晶闸管移相式软启动原理质疑 点击:13878 | 回复:196



刘志斌

    
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发表于:2006-08-01 19:10:00
楼主
晶闸管移相式软启动原理质疑
  
                           克拉玛依技师学院    刘志斌



摘要:晶闸管移相式交流调压电路不能应用于异步电动机的启动和运行,所谓的软启动原理在理论上是不成立的。

关键词:园旋转磁场、平滑转矩;幅值高次振动的旋转磁场、非平滑冲动式转矩;低功率因数、高无功损耗;高次谐波污染 … 。 


三相异步电动机启动电流大,对供电电网、同网设备、电动机本身的危害不言而谕。多少年来人们在解决异步电动机启动课题上,不断研究、实践,取得了很多科学的、实用的、巧妙有效的方法和设备。
近年来,由于电力电子技术的发展,人们早就期盼的科学、简单、有效、实用的变频设备成为现实,随心所欲地异步电动机变频调速、变频软启动技术在自动化、智能化控制及自动化设备上得到广泛应用。“软启动”成为现代工控技术最时髦的代名词。
晶闸管移相式直流调压、交流调压技术多年来广泛应用于直流电机调速,交、直流电焊等诸多方面。过去谁也没想着把它用到异步电机的启动上,因为大家都明白异步电机用的是正弦交流电。
可是现在工控市场上有了晶闸管移相式软启动设备和相关生产厂家,它们把晶闸管移相式交流调压技术用到异步电机的启动上,并冠以软启动这样最时髦的代名词。更叫人不惑的是广告、说明书上那些做宣传的忽悠之词,黑白不分、利弊颠倒叫人上当。
从三相异步电动机的工作原理看:只有三相对称正弦交流电产生的是园旋转磁场;产生的电磁转矩是连续、平滑的;影响异步电动机电流大小的主要因素是:① 转差率S;②电源电压Um;③阻抗Z; ④功率因数COSφ。
采用最新最先进电力电子技术的变频器,在对异步电动机软启动过程中电机电流可以控制的很小
    IQ ≤ IN,
原因是它实现了平滑地、随意地改变、控制三相对称正弦交流电源的频率f,从而平滑地改变定子园旋转磁场的转速n1,使其跟随转子的转速n2,始终保持其有一个非常小的转差率
S ≤ SN,
常用的传统降压启动设备是把电源电压 Um降低,使电动机在低电压下启动,减小电机启动电流,启动电流降为
IQ =(3-4)IN
高压鼠笼异步电动机启动方式中定子回路串电抗器、定子回路串液态电阻、转子回路串电阻 ,都是通过改变电动机阻抗Z、提高功率因数COSφ的方式减小启动电流。
总之,传统降压启动方法,不改变单一正弦交流电的基本性质(既频率不变),保证了园旋转磁场、连续平滑的电磁转矩的异步电机的根本属性不变,启动过程异步电机的原有机械特性不改变。
而晶闸管移相式软启动是改变正弦交流电压的波形,使之变为非正弦脉冲式交流电,通过调节其占空比(如图所示),来改变交流电的平均电压。其平均电压是可控的、平滑变化的。它加在异步电动机绕组上产生的磁场是一个旋转的幅值高次振动的磁场;其转子电磁转矩是一个大小高次振动的非平滑变化的冲动式的破坏性转矩。在机械方面产生(转子高频机械冲动,其冲动频率f机械 = 2f电源)震动,对电机和生产机械形成机械损害;在定子电磁转换中产生过电压,直接损害电机绝缘,减少电机使用寿命;从电能利用效率看,启动过程中电机处于低功率因数、高无功损耗、高有功损耗(转子高频机械震动)的状态。特别是平均电压越低(既控制角α越大,导通角β越小)存在的上述问题就愈加严重。





 
    
有的生产厂家声称自己生产的软启动箱具有节电、节能功能。实际上,这种占空比不断变化的非正弦脉冲式交流电作用在异步电动机上,与传统启动设备相比,功率因数COSφ更低,无功损耗更大。而且在负载率低时,晶闸管移相交流调压输出波形的占空比更小,高次谐波幅值比例增大,上述情况表现得更分明,不但不能节电,而是损耗更厉害。
异步电动机降低启动电流的一个主要目的就是减小大电流对电网的冲击,减小对同网设备的影响。而晶闸管移相交流调压电路输出的占空比变化的非正弦脉冲式交流电中,高次谐波对电网存在有害污染;对同网电气设备和通信、电视等系统的正常工作存在影响。不但不起好作用,而是起坏作用。
克拉玛依油田企业,有很多单位高价进了这种所谓软启动箱,没用几天,很快就被淘汰出局,统统换上了真正的软启动设备—变频器。
晶闸管移相式软启动这种未经过国家权威机构科学论证、实际检验的不成熟产品,违反了国家机电产品生产、销售的基本法规。它的流行将给企业正常生产造成不良影响,将造成社会财富的巨大浪费
http://bbs.wdewen.com/viewthread.php?tid=7675&extra=&page=1



解放双手

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发表于:2006-09-17 21:28:00
21楼
 有了强大的理论在那里说明一切!

王晟磊

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发表于:2006-09-18 22:51:00
22楼
晕倒!
尽管我没有研究过,也没有细讲,但俺也瞎讲两句。
1、软启动对电网的谐波影响是必然的,只要用到可控硅都不可避免的。
2、使用普通的软启动,对于同样能量的正弦波,如用自耦调压器、变频器等当然不能比,无论是导通一瞬间的感应电动势还是换向一瞬间的感应电流都要高很多。
3、软启动在过零关断时的感应电流和在反向导通角的电感泄放的感应电流要比同等电压积分(面积)的正弦波的电流要高。
4、但是相对于没有使和软启动的电机启动而言,软启动还是可以有一定的作用的。
之所以这么说,因该这样来推理:
假设软启动的启动导通角为20%,这时的电压比较低,尽管反向感应电动势比较高,但相比电机在没有使用软启动时直接通电,又假设这时是在90度角接入的感应电动势和接下来的感应电流要大很多。

那么刘同志一定会说,那到电机有足够的力量启动时,这时的感应电流一定比正弦直通的感应电流要大很多。
这个定论是不成立的,原因很简单,电机带负载不能简单的理解为一个数定电路,只有0和1,它是一个模拟电路,如果用户电机的负载不是过重的话,软启电压在升压过程中,电机会在导通角没有全通的情况下启动,这个能启动的导通角倒底多少才可以保证感应电流小于直接接正弦波的感应电流,我没仔细算,但起码在小于50%的情况下,总有机会可以小于直接的情况。
5、最后再讲一理由,直接接市电,在启动一瞬间的情况是你我不可预见的,有可能从0度进入,也有可能从90度进入,那么当从0度进入时他的效果有可能不错,但如果从90度进入,加上电机负载的大惯性,这时的感应电动势和拐点时的感应电流会是相当大的一个量.而软启在启动瞬间过程中,总是从同一个角度进入,起码不会有什么跳闸的惊喜出现.

综上之论,俺的想法是使用软启在一定的负载量的情况下,是有一定的好处的,这也电机的启动力矩和设定的启动角有关系.软启对于限制一个过大的启动电流是有可能起到作用的
希望您能把您的灌水贴给删了,如果不删你回贴我也不会理了,如果你删了我一定从数学上给你分析一下,并可以用仿真软件给你做一个仿真,并从仿真结果上来定胜负.
评论对错的以某一瞬间的电流大小来作对比如何.

王晟磊

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发表于:2006-09-19 10:44:00
23楼
呵呵呵,谢谢您这么客气,讨论问题的贴是没问题的,但是好多空贴谁有兴趣来看啊,而且都是您自已贴的,不仿说写写您的见解那不是更好. 上面是我做的仿真的结果,今天没时间了,明天再解释. 这个图只做了单周期的开关.没做双向的.理论上的差别不是特别大,当然如果电机不动剩磁过多,当然还会有些不同.您先分析分析,晚上再讨论.

王晟磊

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发表于:2006-09-19 10:46:00
24楼
图片再补

王晟磊

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发表于:2006-09-19 10:49:00
25楼

王晟磊

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发表于:2006-09-19 10:50:00
26楼
不好意思,我开始发了几次,以为图没上去,所以多发了,请版主删去多发的图.

翼非

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发表于:2006-09-19 11:08:00
27楼
兄弟啊,我悲哀啊,软启动器都已经是很成熟的产品了啊.你还说它没经过国家论证.呵呵.
你对软启动器了解的太浅陋了点了吧.
要是那么简单的话,你也可以做了.
虚心使人进步!

翼非

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发表于:2006-09-19 11:08:00
28楼
兄弟啊,我悲哀啊,软启动器都已经是很成熟的产品了啊.你还说它没经过国家论证.呵呵.
你对软启动器了解的太浅陋了点了吧.
要是那么简单的话,你也可以做了.
虚心使人进步!

王晟磊

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发表于:2006-09-19 13:35:00
29楼
呵呵呵,我只是说加了软启之后可以将启动电流降下来,再不起作用也不会比直通的情况下从90度切的情况坏.
上面我的仿真是从108度角接入的.
如果需要可以从更大的角度接入,这样可以有一定的降启动电流的作用.(下班后,我再做一个直接电机从90度切入的波形做一个对照,如果有时间我把可控硅的G极导通角做一个递增,这样就与真实的软启效果是一样的了.)

我只是说软启动有一定的限启动电流的作用
所谓软开关,这个词是从大型开关电源用起的,其中有零流和零压两种(ZCS\ZVS).顾名思义零流就是在电流等于0时把开关断开,零压就是在电压等于零时把开关导通,大家一定要仔细看上面一段话,一个是用在断开一个是用在导通.
而软启动主要应用于导通启动过程,所以如果能实现在过零点接入那当然是最好的,然后电压是如果是正弦的增加那效果一定不错.
但目前常规软启动只是把电压从低向高调,当然会有一定的效果,但效果不是太理想.新的几种软启动也有用监视电流,控制电流的增长速度的方式,这种方式当然就更合适了.
当然因为电机的惯性,在启动时因为失步导至磁饱合的情况也是需要考虑的,这样有可能无软启的情况下磁饱合导致电机的线圈等效为一个小电阻,电流极距增加,相反如果是用软启,因为能量有限,所以饱合不会那么深,最后电流也会相对比较少.因为磁饱合的模型比较复杂,所以不在仿真中修改了.
要再争论下去,我觉得不如过两个软启一台电机带载,做一个实验就完了,在某些启动角的情况下,软启可能会比直通差,但一定会有一些启动角是比较合适的.

oushiwei

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发表于:2006-09-19 16:14:00
30楼
刘工:你好!
读了你的文章后收益非浅.我觉得的你的观点是对的.很长时间以来,交流电动机的调速通常有3种方法.变频是其中一种也是近几年发展很快的一种.首先我觉得"软启动"和"晶闸管移相"是两个不同的概念.如果按在一起有些张冠李戴.
其次变频调速,是把220V的交流整流成直流。然后再把直流逆变成所需要的交流(前后交流的电压和频率是不同的。但压频比是不变的)而晶闸管移相只是变频调速的前一部分。他省略了后一部分。如果可以这么做的话。所有的变频器厂家早就做了,减低成本呀。

王晟磊

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发表于:2006-09-20 08:53:00
31楼
马上

王晟磊

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发表于:2006-09-20 11:11:00
32楼
这张图应该有一定的代表性,当然我也可以再调导通角进一步减小可控硅的电流,尽管我不知道电机倒底需要多少电压电流才能转动,因为各种电机和负载不一样. 大家可以注意到用可控硅没有一个很大的感应电压,但用继电器的方式会出现,这是因为相对于继电器,可控硅毕竟还是没有那么硬.关断时的下降沿比较缓和,而继电器则更生硬,这样就会有打火的情况出现.

王晟磊

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发表于:2006-09-20 11:12:00
33楼

王晟磊

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发表于:2006-09-20 11:24:00
34楼

王晟磊

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发表于:2006-09-21 13:10:00
35楼
晕,我的结果已经摆在图上面了.

王晟磊

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发表于:2006-09-21 22:45:00
36楼
呵呵呵,我发现你的争论上瘾啊,开了这么多贴子和一堆人天天争论,而且感觉你倒是一天24小时在线一样.
这里我请问你:
1、用可控硅控制的电路里,开关导通时,感应电压为多少?继电器导通时的感应电压为多少?
2、一个高达250KV的电压出现在一个金属间隙上会出现什么情况?
3、金属间隙上打火多少次会导致开关的接触不良和发热?
4、接触不良、发热和打火的开关对于电机有什么影响?

5、可控硅的导通电流为多少?继电器导通的电流为多少?
6、请问对方一个非正弦波的电压加到电机上对电机的发热的影响有多大?是不是在所有的情况下都真像你说的那样启动不了,或者电流会比直接联的情况还要大?

7、你的论点是软启一点用都没有还会带来坏处对不对?
8、是不是我找出几点软启的功能或者说有用的地方就可以证明你的说法不对?

9、失步和磁饱合是一个电机在非正弦波的冲击电流的情况下的一个趋式,讲的是对比于一个同样面积的正弦波的情况下的对比
10、请注意,我说的是同样面积的正弦波!
11、继电器导通的正弦波与可控硅导通的正弦波的面积是不同的,所以尽管可控硅的波形是非正弦波,功率因数很低,但是对于一个只需要相对较低的功率就可以工作的电机而言,过高的电压和电流并不会使电机更好的工作,只能使他的启动更加顺利。

12、我不知道我有没有解释清楚,如果还是觉得不合适,那你只好做个实验,并把现场拍下来,把示波器的波形文件传上来我们再分析了。

王晟磊

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发表于:2006-09-22 09:09:00
37楼
罢了不谈了,多说无益身心健康,我认为我的解释是基于您能理解我描述的情况下作出的,我可不想和你争论到26页去.
88

王晟磊

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发表于:2006-09-22 23:53:00
38楼
呵呵呵,您这不叫钻研,叫无礼!
自已看不懂就多请教,我说了仿真并不一定是真实环境的再现,但我前面的解释都说得很清楚了。我劝您多做实验多看书,您理解中的错误,我看另一个你开的贴里面已有很多朋友指出来了,那么多人都已指出来了,但您的固执是听不进任何的其它意见,也不会站在其它人的立场去思考。这样的话,我是不会浪费时间再和你去讨论的。
所有的有意思的有启发性的争论我都愿意去参加,但是这基于对方能理解我写的每一句话的,如果让我每一句话都像科普一样分解,我可没这时间陪您了。
您啊,还是找其它人帮你分析这张仿真图吧。当然如果您不认为电机在启动的瞬间近式等效为我的仿真图,那您就自已做实验或者做仿真拿上来做对比,不要再老是在这固执的说电机一定要正弦波才能启动,都不知您从那里听过来的,可编程交流大电源到处都有,不仿您找一台接一个电机,信不信错位的方波都可以让电机动起来。另外电压与电流的功率因数,麻烦您自已多看看图再说话,功率因数只有0吗,麻烦对自我给的图上的标签看。OK?
本来我就并不是很赞成软启动的乱用,在国外的使用量也不过15%,但软启动也绝不是您所说的一堆垃圾,它有它存在的价值和意义,只是您没发现而已,如果您要发现,麻烦您再仔细理解一下我说的,理解不了就算了,我也不想多说了,因为俺生气了。

王晟磊

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发表于:2006-09-23 11:07:00
39楼
**********************************************************
6、你把自己讨论不下去的“无能”推在“别人不能理解你描述的情况”上,你不是我说的那种满腔热血、追求真理、在纠错中前进的一个特自信的人,爱钻研的人!!!
***********************************************************
这是您的原话,任何看了这种话的人都不可能还有心情和您讨论什么。
**********************************************************
我前面多次说过是劝你把你灌水的贴子给删掉,好好的讨论,拿出点真才实料来,说话多并不代表你的观点就对,你看你看做了些什么,是不是一个技术行业同仁应该做的?90%的回贴都是你和你的马甲,看起来好像在在计论什么技术问题,实际上你从不认真回应别人对你的回答,死咬着你那两点错误的观点不放.
*****************************
大家早提出来了异步电机不存在说非正弦波不能动,也不存在因为用了可控硅就会使功率因数为0的情况.
这两个出发点都是错误的定调正是你所有狂妄和无理的根源,你如果想不通这两点就不要再来讨论什么电机和启动了.
这就像一个人说1+2=5,1+3=7,所以3+5=13一样.
如果你死咬着上面两个基本要点不松,那么工控界的阿Q可真是非您莫属了,已到了东方不败的地步了.
******************************
如果我没猜错,你接下来就开骂吧,我估计这对你来说是比较驾轻就熟的.

王晟磊

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发表于:2006-09-23 22:33:00
40楼
不知道有几个刘志斌?
********************************************************* 
刘志斌:  引用   加为好友   发送留言   2006-9-14 13:18:00 
    TO  ZSS: 

1、既然“学梳才浅”,怎“敢枉言”他人“无知”和“弱智”!!!
2、既然电流波形远离电压波形,接近90度,你说是多少度???
在SCR由截止到触发导通电压突变,电流为零,此时的功率因数角就是90度!你说是多少度???
3、在电压斜坡上,功率因数近于零,电磁转矩低到电机空转也起不来,只有在电压斜坡的顶端,SCR导通角接近180度、电压接近全压时电机才启动!
4、我的逻辑一开始就是:“SCR可控硅交流调压不能用于异步电机”!!!
5、你连别人的观点都没搞清,凭什么说别人“弱智”哪???
6、讨论就是让你讲话,也让我讲话,让大家都讲话,不要一开口就骂人、伤人…… 
 *********************************************************
 出生牛犊:  引用   加为好友   发送留言   2006-9-14 16:55:00 
    你是不是有毛病啊,我就不参加讨论 
 
 刘志斌:  引用   加为好友   发送留言   2006-9-14 18:13:00 
     

1、“异步电机启动转矩小、启动电流大,就是因为功率因数低所致!”
2、SCR交流调压“改变了正弦波的波形,导致电机功率因数的下降”!使启动过程更加恶化;
3、当SCR工作在斜坡电压上,电流波形远离电压波形,接近90度,COS90 = 0 功率因数接近零。 
 
**********************************************************

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