Bộ Khởi động mềm Soft starters - Những điều căn bản cần biết

Tìm hiểu căn bản về khởi động mềm, nguyên lý hoạt động, nguyên tắc làm việc, các loại điều khiển của khởi động mềm, thành phần cấu tạo, ưu điểm, và ứng dụng thực tế

Khởi động mềm - Nguyên tắc và làm việc

Bộ khởi động mềm là bất kỳ thiết bị nào điều khiển gia tốc của động cơ điện bằng cách điều khiển điện áp đặt vào.

Bây giờ chúng ta hãy có một hồi tưởng ngắn gọn về sự cần thiết phải có một bộ khởi động cho bất kỳ động cơ.

Một động cơ cảm ứng có khả năng tự khởi động do sự tương tác giữa từ thông từ trường quay và từ thông cuộn dây rôto, gây ra dòng điện rôto cao khi mô men xoắn tăng. Kết quả là stato hút dòng điện cao và khi động cơ đạt tốc độ tối đa, một lượng lớn dòng điện (lớn hơn dòng điện định mức) được rút ra và điều này có thể làm nóng động cơ, cuối cùng làm hỏng nó. Để ngăn chặn điều này, khởi động động cơ là cần thiết.

 

Các phương pháp khởi động động cơ: Khởi động động cơ có thể theo 3 cách

- Áp dụng điện áp đầy tải trong khoảng thời gian: Bắt đầu trực tiếp trên đường dây
- Áp dụng giảm dần điện áp: Star Delta Starter và Soft starter
- Áp dụng khởi động một phần cuộn dây: Khởi động tự động chuyển đổi

 

Định nghĩa khởi đầu mềm

Bây giờ chúng ta hãy chuyển sự chú ý đặc biệt của chúng tôi để bắt đầu mềm.

Về mặt kỹ thuật, bộ khởi động mềm là bất kỳ thiết bị nào làm giảm mô-men xoắn áp dụng cho động cơ điện. Nó thường bao gồm các thiết bị trạng thái rắn như thyristor để điều khiển ứng dụng điện áp cung cấp cho động cơ. Bộ khởi động hoạt động trên thực tế là mô-men xoắn tỷ lệ với bình phương của dòng điện khởi động, lần lượt tỷ lệ với điện áp đặt vào. Do đó mô-men xoắn và dòng điện có thể được điều chỉnh bằng cách giảm điện áp tại thời điểm khởi động động cơ.

 

Có thể có hai loại điều khiển bằng cách sử dụng bộ khởi động mềm

- Điều khiển mở: Điện áp khởi động được áp dụng theo thời gian, không phụ thuộc vào dòng điện được rút ra hoặc tốc độ của động cơ. Đối với mỗi pha, hai SCR được kết nối ngược lại và SCR được tiến hành ban đầu với độ trễ 180 độ trong các chu kỳ nửa sóng tương ứng (trong đó mỗi SCR tiến hành). Độ trễ này giảm dần theo thời gian cho đến khi điện áp ứng dụng tăng lên đến điện áp cung cấp đầy đủ. Điều này còn được gọi là hệ thống dốc điện áp thời gian. Phương pháp này không liên quan vì nó không thực sự kiểm soát gia tốc của động cơ.

- Điều khiển vòng kín: Bất kỳ đặc tính đầu ra nào của động cơ như dòng điện được rút ra hoặc tốc độ được theo dõi và điện áp khởi động được điều chỉnh tương ứng để có được đáp ứng yêu cầu. Dòng điện trong mỗi pha được theo dõi và nếu vượt quá một điểm đặt nhất định, đường nối điện áp thời gian bị dừng lại.

Do đó, nguyên tắc cơ bản của bộ khởi động mềm là bằng cách điều khiển góc dẫn của SCR, ứng dụng của điện áp cung cấp có thể được kiểm soát.

 

Các thành phần cấu tạo của bộ khởi động mềm cơ bản

Power switches (Các công tắc nguồn) như SCR cần được điều khiển pha sao cho chúng được áp dụng cho từng phần của chu trình. Đối với động cơ 3 pha, hai SCR được kết nối ngược lại cho mỗi pha. Các thiết bị chuyển mạch cần được đánh giá ít nhất gấp ba lần so với điện áp đường dây.

Control Logic (Điều khiển Logic) bằng bộ điều khiển PID hoặc Vi điều khiển hoặc bất kỳ logic nào khác để điều khiển ứng dụng điện áp cổng vào SCR, tức là để điều khiển góc bắn của SCR để tạo ra SCR tiến hành ở phần bắt buộc của chu kỳ điện áp cung cấp.

 

Ví dụ làm việc của hệ thống khởi động mềm điện tử cho động cơ cảm ứng 3 pha

Hệ thống bao gồm các thành phần sau:
- Hai SCR quay lại cho mỗi pha, tức là tổng cộng 6 SCR.
- Mạch điều khiển Logic dưới dạng hai bộ so sánh - LM324 và LM339 để tạo ra mức và điện áp đường nối và bộ cách ly quang để điều khiển ứng dụng điện áp cổng vào từng SCR trong từng pha.

Một mạch cung cấp điện để cung cấp điện áp cung cấp dc yêu cầu.

Block Diagram showing Electronic Soft Start System for 3 phase Induction Motor


Điện áp mức được tạo ra bằng bộ so sánh LM324 có đầu cực đảo được cung cấp bằng nguồn điện áp cố định và đầu cực không đảo được đưa qua một tụ điện được nối với bộ thu của bóng bán dẫn NPN. Việc sạc và xả tụ điện làm cho đầu ra của bộ so sánh thay đổi tương ứng và mức điện áp thay đổi từ cao xuống thấp. Điện áp mức đầu ra này được áp dụng cho thiết bị đầu cuối không đảo của một bộ so sánh khác LM39 có thiết bị đầu cuối đảo ngược được cung cấp bằng điện áp đường nối. Điện áp đường nối này được tạo ra bằng cách sử dụng một bộ so sánh LM39 khác, so sánh điện áp DC xung được đặt tại cực ngược của nó với điện áp DC thuần tại cực không đảo và tạo ra tín hiệu tham chiếu điện áp bằng 0 được chuyển đổi thành tín hiệu đường nối bằng cách sạc và xả một tụ điện.

Bộ so sánh thứ 3 LM339 tạo ra tín hiệu độ rộng xung cao cho mọi điện áp mức cao, giảm dần khi điện áp mức giảm. Tín hiệu này được đảo ngược và áp dụng cho bộ cách ly Opto, cung cấp xung cổng cho SCR. Khi mức điện áp giảm, độ rộng xung của bộ cách ly Opto tăng và độ rộng xung nhiều hơn, độ trễ thấp hơn và dần dần SCR được kích hoạt mà không có độ trễ. Do đó, bằng cách kiểm soát thời lượng giữa các xung hoặc độ trễ giữa các ứng dụng của xung, góc bắn của SCR được kiểm soát và ứng dụng của dòng cung cấp được kiểm soát, do đó kiểm soát mô-men đầu ra của động cơ.

Toàn bộ quá trình thực sự là một hệ thống điều khiển vòng hở trong đó thời gian áp dụng các xung kích hoạt cổng cho mỗi SCR được điều khiển dựa trên mức độ điện áp đường dốc giảm từ điện áp cấp trước đó.

 

Ưu điểm của khởi động mềm

Bây giờ chúng ta đã tìm hiểu về cách một hệ thống khởi động mềm điện tử hoạt động, chúng ta hãy nhớ lại một vài lý do tại sao nó được ưa thích hơn các phương pháp khác.

- Cải thiện hiệu quả: Hiệu quả của hệ thống khởi động mềm bằng cách sử dụng các công tắc trạng thái rắn là do điện áp trạng thái thấp.
- Khởi động có kiểm soát: Dòng khởi động có thể được điều khiển trơn tru bằng cách dễ dàng thay đổi điện áp khởi động và điều này đảm bảo khởi động trơn tru của động cơ mà không có bất kỳ cú giật nào.
- Kiểm soát gia tốc: Gia tốc động cơ được điều khiển trơn tru.
- Chi phí và kích thước thấp: Điều này được đảm bảo với việc sử dụng các công tắc trạng thái rắn.

 

Các ứng dụng của Bộ khởi động mềm Soft starters

Khởi động mềm có thể được thiết lập theo yêu cầu của từng ứng dụng. Trong các ứng dụng bơm, khởi động mềm có thể tránh tăng áp. Hệ thống băng tải có thể được khởi động trơn tru, tránh giật và căng thẳng cho các bộ phận truyền động. Quạt hoặc các hệ thống khác có ổ đĩa vành đai có thể được khởi động chậm để tránh trượt đai. Khởi động mềm được nhìn thấy trong các máy bay trực thăng R / C điện, và cho phép các cánh quạt quay tự động một cách trơn tru, có kiểm soát thay vì tăng đột ngột. Trong tất cả các hệ thống, khởi động mềm sẽ hạn chế dòng vào và do đó cải thiện tính ổn định của nguồn điện và giảm giảm điện áp thoáng qua có thể ảnh hưởng đến các phụ tải khác.