下，软起动器接到停止命令后即断开旁路接触器并禁止晶闸管的调压输出，电机依负载惯性逐渐停车。

适用于对停车时间和停车距离无要求的负载设备。

2）软停车。

在这种停机模式下，电动机的供电由旁路接触器切换到晶闸管调压输出，输出电压由全压逐渐减小，使电机转速平稳降低，直至停止。

适用于对停车时间有要求和柔性停机要求的泵类负载等场合。

曲线例图见图4

图4软起器的停机模式之一

3）直流制动停机，又称为精确停车控制，一般软起动器不具备此种功能。

软起动器接到停机信号后，由旁路接触器切换为晶闸管供电，由晶闸管主电路向电机输入（可控）直流电流，从而加快制动，制动时间可调，用于对停车时间和停车距离有要求的工作场合，在一定程度上代替了反接制动停车。

图5软起器的停机模式之二

以上起动过程中的起动模式、升速时间、降速时间，起动起始电压、制动起始/结束电压、制动时间等等，均可通过参数据实际需要进行调整。

1.2软起动器的电路结构和一般性控制线路

1、软起动器的一般电路构成：

图6软起器的电路构成

软起动器的主电路，一般也由六只正反向并联的单向晶闸管组成，在三相调压电路上并联有旁路接触器的三组主触点。

旁路接触器一般均由用户外置，由控制线路控制其通断，部分中、小功率软起动器机型，也有装置内部自置旁路接触器的，外围控制线路也相对简化。

控制板是以单片机（或称CPU）为核心的由模拟及数字集成电路构成的控制电路，包括CPU的基本电路、同步信号电路、输入电压、输出电流检测电路、脉冲触发电路，控制端子（模拟、数字输入/输出控制信号）电路、和控制电源、操作显示面板电路等单元电路，往往排列于1~3块线路板上。

其中控制电源电路，同步信号采样电路和脉冲触发电路，输入电压、输出电流检测的前级电路会安排于同一块线路板上，这块线路板又称为触发板；

而其它电路和输入电压、输出电流检测的后级电路则安排于另一块线路板上，这块线路板又称为CPU主板。

2、软起动器的主电路形式：

图7软起器的的主电路形式

软起器的主电路，一般采用3只正反向并联的晶闸管模块，构成三相交流调压的电路形式，晶闸管主电路输出可控交流起动电压，起动过程结束后，交流接触器KM闭合，电动机进入运行阶段，同时晶闸管主电路停止输出。

在这里KM又称为旁路接触器。

由TA1、TA2、TA3检测运行电流信号，输入控制电路，用于运行电流显示、过载报警、停机保护等。

兼作节能控制的软起动器，则省去旁路接触器，运行中晶闸管根据负载变化，自动调压运行，在维修电机转速不变和转矩满足要求的情况下，适度降低电机的端电压，达到降低电机损耗节能运行的目的。

广义上讲，对任意三相交流调压电路，只要附加旁路控制电路、保护电路，均可构成软起动器电路，早期的软起动器电路，是由分立元件（双极型晶体管）构成的，已处于淘汰之列，市面上难得一见了；

由于晶闸管调压电路应用的广泛性，稍后，由专业生产厂家如航空航天部六九一厂和常州半导体厂，研发的KC系列晶闸管（也称为可控硅，但统一为晶闸管较为适宜）触发器件，在交、直流调速领域得到了广泛推广，在软起动器、直流调速器、交/直流调功器等设备电路中，至今仍可见到其应用；

再稍后，TC785、TC797等触发器件的出现，不但使器件集成度和先进性有了提高（如采用单个芯片，即可完成三相调压），也使晶闸管触发技术由模拟控制向数字控制，有了质的转变。

虽然数字控制芯片大量涌现，但因单片机控制技术的优越性和易于实施性，不采用专用芯片而采用单片机技术，用软件手段生成数字触发脉冲的，成为产品主流，此类机器具有控制、保护功能完善、有较好的人机界面等特点。

像正泰电气公司、山宇变频器生产厂等，除了生产低压电器元件、变频器外，软起器也是生产任务之一。

由此可见，软起器的应用量和市场还是较大的。

二说软起动器——节电器

2.1晶闸管交流电动机节电控制器的工作原理和性能简述

交流电动机的节电控制，是个永恒的话题，用晶闸管自动调压进行的节能运行，只是其中一个方法。

一般鼠笼式交流电动机，不管负载负载大小，总是在全压（3相380V）下运行的，这就形成了调压节能的空间。

电机电流是励磁磁场所需的电流和驱动负载所需电流的矢量和，产生机械转矩和驱动负载的电流（也称有功分量）几乎与电压同相，而磁化电流消耗于绕组的电阻，该电流滞后于电压约90°

（此为无功分量，造成无功和有功损耗），二者合成量与有功分量的比值或用功率因数来表征。

电机在轻载或空载运行时，效率与功率因数最低，相对于满载来说，自身损耗（主要为绕组电阻的铜损和磁路的铁损）加大，若能适度降低电压定子线圈的供电电压，同时能满足电机的带载能力，则能使电机功耗大为降低，起到降/调压节能的目的。

晶闸管交流电动机节能控制器的控制原理，即随机跟踪检测电机运行电流与电压的相位角（检测运行功率因数角），根据负载变化（导致功率因数角变化）随机调整电机的端电压值，在轻载和空载时提供一个较小磁场维持电流以克服摩擦力所需的小转矩，负载较大时，则提升电机端电压输出相应转矩，使电机端电压据负载变化而变化，随时保持在最佳节能工作状态，从而大大降低电动机轻、空载时的内部损耗，达到节约有功功率、无功功率和提高功率因数的目的。

当交流电动机的负载率从60%~20%变化时，电机的端电压变化范围约为380V~280V，电机的运行电流下降40%以上，无功功率降低40%~60%，功率因数上升至0.9左右,有功功率节电15%~40%。

其综合节电效益还是相当不错的。

节电控制器的控制功能：

1）自动跟踪负荷变化，随机调整电机端电压，适应稳定和负载轻重变化频繁的设备；

2）具有较为优良的软起动功能，设置有电压斜坡起动控制模式，启动电压能从较低值（如160V）缓慢平滑上升到380V，重载下起动，能将起动电流限制在额定工作电流的4倍以下，可平稳地起动电动机，减缓了机械和电气冲击；

3）较为完善和可靠的过载、短路与断相保护功能，保护动作时间符合相关标准。

4）节电控制器的起、停控制及运行、故障状态显示功能。

节电控制器的电路构成（见图2-1）：

图2-1晶闸管交流电动机节电控制器的电路构成

1）主电路一般由三组正反向并联的单向晶闸管组成，对三相电源进行交流调压输出，控制电动机的端电压。

采有三只双向晶闸管实施交流调压的，在大功率电路中，较为少见。

2）控制电路包括；

a、三相运行电流和电压检测电路。

b、三相电压检测信号，又形成电网同步信号，用作移相基准参考；

c、三相运行电流和电压检测信号，又经相位比较形成功率因数角检测信号，确定触发脉冲的移相角度；

d、三相运行电流和电压检测信号，又处理成故障报警和停机保护信号；

e、移相脉冲形成电路和触发脉冲功放电路，用于驱动六只单向晶闸管；

f、控制电路的稳压供电电路。

其中，功率因数角形成电路和移相信号形成电路，有的节电控制器完全是由硬件电路组成，有的则由单片机电路中的软件算法生成，其它电路则由硬件电路构成。

2.2DJK3型电动机节电器整机电路原理分析

1、DJK3型电动机节电器主电路

从X11、X21、X31引入三相380V电源，三只串入快熔F1、F2、F3用于过载和短路保护。

并联的晶闸管两端，并联有R、C尖峰电压吸收网络，抑制晶闸管两端的过电压能量。

由X12、X22、X32引出三相输入电压信号，供控制电路用于电网同步信号检测和电压相位检测；

三只电流互感器取出三相运行电流信号，经X14、X24、X34端子送入后级控制电路，与三相输入电压信号相比较，以得到功率因数角（鉴相信号）信号；

从主电路输出端的X13、X23、X33引出三相输出电压信号，至控制电路用于电压闭环控制。

因而整个电路构成功率因数调节和电压调节双闭环控制系统。

图2-2DJK3型电动机节电器主电路

2、控制电路的供电电源电路：

图2-3控制电路的供电电源电路

T3为电源变压器，二次35V绕组电压经整流滤波成45V直流电压，供触冲功率放大电路。

在功率不变的情况下，提升触冲功放电路的供电电压，可以减小流过功率放大管和脉冲变压器的一次绕组的电流，降低功率放大器的负担。

T3电流变压器双20V绕组电路，整流滤波后，又由稳压IC处理成+15V、-15V稳压电源，供控制电路的用电。

3、功率因数信号形成（鉴相）电路和输出电压反馈信号电路

图2-4功率因数信号形成（鉴相）电路和输出电压反馈信号电路

由X12、X22、X32引入的三相电压电压，经同步变压器T1隔离和降压后，输出三相同步电压信号，一路（a、b、c）输入后级移相触发电路，做为电网同步信号，一路经A1a、A1b、A1c三路同相（开环）放大器整形后，作为电网电压过零（脉冲）信号输入到三路异或门电路的输入端。

电容C1、C2、C3为移相电容，把经同步变压器输入后的电网电压同步信号进行移相校正，以与电流过零信号相对应，输入端正反向并联的两只二极管，为输入信号正反向限幅电路。

由三只电流互感器来的运行电流检测信号，再经T4~T6三只星形连接的隔离变压器，取出三相电流过零信号，经A2a、A2b、A2c三路同相放大器整形后，也输入到三路异或门电路的输入端，电压过零信号与电流过零信号经异或运算后输出，三路异或门电路也称为鉴相器电路，其输出值即电路的实际功率因数值，经后续RC滤波电路处理为平滑直流电压，再与给定功率因数值相比较，其结果（输出值）作为电压调节器的给定值。

鉴相器（功率因数检测）电路的工作原理：

电路功率因数的大小表现为电路电流和电压的相位差的大小。

电机为电感负载，满载运行下，运行电压和电流近于同相位，效率和功率因数最高，轻、空载运行下，电流滞后于电压，滞后角度的大小随负载轻重变化而变化，因而功率因数角的大小也在一定程度上反映了负载率的高低电机效率的高低。

当电机负载较大和运行效率较高时，运行电压与电流接近于同相位，异或门电路两输入端信号脉冲出现时刻一致（两输入端信号大小相同），输出信号电压幅度最低或无输出；

当电机负载不满运行效率偏低时，电流过零脉冲比电压过零脉冲出现的时刻滞后，异或门电路两输入端信号脉冲出现时刻错开（两输入信号大小有异），异或门电路据输入两信号相位差值的大小输出按比例变化的信号电压，称为鉴相电压或功率因数值电压信号。

另外，从X113、X23、X33引入的三相输出电压信号，也降压隔离变压器T2降压输出，又经三相桥式整流电路整流为直流电压信号，由RP11调整、RC滤波后，取得输出电压反馈信号至后级电压调节器电路，形成PI速度环控制信号。

4、功率因数和电压调节双闭环PI控制电路

图2-5功率因数和电压调节双闭环PI控制电路

为了更好地理解功率因数和电压调节双闭环PI控制的原理，下图4-6以原理方框图的形式，将双闭环控制模式清晰地表现出来，请与图2-4、图2-5合并分析。

图2-6功率因数和电压调节双闭环原理方框图

DJK3电动机节电器的双闭环控制流程简述：

运放电路A4a接成积分放大器，为软起动控制电路，调整半可变电阻RP1的RP2，可使软起动时间和起动电压为所需数值（不同容量和不同负载的电动机起动时间有起动电压有所不同）。

在（上电）起动期间，运放电路A4a的输出脚1脚（积分输出）产生15V~0的电压变化，当此电压值大于0V时，运放电路A4d因同相端电压高于反相端负压，14脚输出为正的高电平，晶体管VT1反偏截止，VT2、VT3正偏导通。

VT1反偏截止，A4a输出的软起信号经R19、R20输入至电压调节器A4b的同相输入端5脚；

VT2正偏导通，将鉴相电路输入的功率因数调节信号短路到地，VT3导通，将输出电压反馈信号短路到地，此时输出电压调节器的控制信号只有软起信号。

VT1、VT2、VT3三只晶体管起到三只联动开关的作用，对输入至电压调节器的信号进行了切换，VT1等效为图2-1中的S1-1，VT2等效为图2-1中的S1-2，VT3等效为图2-1中的S1-3。

起动过程结束后，A4a的输出脚电压由0~-15V变化，使A4d同相端电压低于反相端负分压值，A4d输出脚电压变为负电平，此时VT1、VT2、VT3三只“联动开关”再次动作，VT1正偏导通，VT2、VT3反偏截止，软起动控制信号因VT1短接被“截断”，而鉴相器输出的功率因数信号和输出电压反馈信号，汇合后输入电压调节器A4b的同相输入端，整个系统便在给定值和两路反馈信号作用下，使电机端电路跟随负荷变化自动调整输出，电动机在较高的功率因数值和效率下运行。

半可变电阻RP3、RP4用于调整功率因数反馈比例和电压反馈比例（同时也形成了给定值调节），使输出电压跟随负荷变化而变化，并且在整定范围内变化，输出电压降低时输出电流能同步降低或维持原值不变，避免电压降幅过大引起电流上升产生过载、堵转等现象。

A4b、A4c两级运放电路组成了电压调节器，两级电路同时又为积分放大器（I调节电路），与前级电路配合，构成了功率因数、电压的双闭环PI电路。

半可变电阻RP5、RP6为输出电压上、下限幅调整电位器，用于整定A4c输出控制信号的范围，以适应后级移相触发电路输入控制信号的电压范围要求。

5、移相触发电路

图4-7移相触发电路（含功率放大电路）

移相触发电路，采用三片专用移相触发芯片KJ04与六路双脉冲形成器KJ041组成三相全控桥触发电路。

KJ04的8脚输入同步信号，15脚和1脚输出相应某相正半波和负半波的移相触发脉冲，三片KJ04生成A+、A-、B+B-、C+、C-六路脉冲，半可变电阻RP8、RP9、RP10为三相锯齿波斜率调整电位器，用于调整三相输出电压的平衡。

三片KJ04输出的六路移相脉冲信号，输入至KJ041的六个输入端，经内部电路逻辑分配为六路双脉冲（带补脉冲）信号，由六个输出端输出，作为六路功率放大器的输入信号，经功率放大后，驱动六只脉冲变压器，对六只单向晶闸器件进行移相控制，使电机端电压跟随负荷变化而输出，达到节能运行的目的。

功率放大电路接成NPN型复合放大器的电路形式，以使末级晶体管可靠工作于饱和导通和截止的两个状态，提升输出电流的能力。

KJ04为晶专用晶闸管移相触发器，适用于单相、三相全控桥整流调压电路，但用于三相全控桥时，需与KJ041相配合，以生成“补脉冲”输出。

KJ04的电路原理与典型应用，将在别的章节专门介绍，对六路双脉冲形成器KJ041的电路原理和典型应用介绍如下：

KJ041六路双脉冲形成器，具有双脉冲形成和电子开关的功能，输出脉冲幅度≥1V，流出最大脉冲电能20mA，控制端7脚，7脚接逻辑电压“1”时，脉冲输出端禁止输出，7脚接逻辑“0”电平时输出有效，一般与电源地端（8脚）短接。

KJ041内部为脉冲逻辑电路，当输入信号生效时，由输入二极管完成“或”的功能，形成补脉冲，再由内部的电流放大器放大，分为六路输出。

补脉冲的顺序是：

C-给+A补，B+给C-补，A-给B+补，C+给-A补，B-给C+补，A+给B-补。

这样，经过KJ041的内部逻辑电路，将输入脉冲重新分配，便在每个输出端得出双脉冲输出，其中一个脉冲为本相上臂或下臂晶闸管的触发脉冲，另一个脉冲为相对应电路发来的补脉冲。

KJ041的应用电路和各脚电压波形见下图4-8，补脉冲的标注文字为斜体字，以示区别。

图4-8KJ041应用电路及各脚电压波形图

使用两块KJ041，将相应的输入端并联，输出信号接12路放大器，可组成12脉冲正反组控制可逆系统，负载电机可运行于四象限模式。

三说软起动器——软起动控制板

由于软起动器的广泛应用，有的厂家或单位还采用专用芯片，生产系列软起动控制板，只需配备简单的外围线路，使能完成对三相交流电机的软起动控制。

本文以西安广角电力电子开发部生产的TCZ8.5三相软起动控制板为例，简要介绍其专用触发芯片的应用和软起动控制板的电路原理。

TCZ8.5三相软起动控制板，主电路采用西安广角电力电子开发部研发的TC790AP专用数字移相触发芯片，外围电路简单，工作可靠。

用于三相交流电机软起动反并联晶闸管的触发控制。

1、TC797AP数字相位控制芯片引脚功能及电路原理：

图3-1TC797AP数字相位控制芯片引脚功能及内部功能框图

芯片18脚为同步信号输入端，取三相电源的其中一相经380V或220V变压器降压后，作为A相同步电压，也可以由光耦器件或运放电路引入方波信号，信号峰值不大于电源电压，输入同步电压经过极性判别电路检测正极性，高于电源电压的1/2认为是正半周，并在17脚的电容上形成8V左右的锯齿波电压。

频率基准（电路）在15、16脚的晶振与阻容元件上形成振荡，经过分频作为时基信号。

17上的锯齿波和1脚输入的速度给定电压通过比较器后在正半周给出+A相的移相触发脉冲，芯片内部电路通过5次60°

分频计数，给出-C、+B、-A、+C、-B等六路移相触发脉冲，每相移相点有30°

计数，决定的触发脉冲的宽度。

输出为调制脉冲还是占空比脉冲，可由2脚悬空（或接高电平）或接地，来选择。

芯片3脚为禁止端，触发门限为1/2电源电压，即高于7.5V时输出被禁止。

4脚为复位端，根据4脚外电路的接法有两种情况：

a、锁定方式：

当4脚悬空或接高电平时，3脚同时为高电平，输出禁止并处于锁定状态——3脚再变为低电平后，输出并不恢复，必须4脚输入一个低电平脉冲，输出才能恢复，因而4脚须接有一个能瞬时接通的按钮，用作复位操作；

b、非锁定方式：

4脚接低电平，3脚高电平，输出禁止。

3脚成为低电平，输出恢复。

如上图4-21的接法，3脚可接一只单刀单掷的开关，进行手动起、停控制，也可引入继电器触点，实现联动（自动）起、停控制。

芯片5脚为单比脉冲输出选择端，5脚悬空或接入高电平时，输出为双脉冲方式，这时输出脚从12~7脚（顺相序时）为+A、-C，-C、+B，+B、-A，-A，+C，+C、-A，-A、+B，+B、-C，-C、+A，适应全控桥整流电路，实际上每个输出端的输出两个脉冲信号中，后一个脉冲信号为另一相相对应的补脉冲，以形成全控下的电流通路。

如12脚为+A输出端，在A相正半波期间，输出一个A相正半波的触发信号，同时11脚-C输出端，也在同一时刻发送一个触发信号（并非等到C相移相信号到来，C相负半波整流电路才被触发），在-C输出端同时出现的这个触发信号，称为A相信号的补脉冲，在这两个触发信号同时作用下，才能形成由A相正半周到C相负半周的整流电路通路。

同理，+A相输出端12脚，在-C信号输出端11脚发送-C触发脉冲时，+A相脉冲输出端12脚，也同时发送一个-C的补脉冲，以形成由C~A的电流通路。

这样，每个输出端在一个周期内总是要输出两个触发脉冲。

当芯片5脚接低电平时，输出为单脉冲方式，这时输出脚从12~7脚（顺相序时）为+A，-B，+C，-A，+B，-C。

适用于半控桥整流电路，实际电路中据共阴极（或共阳极）接法，只需输出三路+A、+B、+C（或-A、-B、-C）脉冲信号。

由于三相半控桥总是有三只二极管处于“直通”状态，三只晶闸管被触发后，能形成电流通路，故无需补脉冲的输出了。

脉冲输出脚有15mA左右的输出能力，驱动大功率晶闸管元件，一般须加驱动管放大输出。

芯片输出的六路移相触发脉冲，不再像常规移相触发电路一样是根据六路同步信号经移相控制后输出的，而是仅取用电网中某一相的同步信号，依据三相电的固定电角度关系，推算出其它五路脉冲的出现时刻，并依序输出，在输出相序与电源输入相序不对应时，可通过S1开关位置调整输出相序使之与输入相对应。

下图3-2为TC797AP数字相位控制芯片各引脚的信号波形图。

图3-2为TC797AP数字相位控制芯片各引脚的信号波形图

2、TCZ8.5三相软起动控制板

TCZ8.5三相软起动控制板，电路特点如下：

1）单同步输入，数字化生成三相触发脉冲（含补脉冲的六路脉冲），有较好的均衡性和一致性；

2）同步信号可（从主电路）单输入，也可同控制电源（变压器）一同输入，同时配有30°

相移调节电路；

3）具有相序选择功能，对ABC相序输入或ACB相序输入，可通过S1开关切换；

4）在开电源和保护时复位后，均有软起动功能；

5）起始工作电压和软起动速度可调；

6）板上有整流稳压电源，用户只需外接双AC18V的电源（变压器）即可使控制板投入工作。

±

15V的双稳压电源和+24V触