导通角与电压的关系:晶闸管在交流电压过零时触发,导通角 α(从 0° 到 180°)越小,晶闸管导通时间越短,输出电压有效值越低;随着 α 增大,导通时间延长,电压有效值逐步升高。例如,当 α=90° 时,输出电压有效值约为额定值的 50%;α=180° 时,晶闸管全导通,电压达到额定值。
同步控制:控制系统通过锁相环(PLL)跟踪电网电压相位,确保三相晶闸管的触发信号与电网同步,避免三相电压不平衡(不平衡度需≤2%)。
核心目标:克服电机静摩擦转矩,避免 “启动死区”(电压过低无法带动负载)或 “冲击启动”(电压过高导致电流骤升)。
电压特征:初始电压(U₀)通常设定为额定电压的 10%-20%(根据负载转矩调整:轻载 10%-15%,重载 15%-20%),通过 “脉冲触发” 方式逐步施加,确保电压在 50-100ms 内升至 U₀,而非瞬间阶跃。
关键参数:
起始电压精度:偏差需≤±5%,避免因电网波动导致实际电压偏离设定值;
转矩匹配:U₀对应的电磁转矩需≥1.1 倍负载静转矩(如风机的风阻转矩、水泵的静水压转矩)。
核心目标:控制电压上升速率,使电机转速从 0 平稳升至额定转速,避免电流冲击和转矩波动。
电压特征:电压随时间线性增长(
,其中U(t)=U0+k×t为升压斜率),升压时间(k)可设定为 5-60 秒(轻载短、重载长)。例如,2000kW 压缩机电机需 20 秒升压时间,而 500kW 风机电机仅需 10 秒。tr
动态平衡机制:
电流限制:当检测到电机电流超过设定阈值(通常为 2-3 倍额定电流),自动降低升压斜率,将电流控制在安全范围;
转矩跟随:电压升高速率需与电机转速增长匹配,确保转矩波动≤±10% 额定转矩,避免机械传动系统共振(如齿轮箱、联轴器的固有频率)。
核心目标:完成从软起动到全压运行的无冲击切换,避免电压突变引发的电流波动。
电压特征:当电压升至额定值 95% 以上时,控制系统保持晶闸管全导通(导通角 180°),持续 1-3 秒后,通过旁路接触器(或真空断路器)将晶闸管短接,电机进入全压稳定运行。
切换要求:旁路切换时的电压差需≤5% 额定电压,切换时间≤20ms,避免产生电弧或电流冲击(切换瞬间电流波动≤10% 额定电流)。
特性:启动转矩低(10%-30% 额定转矩),随转速升高转矩按平方关系增长(
)。T∝n2
电压曲线:采用 “快速升压 + 短时间” 策略,初始电压 10%-15%,升压时间 5-15 秒,斜率较陡(如每秒升高额定电压的 6%-10%)。例如,10kV 风机电机从 10% 电压升至额定值仅需 10 秒,既能快速达到额定转速,又不会因低速运行时间过长导致电流增大。
特性:启动转矩高(60%-80% 额定转矩),运行中转矩基本恒定(
)。T≈常数
电压曲线:采用 “慢速升压 + 长时间” 策略,初始电压 15%-20%,升压时间 20-40 秒,斜率平缓(每秒升高额定电压的 2%-5%)。以 10kV 空气压缩机为例,需 30 秒将电压从 1.5kV 升至 10kV,确保低速阶段有足够转矩克服压缩阻力,避免电机 “堵转”。
特性:启动转矩中等(40%-50% 额定转矩),存在静摩擦向动摩擦的突变点。
电压曲线:采用 “分段斜率” 策略,启动初期(0-5 秒)斜率平缓(3%/ 秒),突破静摩擦后斜率增大(6%/ 秒),总升压时间 15-25 秒。某煤矿传送带电机的测试显示,这种曲线可使启动电流峰值降低至 2.5 倍额定电流,较线性曲线减少 15%。
检测参数:通过霍尔传感器实时采集电机电流、电压、转速(若配备编码器),采样频率≥10kHz。
调节逻辑:当实际电压与目标曲线偏差超过 5%,或电流超过限制值(如 3 倍额定电流),控制系统立即调整晶闸管导通角,降低升压斜率(偏差 10% 时斜率减半),直至参数回归正常范围。
需求场景:某些负载(如水泵)需避免 “水锤效应”,需通过电压渐变实现软停车(而非直接断电)。
过程解析:停车时,电压从额定值按预设斜率(如 5%/ 秒)降至 0,持续时间 5-30 秒,电机转速同步降低,避免管道内水流剧烈冲击。
电压跌落补偿:当电网电压瞬间跌落(如 ±10%),控制系统通过增大导通角(最多增加 10°)补偿电压损失,维持电机端电压的渐变趋势。
谐波抑制:采用多脉冲触发技术(如 12 脉冲、24 脉冲),降低电压渐变过程中产生的谐波(总谐波畸变率 THD≤5%),符合 GB/T 14549 标准。
电压曲线精度:用示波器记录电压波形,验证实际曲线与设定曲线的偏差(≤±3%)。
电流冲击值:测量启动过程中的最大电流,需≤3 倍额定电流(重载允许≤4 倍)。
转矩波动:通过转矩传感器或电流 - 转速关系间接计算,波动值需≤±15% 额定转矩。
初始设定:根据电机铭牌参数(额定电压、功率、启动转矩)预设初始电压、升压时间;
空载测试:记录空载时的电压 - 电流曲线,确定最小启动电压(能带动电机空转的最低电压);
带载调试:逐步增加负载,调整升压斜率,使电流峰值与转矩波动处于最优范围;
长期运行验证:连续启动 10 次,观察参数一致性(偏差≤5%),避免器件老化导致的曲线漂移。