三相異步電機(jī)的軟啟動及回路設(shè)計

文翔

摘? ? 要：軟啟動器是目前性能比較好的電動機(jī)啟動控制設(shè)備，本文簡要介紹了電機(jī)軟起動的方式、特點(diǎn)以及設(shè)計注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：電動機(jī);軟啟動;啟動電流;啟動轉(zhuǎn)矩

1? 軟啟動概念

電壓由零慢慢提升到額定電壓，電機(jī)在啟動過程中的啟動電流可以控制并且可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時電機(jī)啟動的全過程避免沖擊轉(zhuǎn)矩而平滑的啟動運(yùn)行，這就是軟啟動。

2? 電動機(jī)啟動方式現(xiàn)狀

電機(jī)全壓啟動時過高的啟動電流會造成電網(wǎng)沖擊，給電網(wǎng)造成過大的電壓降;。過大的轉(zhuǎn)矩沖擊將造成機(jī)械應(yīng)力沖擊，影響電機(jī)本身及其拖動設(shè)備的使用壽命。因此，通?？偸橇η笤谳^小的啟動電流下得到足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，為此就要選擇合適的啟動方法。

對三相鼠籠式異步電動機(jī)的啟動電流的限制，通常有定子串接電阻啟動、Y-△啟動、自藕變壓器降壓啟動、延邊三角形啟動。而對繞線式交流電動機(jī)，常采用轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器啟動、轉(zhuǎn)子串電阻分級啟動。這些傳統(tǒng)的啟動方法在負(fù)載工況、負(fù)載電壓等級、自身經(jīng)濟(jì)性及結(jié)構(gòu)性等方面存在一定制約。

隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)制作的軟啟動器，以及采用微控制器代替模擬控制電路發(fā)展而來的電子軟啟動器在工業(yè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。

3? 軟啟動的特點(diǎn)

電子軟啟動器相對于傳統(tǒng)的啟動方式，其突出的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：

（1）電力半導(dǎo)體開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，能夠連續(xù)穩(wěn)定調(diào)節(jié)電機(jī)的啟動。

（2）沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流小。軟啟動器在啟動電機(jī)時，是通過逐漸增大晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)啟動電流限制在設(shè)定值以內(nèi)，因而沖擊電流小，可控制轉(zhuǎn)矩平滑上升，保護(hù)傳動機(jī)械、設(shè)備和人員。

（3）軟啟動器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機(jī)在啟動過程中保持恒流，確保電機(jī)平穩(wěn)啟動。

（4）根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級調(diào)整至最佳的啟動電流，節(jié)省電能。

（5）由于采用微機(jī)控制，可在啟動前對主回路進(jìn)行故障診斷，且數(shù)字化的控制具有較穩(wěn)定的靜態(tài)特性，不易受溫度、電源電壓及時間變化等因素的影響，因此提高了系統(tǒng)的可靠性，有助于系統(tǒng)維護(hù)。

（6）軟啟動器能實(shí)現(xiàn)計算機(jī)通訊控制，為自動化控制打下良好的基礎(chǔ)。

4? 軟啟動的啟動方式

軟啟動一般有下面幾種啟動方式：

（1）斜坡升壓軟啟動：這種啟動方式最簡單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點(diǎn)是在電機(jī)啟動過程中不限流，可能產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網(wǎng)影響較大，實(shí)際很少應(yīng)用。

（2）斜坡恒流軟啟動：這種啟動方式是在電動機(jī)啟動的初始階段啟動電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定，直至啟動完畢。啟動過程中，電流上升變化的速率可以根據(jù)電動機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動時間短。該啟動方式適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的啟動。

（3）階躍啟動：即以最短時間使啟動電流迅速達(dá)到設(shè)定值。通過調(diào)節(jié)啟動電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速啟動效果。

（4）脈沖沖擊啟動：在啟動開始階段，讓晶閘管在極短時間內(nèi)，以較大電流導(dǎo)通一段時間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，連入恒流啟動。該啟動方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動場合。

5? 低壓軟啟動回路的設(shè)計

5.1? 軟啟動器

軟啟動器是一種集軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的電機(jī)控制裝備，實(shí)現(xiàn)在整個啟動過程中無沖擊而平滑的啟動電機(jī)，可根據(jù)電動機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)啟動過程中的各種參數(shù)，如限流值、啟動時間等。軟啟動器用于電機(jī)啟動，啟動過程結(jié)束，軟啟動裝置退出，所以軟啟動器一般是短期工作制。

5.2? 軟啟動器選型

除了技術(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(fù)荷輕重、啟動頻繁程度等具體條件。對于水泵類啟動負(fù)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，這類設(shè)備根據(jù)電動機(jī)額定功率，選用樣本規(guī)定的相同容量的軟啟動器就能滿足需要。對于大型風(fēng)機(jī)、破碎機(jī)等啟動負(fù)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(hù)比較齊全的軟啟動器。尤其功率比較大的設(shè)備（160kW及以上），最好選用啟動功能比較全的高性能軟啟動器。

5.3? 隔離器和熔斷器選擇

軟啟動柜中的隔離電器，可以選用隔離開關(guān)也可以選用具有隔離功能的塑殼斷路器。如需達(dá)到1型協(xié)調(diào)配合要求，可選用電動機(jī)保護(hù)用斷路器或塑殼斷路器，如需達(dá)到2型協(xié)調(diào)配合要求，即短路條件下不對人及設(shè)備產(chǎn)生危害且能夠繼續(xù)使用，則需要選用快速熔斷器。

5.4? 旁路接觸器的選擇

軟啟動結(jié)束時電動機(jī)已在額定電壓上運(yùn)行，所以按電動機(jī)的額定電流選用交流接觸器就能滿足要求。要注意的是在配柜接線時，做到軟啟動器與接觸器同相連接，不要接錯相序。

5.5? 過負(fù)荷保護(hù)裝置的選擇

軟啟動裝置的過負(fù)荷保護(hù)裝置應(yīng)該選用具有過載保護(hù)、斷相保護(hù)和溫度補(bǔ)償功能的熱過載繼電器。具體選用時，要使電動機(jī)的工作電流在熱元件整定電流范圍以內(nèi)。工作時容易過載的設(shè)備，要使電動機(jī)的額定電流值靠近熱元件整定電流范圍的下限。

5.6? 變壓器負(fù)載能力及保護(hù)整定值校驗(yàn)

在軟啟動裝置選用時除注意上述要求外，還要注意為設(shè)備供電的變壓器的負(fù)載能力。如果事前變壓器已接近滿載，要慎重選用軟啟動設(shè)備。尤其是要增設(shè)功率比較大的設(shè)備時，更要核對校驗(yàn)變壓器的荷載能力和保護(hù)的整定值。

增加軟啟動設(shè)備后，變壓器二次側(cè)斷路器的短路短延時脫扣器的整定值Ir2為：

計算出的Ir2應(yīng)小于變壓器二次側(cè)斷路器現(xiàn)在的實(shí)際短路短延時脫扣器的整定值;否則，在新增加設(shè)備啟動時，變壓器二次側(cè)斷路器要分?jǐn)嗵l。造成軟啟動器選用失敗。

6? 二次控制回路設(shè)計

軟啟動的二次控制回路的設(shè)計與常規(guī)電機(jī)控制最大的區(qū)別在于要弄清楚軟啟動器本身的工作原理，然后將軟啟動器的內(nèi)部接線與二次回路的接線相結(jié)合，充分利用軟啟動器本身的保護(hù)功能。需要特別注意兩點(diǎn)：軟啟動器是否自帶旁路接觸器;啟動結(jié)束后軟啟動的保護(hù)功能是否隨軟啟動器的切除而繼續(xù)有效。這兩點(diǎn)對于二次控制回路的設(shè)計及一次保護(hù)回路的配置都有著重要影響。

7? 結(jié)束語

軟啟動器具有啟動轉(zhuǎn)矩大、可調(diào)節(jié)、啟動時間短、有軟停機(jī)功能、元件少維修量小等優(yōu)點(diǎn)，是性能比較好的電動機(jī)啟動控制設(shè)備。但需要指出的是：科技進(jìn)步帶來的產(chǎn)品更新?lián)Q代是一個趨勢，軟啟動器作為填補(bǔ)星-三角啟動器和變頻器在功能實(shí)用性和價格之間的鴻溝而研發(fā)的產(chǎn)品，隨著變頻器產(chǎn)品的升級換代以及成本的逐漸下降，將逐漸被變頻器所替代。

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