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主题:软起动原理与维修

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   作者 王工
附件 施耐德ats48软启动整机.jpg
施耐德ats48系列软启动器
   软起动是工控维修中常见设备,探讨的人很少,论坛上也有出现过一些关于软起动的文章,个人以为,商业目的的多,技术探讨的少。软起动算是早期大功率电机启停的过度产品,作用是负责让电机转起来,介于星三角和水阻启动之间,当年变频器都比较贵,国产货还没崛起。软起动不能调速,启动正常了,立即切换到旁路接触器,不调频也不节电,最多起到保护电机的作用。
   但软起动价格并不便宜,洋品牌动辄几万一台,值这个价吗?这东西在工控当中究竟处于什么地位?有没有技术含量呢?
回答是,技术肯定是有的,性价比是真的不高。技术含量不高,但这东西的成本却真的很难降下来。软起动要调幅控制,必须采用双向可控硅,加上电源电路,主控板,显示接口,等等,这样算下来硬件成本其实并不低。其中可控硅最值钱,有厂商就在这上面节约成本。市场上最便宜的软起动,三个可控硅改用两个,中间一相用一条铝排穿过去就行。
   软起动虽然功能有限,启动电流还大,工作也是工频状态,无法能调速节能,市场上还有那么多用户在用。就没有优点?!倒也不是,这东西方便大规模集中控制,顺序启动,且稳定性比变频器还高,在一些不需要调速的场合,优势明显。大品牌如美国AB罗克韦尔,瑞典ABB,法国施耐德,德国万高,伊顿.金钟默勒……不管是控制电路还是软件功能,都下了功夫去研究过软起动器,功能分:电压线性启动,恒转矩启动。那么,作为干工控维修的,我们应该怎样的认识软起动呢?
   
附件 ABB pst系列软起动器2.jpg
Abb软启动器
   1.从原理说起
我们都知道,不管电源是220v,380v,还是690v,每秒钟的交变都是以50hz为基准,50hz我们把它叫做工频,软启动调制输出的,也是同频同相的工频电源。在这里重点说明的是:软起动的电压幅度调制,靠晶闸管正/负半桥,错位180度时间周期导通完成的!
这个导通时间周期,有什么依据?答案是:采样进线电压的同步信号!
   不管是模拟的也好,数字的也好,都必须从进线则通过电阻降压采样,得到一个弦波信号,我们称为同步信号。这个同步信号的作用就是:保证控制板输出的驱动信号同频同相,正半周可控硅上桥触发,负半周下桥导通。就这样,经过转化的u\v\w三相相位不产生变化(其实0度的时候有轻微的失真),电压产生变化,把输出电压逐渐提升到额定值。
   所以,软起动最基本的原理,就是将电压进行调幅的过程。比如,用户手册上讲的,30%电压线性启动,就是大约以100多伏的电压开始起动电机,而不是从0v开始(实际上很难)。
   实际应用中,软起动是采取怎样的技术,在频率不变,逐渐调整电压幅值的呢。两个方法:第一种是,控制驱动脉冲的脉宽,由窄逐渐加宽,当输出电压和输入电压相等的时候,驱动脉冲和弦波宽度一致。例子如施耐德ats48就是这种类型,国产的大多都是这种类型。第二种就是和变频器一样,在脉宽波中加入载波,控制载波频率的宽窄,来控制电压的变化。这种控制方法极其细腻的控制了驱动脉宽的变化,称为数字式软起动器,多见于高档品牌软起动器,启动平衡度非常好,使电压,电流,功率更加线性精确。
     2.电路结构
   软起动都是采用可控硅调制输出。注意的是:可控硅是电流触发型,变频器是电压触发型,两者电路是有差别的!电压触发型电路复杂,电流触发型电路简单。电流触发型:电压很低但电流较大,可达70-250毫安,只要驱动变压器的频宽和容量够,次级加个二极管,就可以构成电流型触发电路,可控硅便可顺利的导通和关断。
   这是硬件结构,肉眼可见的。但这种电流驱动电路,维修时无法用指针万用表直接触发,监视驱动脉冲判断驱动电路的好坏。
   3.维修要点
   作为工控硬件维修从业人员,也不要轻视软启动器,认为技术相对过于简单,这样想就错了,特别时一些数字型的软起动器。像ab,abb,weg这些品牌,控制电路就非常复杂,本身价值并不便宜。软起动市场上应用单位很广泛,像船机,水厂,矿业这些单位,就有大把的软起动器在使用。
   维修软起动这东西,好处是,风险可控,不容易炸模块。理论上不管什么品牌,原理都一样。电路结构可能不一样,记住进线取样,输出取样,温度取样,可控硅控制,这些都是必须具备电路。而且损坏最多的也就是这些电路和配件。至于小信号控制电路,坏的几率很少。开关电源部分坏的较多,但会修工控的从业人员,应该都可以玩转开关电源的。我自己的维修经验看,进口品牌,开关电源也很少坏,但进口品牌喜欢采用陶瓷贴片电容,那东西倒是容易短路。软启动维修中出现最多的问题就是:可控硅坏,电源坏,输入缺相,输出缺相这几类故障偏多。
多看说明书,试着用原理反推故障出现的可能,可以节省大把的维修时间。例如:输出缺相,注意是不是没带电机(或者电机太小),软起动的主要检测是电流,电机太小达不到下限电流阈值,系统有可能判断为输出缺相(比如施耐德ats48),真的缺相了,那也不要总盯着输出检测电路,输入同步信号没有?没有,肯定也报警。可控硅是易损件,但可控硅的损坏,不一定就是硅的质量问题。我说过,软起动需要建立在同步信号的基础上,有的使用现场,进线电源波形失真非常严重,导致同步信号失真,就会造成可控硅驱动信号错相损坏。
   
附件 ab150f317系列软启动器图片.jpg
 AB罗克韦尔软启动器
   4.配件标准
   维修软起动的配件标准,比维修别的大功率设备要求低。软起动最贵重的元件是可控硅,可控硅的三大指标就是:容量,耐压,触发值
   容量:软起动的启动电流一般会达到5-8倍额定电流,所以对可控硅的容量冗余要求比较大。我的经验是,真正进口硅,6倍容量。国产硅,至少8倍冗余。
   耐压值:这个很多工程人员会忽视,但耐压值是可控硅一个关键的指标,特别是高电压使用场合,耐压值最低不能低于2.5倍耐压值,比如额定380v,低于800v的耐压很容易击穿。很多市场上的硅体,标称2500v,实测2000v不到。我自己购买配件时,会先和卖家沟通好,丑话说在前边,低于我的要求,一律退货,大不了出点运费。
   触发值:其实只要硅体是好的,大抵都能触发。我要说的是,触发值的一致性,工控器件又不是什么管控器件,市场上大把,主要是性能。选购材料也是硬件维修工程师的基本功,不带个人成见,进口件和国产件的品质高低,除了过流值耐压值这些硬指标,最头疼的就是触发一致性。经销商嘛,都称自己的货是原装进口,但只要在触发值上一比较,就原型毕露了。进口件的偏差值很小,一致性有保证。
大家可以这样推理,同样设计的电路,如果有的驱动电流过大,有的过小,是否会存在隐患呢。
   作者抛砖引玉讲解实例:
   1、施耐德软起动讲解视频:https://www.bilibili.com/video/BV1YM41177fD/
最后修改:2023/2/22 15:47:42
23-02-22 15:46
AB的软启动,可控硅是特殊的吧,还有相序检测,CAN网络
23-02-23 07:50
好好学习一下知识  以后备用
23-02-23 08:58
软启动这种相比变频器简单多了,国产品牌完全可以胜任
23-02-23 23:27
软启动其实并不简单,只是国产的把软启动做得简单。
23-02-24 11:21
请细讲一下“数字式软起动器”,载波调制是一直到50Hz,还是在某个频率(如20Hz)进行转换到单纯的移相脉宽?哪些厂家哪些系列使用了这种技术?
23-02-24 11:25
顶,王工出品是精品!
23-02-25 13:54
硅同样是圆饼,ab的不同点在于两点:1.启动端子是220v的,电容减压驱动交流光耦隔离启动。2,旁路接触器是瘦身的单相接触器,价格不低。至于通信,面板接口硬件不复杂,网络要支持他的协议,专门的手册上说得很清楚
23-03-02 08:06
数字式的看单价就明白啦(笑),至于载波,只要式数字型的,从起始到结束都会一直存在,数字式的再实际使用场景中就是,启动电流更平缓一些,对重载启动感知明显,对电网的冲击小一些(当然,电压同步调幅的硬指标,决定了它没法让启动电流不大)。
最后修改:2023/3/2 8:12:40
23-03-02 08:12
前几年做过一个项目,客户不用变频器,不怕软启动器贵,超过变频器都无所谓。开始不解,问才知道设备对可靠性要求非常高,高到365天不允许出现任何不能启动电机的情况,所以设备是电气冗余设备冗余,极端情况下出现故障也必须他们能自行修理,且修理时间必须控制在4小时之内。客户的项目用过西门子的变频器,在现场可靠性最后败给了ABB的软启动器。十年不出故障,变频器真的非常难做到!我也是通过那个项目了解到软启动器只是原理简单,技术可一点也不简单!谢谢你普及知识!
23-03-03 12:24

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