軟起動性能

軟起動性能是指換流設備開機時，輸出電壓及電流逐漸增大到穩態值的性能。

這一性能可防止換流設備在開機初期輸出電壓和輸出電流突然增大到遠超過正常數值，避免過流繼電保護動作跳閘而開機失敗，減小了對交流電網、並聯運行換流設備和通信質量的影響，但某些改善軟起動性能的局部電路也會影響設備的動態性能。

以無軟起動性能的整流設備為例，在開機之初輸出電壓會出現高於穩態值的衝擊電壓，當整流設備與蓄電池相聯時，輸出電流會出現較大的衝擊，這時限流特性也不能起作用，嚴重時使過流繼電保護動作，整流設備跳閘開機失敗，有軟起動性能的整流設備，其控制電路的暫態過程有利於輸出電壓緩慢升高，使輸出電流緩慢增大到穩態值。通常軟起動的時間為5-30s。

中文名稱	軟起動性能
英文名稱	soft-starting characteristic
定　　義	換流設備開機時，輸出電壓及電流逐漸增大到穩態值的性能。可避免初期輸出電壓和輸出電流突然增大超過正常值，導致過流繼電器跳閘而開機失敗。
套用學科	通信科技（一級學科），通信電源（二級學科）

基本介紹

• 中文名：軟起動性能
• 外文名：soft-starting characteristic

軟起動原理

圖1所示的三相平衡調壓式主迴路的軟起動裝置採用固態繼電器SSR,該器件具有工作可靠、開關速度快、工作頻率高、壽命長、噪聲低等特點,輸入端只需很小的控制電壓,便可控制器件通斷。本文採用非過零型SSR,即隨機觸發、過零關斷。圖2為AC-SSR示意圖。

觸發脈衝產生電路由NE555組成,圖3所示為單相觸發脈衝產生電路,另外兩相觸發脈衝產生電路的結構、原理與此電路相同。將主迴路取出的同步信號電壓V_i,送入NE555的2腳、起過零同步觸發器的作用。改變控制電壓V_k的大小,從而改變輸出電壓V₀的脈衝寬度A,輸出電壓V₀送入SSR控制端,實現調壓控制。R₁、R₂和C₁也決定脈衝寬度的大小。可調電阻R₂用於微調脈寬,確保三相平衡控制的初始觸發脈衝寬度相同。從主迴路可取得三相獨立的同步信號,其頻率f=100Hz,嚴格保證了三相觸發脈衝互差60°電角度,滿足觸發要求。圖1所示的控制器是一個三線制系統,因此要負載電流流通,至少需兩相同時導通,則觸發脈寬A不能小於60°電角度。這可通過調節R₁、R₂、C₁和V_k的初始值實現。

為使系統迅速有效地抑制起動過程時的振盪,調節器採用比例-積分(PI)控制。圖5所示為電流調節器的原理圖。由電流互感器取來的電流反饋信號V_c加至運算放大器的反向輸入端,與給定電壓V_d互作用,調節控制電壓V_k的大小,實現通過阻止電壓的升高來抑制起動電流。在起動過程中,一旦主電路電流達到起動電流上限設定值(由給定電壓V_d決定),控制角A即停止增大(電壓停止升高),電機在此電壓下升速,直至主電路電流降下來,控制角A才繼續增加,則電壓升高電機加速。實驗證明,採用此方案得到了相當理想的軟起動效果,起動電流大大降低,起動平穩,在電機穩定運行後,調節給定電壓V_d便可調節加在電機上的電壓,實現調壓調速。

軟起動實現方式

(1) 限流起動

起動過程中，設定一個界限電流（I_m),保持電動機輸出的電流值在其之下。在輸出電流I<I_m條件成立下，慢慢的有規律的增加電機的輸入電壓，達到全壓為止,讓電機的轉速一直加速到額定轉速。在限流起動過程中，預先設定的的限流值越大，相應的電機的起動轉矩也會越大,所以電機達到穩定轉速所需要的時間也就縮短了，起動的速度就越快。但是不僅要有足夠的起動轉矩還 要預防電流的衝擊，所以要合理選擇限流值的大小。

限流起動優點是起動電流小,對電網衝擊小，而且可以調整起動電流的限值;缺點是起動時難以得知起動壓降,浪費壓降的空 間，導致起動轉矩損失，不利於電機。

(2) 斜坡電壓起動

如圖4起動所需的最小轉矩，然後按照設定好的斜率線性上升，一直到全電壓為止。

這種起動方式是將傳統的降壓起動中的有級變為無級，適用於重載起動;這種起動方式比較簡單，由於沒有限流部分,起動電 流會相對較大,會損壞晶閘管，且起動時間較長,對電機也不利。

(3)轉矩控制起動在轉矩控制起動過程中，起動轉矩按照預先設定好的的曲線線性上升，從初始值逐漸上升，一直上升到最大值,隨著電 機起動結束，轉矩降至額定值TN並穩定在這個額定轉矩下如果在起動過程中出現電流突變的情況，則限流部分馬上起作用，限 制電流在設定的範圍內，當電流穩定以後,轉矩繼續線性地上升。

從圖5的起動曲線來看，整個起動過程都不存在衝擊轉矩，起動平滑，使得拖動系統的使用壽命延長，同時使電機起動時對電 網的衝擊降到最低，是最優的重載起動方式。但這種起動方式有最大的缺點，就是起動時間很長。

(4)轉矩加突跳控制起動

和轉矩控制起動類似，主要用於重載起動，不同的是起動開始後的瞬間施加一個脈衝電壓使轉矩突然增大，用於克服系統的 靜轉矩和大負載的制動轉矩，使轉矩漸漸的平滑上升,到整個起動過程結束為止，如圖6所示。

優點:起動時間得到大大的縮短;缺點:是突跳會產生尖脈衝反饋給電網，擾亂電網上其它機電設備的質量運行。

(5)電壓控制起動

電壓控制起動方式是在確保起動壓降一定的條件下使電機取得最大的起動轉矩，最大化的縮短起動時間，是最好的輕載軟起 動方式，如圖7所示。

從以上實現軟起動的各種方法來分析，軟起動不僅能夠將電機的起動特性由“硬”平穩地變為“軟”之外,還克服傳統降壓起動 引起的二次衝擊電流問題。但是，軟起動時的電壓是逐漸上升的，在起動開始階段電機無法獲得最大轉矩。

採用限流起動與斜坡電壓起動兩種控制方式相結合的方法,這樣既不損失起動轉矩又避免了起動電流的衝擊。

軟起動調壓原理

如概述圖所示,軟起動器的主迴路是三對反向並聯的晶閘管組成。控制晶閘管觸發角的大小，調整其導通時間，使電動機的輸出 電壓的得到控制，讓其按照預先設定好的曲線和時間逐漸上升達到額定電壓。據此，電機的起動電壓和起動電流隨意可調，防止 了起動電流過大,保護了電網的安全，實際上軟起動的控制原理也屬於降壓起動,無機械觸點是與傳統降壓起動的不同之處，解決 了有觸點時對電網和電機的危害的問題。

晶閘管交流調壓電路的控制方式有兩種:(1)相位控制方式,：在電路的電源電壓上下半波周期內其中的一時刻分別是晶閘管 導通，改變其控制角就可以控制電路的接通的時間，達到了到調壓的效果。(2)開關控制方式晶閘管代替開關使用的，通過調整 電路的接通時間和斷開時間之比來調節電壓。相位控制用的比較普遍。

軟起動仿真

(1)系統結構

實現軟起動也是可以用開環系統來實現的，但是它使環境的到抑制擾動的影響比如溫度等濕度等環境因素,：用閉環負反饋 控制系統來實現軟起動更為穩定如圖9所示，使起動電流作為反饋施加給軟啟的動控制環節，這一環節通過一定的可以計算的 規律來控制晶閘管觸發角的改變,調節作電機定子的作用電壓,：當電流反饋值超過電流限定值時，觸發角不變直至電流降下降才 會變小,而輸出電壓隨之上升至全壓。

(2)模型構建

由於本模型較複雜，為了實現系統的模組化管理，對構成反並聯晶閘管電路、觸發電路、軟起動控制環節的多個標準基本模組 分別採用Simulink的封裝技術，將它們集成在一起，形成新的功能模組，構建如圖10軟起動仿真模型。

分析仿真結果，可知:起始電壓設定的越低，轉速上升就越快，起動時間就越短。上升速率設定的越大，轉速上升的越快，起動 過程就越短。