1、合理用電軟起動器原理及其應用許宏綱，徐方逸(上海港口設計院，上海200082摘要介紹了感應電動機軟啟動器的工作原理，分類，特性及其應用，并與電動機 變頻調速器作了比較，指出在電動機不需調速或調速要求不高的情況下，使用軟起動 器投資小，運行簡便安全可靠，并且對電網無諧波干擾，應優先于變頻器采用。關鍵詞軟起動;軟停車;電動機;應用中圖分類號工M 573文獻標識碼:B文章編號1005 7439(200203 0132 04The Principle of Soft Staitei and its ApplicationX U Hong gang,XU Fang vi(Shang hai Poi t

2、Design and r eseaich Institute,Shanghai 200082,Clima交流異步電機由于其結構簡單，價格低廉，可靠耐用,而在各行各業特別是工業領 域是得到了廣泛的應用。近年來，隨著各種新興產業的涌現與發展，對異步電機的 起、停與運行提出了更高的要求。軟起動器的產生則在一定程度上滿足了這種要 求。1工作原理軟起動器的主要電路如圖lo它將電力電子技術與自動控制技術相結合(近年 來，則結合了計算機技術,用三組反并聯晶閘管串接于供電電源與被控電機之間。起 動時，由電子電路控制晶閘管的導通角、使電機的端電壓逐漸增大，直至全電壓，使電機 實現無沖擊軟起動。停機時，則控制晶閘

3、管的關斷速度，使電機的端電壓由全電壓逐 漸下降至零，實現全電壓起動超動一次 沖診 電流星-三角形起動 （注:起動電流 有披動軟停車。圖1軟起動主電路2軟起動的特性異步電機在起動時，如果施加額定電壓，那么起動電流將達到7lOIe。除了小 型電機外,一般都采用降壓起動的方式。傳統的方式有Y起動，串電抗器降壓起動，自 耦變壓器降壓起動、延邊三角形起動,上述種種方式，在起動過程中,都有一個線圈電壓切換過程，因而對電網存在 兩次沖擊，見圖2o軟起動器則不存在該現象。圖2傳統啟動方式對電網的影響軟起動器的特點：(1起動電流以一定的斜率上升至設定值，對電網無沖擊。(2起動過程中引入電流負反饋，起動電流上升至

4、設定值后，即維持恒定值、使電機 起動平穩。I132!第23卷第3期2002年6月能源技術ENERGY TECHNOLOGYV oi.23 No.3June 2002(3不受電網電壓波動的影響,由于軟起動以電流為設定值，電網電壓上下波動時, 通過增減晶閘管的導通角，調節電機的端電壓，仍可維持起動電流恒值,保證電機正常 起動。(4針對不同負載對電機的要求，可以無級調整起動電流設定值，改變電機起動時 間,實現最佳起動時間控制見圖3圖3軟起動的限流和時間3軟起動的類型(1不限流軟起動見圖4O起動時，使起動電流以一定斜率不斷上升，直至起動完 畢，期間對起動電流不加任何限制。適應場合：全電壓起動軟起動重載

5、起動。圖4不限流起動(2階躍恒流起動見圖5O起動一開始在極短的時間里，使晶閘管接近于全層通, 然后恢復至極小導通角，進行正常的恒流軟起動。適應場合起動時靜摩擦力矩較大的場合。圖5階躍恒流起動(3小斜率軟起動見圖4O這種起動的特點是電流上升速率緩慢,d i/d t變化率小。適應場合對電機轉短、速度變化敏感的場合。例如:小張力繞線機構。(4恒流軟起動見圖2。起動時，電流以一定的斜率上升至設定值，其后維持恒定, 直至起動結束。適應場合:絕大多數應用場合。4軟停車停機時，控制晶閘管導通角以一定的斜率減小,使電機端電壓逐漸下降至零、減緩 了電機停車時對機械負載的沖擊。下降斜率無級可調見圖6,還可根據需要

6、引入電流 負反饋。目前比較常見的軟停車時間范圍在0-600111 in圖6軟停車5軟起動器的應用(1將斷路器，軟起動器，旁路接觸器和控制電路組成電動機控制中心(MCCO這 是目前最流行的、推廣最多的做法見圖7。其特點:在起動和停車階段，晶閘管投入 工作,實現軟起動、軟停車。起動結束，旁路接觸器合閘，將晶閘管短接,電機按受全電 壓，投入正常運行。此種組合的優點是運行期間,電機直接與電網相連，無諧波;旁路 接觸器還可以作為一種備用手段，緊急關頭或晶閘管故障時、使電機投入直接起動，增加了運行的可靠性。應用場合:全電壓起動動/JA絕大多數工況適用。圖7MCC原理圖(2節能運行。該模式與上面的MCC相比

7、，少了一個旁路接觸器。起動結束后, 被控電機仍通過133!晶閘管供電。這樣，運行期間可以通過檢測電機的功率因數與負載的大小，控制 晶閘管的導通角調節電機的端電壓，對電機實施降壓節能運行。應用場合切割機、 剪切機等負載變化明顯或負載周期變化的場合。缺點由于實行晶閘管移相控制，會 對電網產生諧波分量，應用時需注意抑制諧波的問題。(3超低速運行。如果調整晶閘管的導通角、使得電機的起動電流剛夠克服靜摩 擦力矩開始轉動，但又不至于完成起動過程見圖8。使電機工作于AVB點之間的區 域。由于加了電流負反饋、電流恒定，使電機可以穩定的工作于該區域，此時，電機以極 低的速度轉動，這就是蠕動N hMJ現象。圖8蠕

8、動運行由異步電機機械特性可以得到如下公式:M =in 1 01 #22r #2S =m 1 01#22e i- #2Se式中ill 1, 0VVV對于具體電機是常數I#2VVV電機轉子回路電流的換算值i #2VVV轉子的換算電阻值I#2eVVV電機額定轉速時的轉子電流換算值SVVV電機轉差率如果負載不變，我們可以看到，當電機起動結束，達到額定轉速時，由于s 3 0,所以 I2e數值相應較小;當電機剛起動時，由于S 3 1,數值最大,相應的I #2也達到很大的數值,如果長期運行，可以導致轉子過熱而發生故障,所以蠕動狀態 不能長期運行。應用場合大樓消防、噴淋水泵;大長度金屬管、帶焊接生產機構。大樓

9、消防、 噴淋水泵常年處于待命狀態，為了保持正常運行狀態，每周或每月要定期起動一次。 如果采用正常起動方式,會產生很高的水壓。采用蠕動方式，可解決既檢查了電機與 泵的待命狀態，又不至于產生高水壓的問題。金屬管帶在焊接生產過程中，常常需要 將管子端頭慢慢對攏后焊接，這時采用蠕動方式充分解決超低速對接問題，焊接完成后，又恢復生 產線正常運轉，免去了復雜笨重的機械變速機構，降低了設備投資成本。(4軟停車。在泵類負載系統中，例如，大樓水泵、大型雨水泵站、污水泵站，電動 機直接停車時，在有壓管路中，由于流體的運動速度發生急劇變化,引起動量急劇變化, 管路中出現水擊現象，對管道、閥門與泵形成很大的沖擊，此即

10、水錘效應。嚴重時， 會對大樓產生很大的震撼與巨響，甚至造成管道與閥門的損壞。采用軟停車，停車時軟起動器由大到小逐漸減小晶閘管的導通角,使被控電機的 端電壓緩緩下降，電機轉速有一個逐漸降低的過程，這樣就避免了管路里流體動量的 急劇變化，抑制了水錘效應。(5正反轉無觸點電子開關。軟起動器串接于供電電源與被控電機之間，當晶閘 管全導通時，電機得到全電壓,晶閘管關斷時，電機被切斷電源。其作用類似于一個無 觸點電子開關。如果再增加二組反并聯晶閘管、組成如圖9的電路。當Al、B1、 C2三組晶閘管投入運行時，三相電源LI、L2、L3與電機的U、V、W端相連， 電機順時針旋轉,那么當A 2、Bl、Cl三組晶

11、閘管投入運行時,由于電機輸入反相序電源而逆時針旋轉。交替的使上 述二套晶閘管配置投入運行，即可實現被控電機的正反轉運行。由于不使用接觸器 切換電源,故設備可靠性很高。應用場合：N h需要頻繁正反轉的金屬型材軋制機構。圖9正反轉無觸點開關(6大慣量機械負載的快速停車。某些大型機械裝置，例如，軋鋼廠的大型圓盤鋼 鋸，具有很大的慣量,在自由停車的情況下，往往需要十幾分鐘后才能緩緩停止轉動，采 用圖9的方案，可以解決該問題。正常運行時，將A 1、Bl、C 2三組晶閘管投入工 作，要停車時，先關閉上述晶閘管，再將A 2、Bl、Cl三組晶閘管投入工作，使電機進入反接制動，調節軟起動電流設定值,即可調整電機

12、的停車時間。在電機臨近停車時,再調整晶閘管的導通角、減小運行電流134!直至零，就可實現完全停車。應用場合:大慣量機械裝置、如大型圓金剛鋸、大 飛輪等。(7軟起動器與PC結合組成復合功能。以一臺PC程控器與兩臺或多臺軟起動 器組合，可完成一用一備或兩用一備，甚至多用多備的方案。例如:大樓消防、噴淋系 統，大多采用一用一備方案。與PC結合,可同時實現軟起動、軟停車，一用一備，與中 央控制室組成遙控監視系統。在許多大型排水系統中，平時排水量不大、僅要求少量排水泵投入運行，當潮汐來 臨時則要求根據水位，逐級增加投入的水泵，直至全部水泵投入運行;反之，則要求逐 級減少運行的水泵數量。其結合的方案有二種

13、：其一如圖10。該方案采用一臺PC控制一臺軟起動器，軟起動器始終與一臺電 機相連。當需要時,PC控制首先起動電機M 1,起動結束，合上旁路接觸器KM 10、 使電機直接與電網相連，然后通過接觸器KM 11使軟起動器與該電機分離，與下一電 機相連，由PC控制起動下一臺電機M 2。用此方法可以根據上下水位逐一啟動各臺 電機,停機時，除與軟起動器相連的電機可以實現軟停車外、其余電機都是直接停車。-相 380VKMnO圖10軟起動與程控器聯合控制多臺電機該方案優點:一次投資省，控制柜結構緊湊。缺點一旦軟起動器故障，會影響到 全部電機的起動與運行。其二如圖11。該方案每一臺電機均配一臺軟起動器，由PC程

14、控器根據水位或 其他控制量依次逐一起動各臺電機，直至全部投入運行;反之，則逐一關閉各臺電機。該方案優點:可靠性比前一方案高，即使有一臺軟起動器故障，也不影響其他電機 的運行。如果PC程控器發生故障，不能進入自控狀態，那么采用柜前手動操作的方 式，照樣可使各臺電機投入工作。圖11軟起動與程控器聯合控制單臺電機6與變頻控制器的比較軟起動器與變頻控制器均使用晶閘管模塊作為執行器件。成本上變頻器要比軟 起動器高，變頻器由于可以無級調速，目前在需要調速的場合已取代了原先直流電機 占據的位置。例如，目前大力推廣的生活住宅恒壓供水系統，就使用變頻器。但是在 某些工況下變頻器也有弱點。目前的變頻器，無論是交直交還是交交變頻,在工作 過程中，始終產生諧波，為了減輕對電網的污染,必須增加濾波措施。其次，變頻器的輸 出，與電網電源已經不是同相同序的關系,因此在諸如圖10的方案中,不能在變頻器 尚未與電機分離前，先合上旁路接觸器，必須先將變頻器與電機斷開，再合上旁路接觸 器，否則，會燒毀變頻器的執行器件。這樣，電機短時間內會經歷一個全電壓斷電全 電壓的再起動過程，對轉速穩定性要求較高的場合,顯然不能使用這樣的方案。軟起 動器的成本比變頻器低一些，它僅在起動與停車時投入運行，起動結束,合上旁路接觸 器，電機直接接受電網電壓,因而運行期間不存在諧波的問題;其次，起動結束,晶閘管全導通、相當于一個電子開關