軟起動器在異步電動機上的應(yīng)用

王春清

摘要：三相異步電動機的起動電流高達額定電流的5～8倍，對電網(wǎng)造成較大干擾，尤其在工業(yè)領(lǐng)域中的重載起動，有時可能對設(shè)備安全構(gòu)成嚴重威脅。利用軟起動技術(shù)不僅實現(xiàn)在整個起動過程中無沖擊而平滑地起動電動機，而且可根據(jù)電動機負載的特性來調(diào)節(jié)起動過程中的參數(shù)，如限流值、起停時間等，以達到最佳的起停狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：電動機 軟起動

0 引言

三相異步電機由于結(jié)構(gòu)簡單、控制維護方便、性能穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點而被廣泛地應(yīng)用于各種機械設(shè)備的拖動中。因其直接起動時產(chǎn)生的沖擊電流對電網(wǎng)及其負載造成沖擊，同時由于起動應(yīng)力較大，使負載設(shè)備的使用壽命降低，因此常采用降壓起動方式來減少影響。但是，傳統(tǒng)的降壓起動方式，如星三角起動、自耦變壓器起動等，要么起動電流和機械沖擊過大，要么體積龐大笨重、損耗大，要么起動力矩小、維修率高等等，都不盡人意。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，使用軟起動器可以無沖擊而平滑地起動電動機，而且可根據(jù)電動機負載的特性來調(diào)節(jié)起動過程中的參數(shù)達到最佳的起停狀態(tài)，從而延長機械設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維修量，提高經(jīng)濟效益。

1 軟起動的基本原理

軟起動是指運用串接于電源與被控電機之間的軟起動器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動結(jié)束，賦予電機全電壓的起動方法。軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，通過運用不同的方法，控制三相反向并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。如圖(一)所示。

目前使用的軟起動器，基本上是以單片機作為中央控制控制核心來完成測量及各種控制算法，用程序軟件自動控制整個起動過程。它通過單片機及相應(yīng)的數(shù)字電路控制晶閘管觸發(fā)脈沖的遲早來改變觸發(fā)角的大小，從而改變晶閘管的導(dǎo)通時間，最終改變加到電動機三相繞組的電壓大小。由于電動機轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比，電流又和定子電壓成正比。這樣，電動機的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的限制可以通過定子電壓的控制來實現(xiàn)，而定子電壓又是通過可控硅的導(dǎo)通相角來控制的，所以不同的初始相角可實現(xiàn)不同的端電壓，電動機的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的最大值可根據(jù)負載而設(shè)定,以滿足不同的負載起動要求。電動機起動過程中，晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動機從零開始加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，從而實現(xiàn)電動機的無級平滑起動，并使電動機工作在額定電壓的機械特性上。

2 軟起動器運行特點

2.1 軟起動常用的幾種起動方式：

2.1.1 限流起動 電動機起動時，軟起動器輸出電壓從零迅速增加，直到輸出電流上升到設(shè)定的限流值Iq，在輸出電流不大于Iq下，電壓逐漸上升，電機加速，直到起動完成。如圖（二）所示，Iq可調(diào)，Ie為電機額定電流。此方式的優(yōu)點是起動電流小，且可按需要調(diào)整，對電網(wǎng)影響小。缺點是在起動時難以知道起動壓降，不能充分利用壓降空間；損失起動力矩，起動時間相對較長，對電動機不利。

2.1.2 電壓斜坡起動 指輸出電壓按預(yù)先設(shè)定的斜坡線性上升，即電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動從有級變成了無級。主要用在重載起動，它的缺點是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對拖動系統(tǒng)不利，且起動時間長對電動機不利。如圖（三）所示。

2.1.3 突跳控制起動 也是用在重載起動，不同的是在起動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動時間。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負荷，應(yīng)用時要特別注意。如圖（四）所示。

2.1.4 電壓控制起動 用在輕載起動的場合，在保證起動壓降下發(fā)揮電動機的最大起動轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動時間，是最優(yōu)的輕載軟起動方式。

2.2 軟起動常用停機方式

2.2.1 自由停車 傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的，即慣性停車（斷電自停）。

2.2.2 軟停車 如圖（五）所示，在停車信號發(fā)出后，軟起動器輸出電壓從額定電壓Ue迅速降到跌落電壓Usd，再按所設(shè)定的時間降到起始電壓Ui，軟起動器停止輸出。這種停車方式可以消除由于自由停車帶來的拖動系統(tǒng)反慣性沖擊，如皮帶運輸機、升降機等許多負荷并不宜突然停機，高層建筑的水泵系統(tǒng)也因自由停車，而產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使管道、水泵損壞。軟停車功能正好能滿足此要求。晶閘管在收到軟停機信號后，導(dǎo)通角漸減，經(jīng)一定時間才過渡到全關(guān)，即電動機端電壓漸減至零，停車時間可按實際需要設(shè)定。

2.3 軟起動器的優(yōu)點 對于大功率異步電動機而言，軟起動比硬起動（即直接起動）和傳統(tǒng)降壓起動具有以下主要優(yōu)點：制動停車。 向電機輸入直流電流，從而加快制動，制動時間可調(diào)，主要用于慣性力矩大的負載或需快速停機的場合，在一定的場合代替了反接制動停車。

2.4 接觸器旁路工作 軟起動器有在線型和旁路型。在線型是指起動完畢，不需要觸器旁路，一直帶電工作的工作方式，晶閘管長期在線運行功耗太大造成能源浪費、給電網(wǎng)帶來高次諧波污染等。旁路型是為了延長使用壽命，使電網(wǎng)避免諧波污染，減少軟起動器中的晶閘管發(fā)熱損耗，在電動機達到滿速運行時用旁路接觸器取代已完成起動任務(wù)的軟起動器。旁路型電路復(fù)雜化，系統(tǒng)可靠性降低。① 減少起動過程引起的電網(wǎng)電壓降使之不影響同一供電網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運行；②對電動機提供平滑的起動過程，降低電機起動過程中線路的沖擊電流，減少電動機（傳動機械）的沖擊電流及對電網(wǎng)和配電系統(tǒng)的沖擊，延長電動機（傳動機械）使用壽命；③減少電磁干擾：硬起動產(chǎn)生的沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運行；④具有多臺電動機控制功能，用一臺起動器控制多臺電動機的起動，起動電流、起動時間可分別設(shè)置；多種起動模式：電壓斜坡起動、限流起動、脈沖突跳起動，具有軟停車功能；⑤具有完善的保護功能：過載保護、斷相保護、過壓和欠壓保護等。

3 軟起動器的控制接線（以英杰電氣有限公司的KRQS系列為例）

3.1 KRQS110/P型軟起動器基本接線示意圖（見圖六）：

3.2 KRQS110/P型軟起動器基本接線原理圖（見圖七）：

4 軟起動器的選用及注意事項

軟起動器應(yīng)用領(lǐng)域可以涵蓋工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的異步電動機傳動設(shè)備，原則上凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場合都可適用，特別適用于各種泵類負載或風(fēng)機類負載，需要軟起動與軟停車的場合。目前多用在交流380V、電機功率從5.5千瓦到800kW的場合（國外產(chǎn)品電壓達6～10KV、功率5000KW），是傳統(tǒng)啟動方式理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。在選用軟起動器時，除了進行技術(shù)、性能、價格比較外，還要考慮設(shè)備現(xiàn)場的電網(wǎng)容量、設(shè)備啟動負荷輕重、啟動頻繁程度等使用條件。對于水泵類啟動負載較輕的設(shè)備，可選擇功能簡單、價格較低、操作方便的軟啟動器。對于大型風(fēng)機、破碎機等啟動負荷比較重的設(shè)備，應(yīng)該選用啟動功能比較多、有限流啟動功能、自身保護比較齊全的軟啟動器。尤其功率比較大的設(shè)備，最好選用啟動功能比較全的高性能軟啟動器。在頻繁工作的場所要按電動機的起動電流選取，因為軟啟動器生產(chǎn)廠家一般選取的可控硅電流是電動機額電流的2.5倍，限制最大電動機啟動電流是額定電流的4.5倍，在不頻繁操作下充分利用可控硅短時過載能力。所以在頻繁啟動的條件下，應(yīng)加大選取軟啟動器的容量，根據(jù)頻繁度的不同按1.2～1.5倍選取即可。

5 結(jié)束語

三相異步電動機的軟起動方式很多。隨著技術(shù)進步的加速，各種新的軟起動控制方式也脫穎而出，比較各種軟起動方式的優(yōu)缺點，可從中選擇出適合特定應(yīng)用場合的最佳軟起動方案。

參考文獻：

[1]四川英杰電氣有限公司.KRQS系列全數(shù)字交流電動機軟起動器用戶手冊[S].

[2]任致程.電動機電子保護器與軟起動器應(yīng)用指南、機械工業(yè)出版社.