CN107070365A - 一种固态软启动器电压斜坡控制模式下电流限幅控制方法 - Google Patents

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张江涛
喻杰
徐峰
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Abstract

本发明公开了一种固态软启动器电压斜坡控制模式下电流限幅控制方法，其特征在于在基于晶闸管控制的固态软启动器的启动控制中，电压斜坡控制模式下采用限流控制；具体为：电压斜坡控制模式下，当电流有效值小于电流限幅设定值时，按电压斜坡控制方式进行升压控制，当电流有效值大于电流限幅设定值时，控制方法转入电流限幅工作模式，限制电压的升压行动；其中，切换到电流限幅工作模式和退出电流限幅工作模式下根据当前的瞬时工作电流有效值设定滞环比较的方法进行工作模式的切换。可以在基本满足按设定的升压时间及降压时间完成电压控制的条件下，在电流超过危险阀值时实施电流限幅控制。这种控制方式大大地提高了基于晶闸管控制的电机软启动器的安全性及可靠性。

Description

一种固态软启动器电压斜坡控制模式下电流限幅控制方法
技术领域
本发明涉及固态软启动器控制方法，具体涉及一种在电压控制模式下同时可进行电流限幅控制的方法。
背景技术
固态软启动器的控制常用有两种控制模式。其一为电压为目标的控制方式，称为电压斜坡控制模式，如图1所示，U0为软启动器初始运行电压百分比，tu为软启动过程中软启动器输出电压有效值上升时间，横坐标为控制时间轴，纵坐标为软启动器输出电压百分比，此方式为电压开环控制方式，在这种电压开环控制方式中电流是随着负载变化而变化的，电流完全处于不控状态。其二为电流为目标的控制方式，即电流闭环控制模式。与此接近的为转矩控制方式，这种控制方式是以电流的限制为控制目标的，电压是根据需要而定。一般的固态软启动器也分为这两种控制方式提供给用户选择应用。
传统的电压控制模式下的基于晶闸管控制的软启动器，其电压可以严格按照设定的升压时间进行0到380V的升压控制，电压相位控制可以保证电压的爬升和下降的时间，而此过程并不能对软启动器的输出电流进行限制，而晶闸管的耐受能力主要受散热条件限制，电流是晶闸管发热的主要因素。电压斜坡模式下电流的不受控提高了软启动器的损坏风险。基于晶闸管控制的软启动器是为半控型器件，SCR(可控硅))晶闸管不能可控关断，所以其保护功能不能及时的行使效用。所以这种控制模式下软启动器的可靠性大大降低。
传统的电流限幅工作模式下，由于为电流导向型控制，电压为非受控对象，其输出电压不能按照人为设定的时间要求进行升压爬升以及降压。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种固态软启动器电压斜坡控制模式下电流限幅控制方法，可以在基本满足按设定的升压时间及降压时间完成电压控制的条件下，在电流超过危险阀值时实施电流限幅控制。这种控制方式大大地提高了基于晶闸管控制的电机软启动器的安全性及可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种固态软启动器电压斜坡控制模式下电流限幅控制方法，其特征在于在基于晶闸管控制的固态软启动器的启动控制中，电压斜坡控制模式下采用限流控制；具体为：
电压斜坡控制模式下，当电流有效值小于电流限幅设定值时，按电压斜坡控
制方式进行升压控制，当电流有效值大于电流限幅设定值时，控制方法转入
电流限幅工作模式，限制电压的升压行动；其中，切换到电流限幅工作模式
和退出电流限幅工作模式下根据当前的瞬时工作电流有效值设定滞环比较的
方法进行工作模式的切换。
上述技术方案中，在限流工作模式过程完成重新进入电压斜坡工作模式后，重新调整升压速度，以使总体的升压时间满足设定的电压斜坡升压的时间设定值。
上述技术方案中，具体包括如下步骤：
Step1：开始电压斜坡控制模式；
Step2：根据初始电压设定值计算相应的初始相控角，得到相控输出实际电压；
Step3：根据设定的升压时间计算开始起动后任意某时刻实时的调制电压；
Step4：实时监测软启动器输出电流值；
Step5：判断Step4输出电流是否达到功能码设定的电流限制值；
Step6：如Step5到达电流限制值，则停止升压调制且输出调制电压定值，否
则返回重新开始Step3；
Step7：判断输出电流是否到达滞环下限值；
Step8：如到达滞环下限值，进行下一步，否则返回Step6重新执行；
Step9：根据升压设定的总时间和前阶段运行时间计算开始起动后任意某时刻
实时的调制电压，并持续升压；
Step10：升压达到最大电压值或电网电压有效值，则完成升压过程执行切换
旁路操作；否则返回Step4后重复依序执行。
相对于现有技术，本发明公开了一种在电压控制模式下同时可进行电流限幅控制的方法，其结合了电压斜坡控制以及电流闭环控制模式的优点，可以在基本满足按设定的升压时间及降压时间完成电压控制的条件下，在电流超过危险阀值时实施电流限幅控制。这种控制方式大大地提高了基于晶闸管控制的电机软启动器的安全性及可靠性。
附图说明
图1：常规软启动器中电压斜坡控制升压调制曲线；
图2：本发明所基于的软启动器主功率回路构成及其控制框图；
图3：本发明涉及的晶闸相位控制调压的原理图；
图4：本发明所述的限流型电压斜坡控制升压调制曲线图以及其电流限制示意图；
图5：本发明固态软启动器电压斜坡控制模式下电流限幅控制方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明应用在数字化控制的晶闸管型三相软启动器中。这种软启器由图2所示的主功率回路及控制电路来实现，其主要原理为通过数字信号处理器DSP(Digital SignalProcessing)进行软件编程控制，通过对晶闸管实施相位触发控制进行调压输出。通过电压的缓升控制对异步电动机进行供电，让异步电机旋转速度和电流缓缓上升，减小由于异步电机的突然起动给电网带来的电流瞬时冲击以及减小异步电机的突加转矩作用于机械，引起机械装置应力冲击而减小机械装置的使用寿命。
软启动器输出电压与相控角之间的关系为：
U1-----电网电压有效值；
------功率因数角；
α-----相控角；
U-----软启动器输出电压有效值；
利用晶闸管的相位控制技术对电网电压进行降压控制输出的原理图见图3所示，其中θ为导通角。
其中U1为电网电压有效值，在式中可以通过电压和电流电路检测实时地计算得到，则输出电压U与晶闸管相控角α为一一对应的关系。三相软启动器的控制原理图如图2所示。数字信号处理器DSP通过检测电压、电流信号实时地计算得到三相晶闸电路(晶闸管T1到晶闸管T6)的驱动触发信号实现软启动器输出电压的控制。
在本发明中依据用户设定的初始电压值U0，通过下述(2)式得到初始的晶闸管相控角α0，通过DSP输出的PWM驱动信号输出给6路三相晶闸管，这样得到有效的实际输出初始三相电压U'0。其中为实时功率因数检测角，为检测参数。
在传统的控制方案中依据用户设定的升压时间T，得到任意开始起动后t时刻的调制电压Ut：
U1-----电网电压有效值
再根据(1)式计算出实时的相控角αt，能通过DSP的PWM控制输出得到实时的软启动器输出电压Ut，实现电压斜坡上升。
如图4所示，当实时监测到软启的输出电流有效值达到用户设定的限制值Imax时，停止升压调制操作，如图4所示的t1时刻，比如此时软启输出的调制电压定值为Ua，则此时进入图4所示的2阶段，输出调制电压保持在Ua不变，当电流有效值减小到电流滞环设定值Ilow的情况下重启升压调制过程，此时刻记为t2时刻，此后升压进入如图4的3阶段，输出电压的调制方式按时间的设定值为(4)式所示
Ut＝Ua+a2t (4)
此时调制电压升压斜率为a2，同时对a2进行最大值限幅，a2＜amax，通常取amax＝1000v/s，但不限于此值，此值可根据电机负载的耐冲击力而定。以此循环，如果在升压的过程中再次到达用户设定的电流限制值Imax时，则再次停止升压调制，电流回调到Ilow后再次重启升压调制操作。
以上操作直至软启动器输出电压到达电网电压有效值U1为止，完成整个升压过程。软启动器控制单元检测到软启实际输出电压达到电网电压，则控制软启动器进行切旁路操作，完成软启动过程。以上流程框图如图5所示。
经上述调制方法能有效地在固态软启动器的斜坡控制模式下限制软启动器的输出电流不至超过用户设定的安全值，同时又能够在用户设定的时间内完成整个软启动器的电压斜坡升压过程。优化的控制方式能够有效地提高固态软启动器在电压斜坡控制方式下的运行可靠性，并有效地减少了软启动器的因过流而损坏的概率。

Claims (3)

1.一种固态软启动器电压斜坡控制模式下电流限幅控制方法，其特征在于在基于晶闸管控制的固态软启动器的启动控制中，电压斜坡控制模式下采用限流控制；具体为：
电压斜坡控制模式下，当电流有效值小于电流限幅设定值时，按电压斜坡控制方式进行升压控制，当电流有效值大于电流限幅设定值时，控制方法转入电流限幅工作模式，限制电压的升压行动；其中，切换到电流限幅工作模式和退出电流限幅工作模式下根据当前的瞬时工作电流有效值设定滞环比较的方法进行工作模式的切换。
2.根据权利要求1所述的固态软启动器电压斜坡控制模式下电流限幅控制方法，其特征在于：在限流工作模式过程完成重新进入电压斜坡工作模式后，重新调整升压速度，以使总体的升压时间满足设定的电压斜坡升压的时间设定值。
3.根据权利要求1所述的固态软启动器电压斜坡控制模式下电流限幅控制方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
Step1：开始电压斜坡控制模式；
Step2：根据初始电压设定值计算相应的初始相控角，得到相控输出实际电压；
Step3：根据设定的升压时间计算开始起动后任意某时刻实时的调制电压；
Step4：实时监测软启动器输出电流值；
Step5：判断Step4输出电流是否达到功能码设定的电流限制值；
Step6：如Step5到达电流限制值，则停止升压调制且输出调制电压定值，否则返回重新开始Step3；
Step7：判断输出电流是否到达滞环下限值；
Step8：如到达滞环下限值，进行下一步，否则返回Step6重新执行；
Step9：根据升压设定的总时间和前阶段运行时间计算开始起动后任意某时刻实时的调制电压，并持续升压；
Step10：升压达到最大电压值或电网电压有效值，则完成升压过程执行切换旁路操作；否则返回Step4后重复依序执行。
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