论电机软启动器功能与原理

发布时间：2023-09-20 16:54:50   来源：产品中心

  【摘 要】电动机作为重要的动力装置， 已被广泛地应用到各行各业中。当电动机直接合闸启动时， 启动电流很大， 一般鼠笼式三相异步电动机直接启动电流是额定工作电流的4～ 7 倍， 特殊情况下， 可能达到 10 倍以上。特别是当电动机容量较大时， 冲击电流会对电网及其负载造成干扰， 严重时， 甚至危害电网的安全运行。启动电流过大时， 将使电动机本身受到过大电磁力的冲击， 如果经常启动， 还有绕组过热的危险。同时， 由于启动应力较大， 使得负载设备的常规使用的寿命降低。因此考虑到电网及变电所供配电设备的限制，大多数的大功率电动机都采取降压起动以限制起动电流。本文就软启动器的原理、功能和如何正确选用进行了论述，以供同行探讨。

  当电动机直接合闸启动时， 启动电流很大， 软起动技术的出现解决了上述难题。软启动器是一种新的电动机控制装置，它能轻松实现电动机的软起动、软停车，还能轻松实现轻载节能及多种保护功能。传统的降压起动方式有：Y一换接起动、串电阻（电抗）器起动、自耦补偿器起动、延边三角形起动等。以上的几种降压起动方式虽然电压降有所减小，但其起动电压均为跳跃式加入，起动电流也会对电网及供配电设备造成一定的冲击，对电动机及负载都会带来一定的损害，影响它们的使用寿命。

  从二十世纪八十年代开始，国内有不少研究机构开发研制了软起动技术，这种技术的出现较好地解决了上述的一些问题，随着软起动技术的逐步推广使用，出现了各种软启动器。

  软启动器是一种新的电动机控制装置，它能轻松实现电动机的软起动、软停车，还能轻松实现轻载节能及多种保护功能。它的基本结构是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。通过参数设定，CPU控制晶闸管的导通角，从而控制软起动器的输出电压和电流，使被控电动机的输入电压按不同的要求而发生明显的变化，以此来实现不同的功能。

  需要指出的是，软启动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器的输出不仅改变电压而且同时改变频率，往往用在需要调速的地方；软启动器实际上只是个调压器，输出只能改变电压而不能改变频率，只用在电动机起动时。变频器具备了软起启动器的所有功能，但它的价格也比软启动器贵得多，结构也复杂得多。

  在电动机的起动过程中，通过软启动器的电子控制电路对晶闸管的导通角来控制，使电动机的输入电压从零以设定的函数关系逐渐上升，直至起动过程结束，给电动机加以全电压，即为软起动。在软起动过程中，电动机的起动电流和起动方式均可根据相关要求任意做出合理的选择与调整，使电动机始终处于最佳的起动过程，起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加，同时减少起动过程中的功率损耗。交流电动机的软起动主要有以下几种方式：

  （1）斜坡电压软起动。这种软起动方式是最简单的。早期的软启动器多数以起动电压为控制对象来控制，整个起动过程中仅控制晶闸管的导通角，使电压与时间成一定的函数关系增加，而不具备电流闭环的控制。其缺点是，在电动机的起动过程中，电流不加限制，有时会产生较大的冲击性电流，不仅损坏晶闸管，而且对电网也有较大的影响，因此实际已很少应用。

  （2）脉冲恒流起动。起动开始有一个较大的冲击电流，以产生较大的冲击转矩去克服负载较大的阻转矩，使设备能够起动；然后进入恒流起动阶段，直至起动过程结束。冲击电流的大小和维持时间是能随意设定的。这种起动方式适用于重载起动的场合，如皮带输送机。

  （3）恒流软起动。开机后以最短时间使起动电流迅速达到设定值并保持恒定，直至起动过程结束，即在整个起动过程中限定起动电流。电流的限定值通常在电动机额定电流的1.5倍～4.5倍之间选择。通过改变限定值的大小，能控制电动机的起动时间。这种方式一般适用于惯性大的负载快速起动。

  （4）斜坡恒流软起动。在电动机的起动初期使电流以一定速率平稳增加，当起动电流达到设定值后保持恒定直至起动过程结束。起动电流的上升变化率和恒流值都是能随意设定的，一般根据负载情况与生产规格要求来设定。这种软起动方式实际中应用最多，非常适合于风机类、泵类负载的起动。

  电动机在空载或轻载运行时功率因数和效率都比较低，但软启动器可解决以上问题。通过监测电动机负载的变化，使软启动器根据变化来改变晶闸管的导通角，这样电动机的工作电压在空载或轻载时会自动降低，由此减少损耗，提高功率因数，达到轻载节能的目的。

  在高层建筑的供水系统中，电动机的瞬间停车将会产生巨大的“水锤”效应，使管道及水泵遭到破坏。因此拖动水泵类负载的电动机在停车时，常常通过电子控制电路使晶闸管经过0～120 s的延时从全导通状态慢慢地过渡到全关闭状态，以此来实现电动机的安全停车。

  软起动器引入电流闭环系统后，可以通过检验测试电动机电流的变化，对过载、缺相等故障发出报警，并作出相应保护，从而大幅度的提升了电动机工作的可靠性。

  首先，应根据负载的不同来选不一样类型的软启动器，并且要考虑设备现场的电网容量、设备启动负荷大小、启动频繁程度等具体条件。对于水泵类起动负荷较轻的设备，可选用功能简单、操作便捷软启动器。按电动机的额定功率，选用相同容量的软启动器就可以了。对于煤矿用的大功率设备（200kw以上），如大型风机、破碎机、长距离输送机等，启动负荷比较重，建议选用具有限流功能、突跳加斜坡电压功能的软启动器或是转矩控制型的软启动器。软启动器容量的选择要稍大于电动机的额定功率。

  其次，还应考虑软启动器的保护功能是否完备，例如是否有缺相保护、短路保护、过载保护、逆相序保护、过压保护、欠压保护等等。煤矿使用的晶闸管软启动器不允许长期在额定负载下运行，因此在起动过程完毕后要利用旁路接触器把它短接，切除后要注意电动机运行回路有没有过载保护功能。另外可选用带有微机接口功能的软启动器，通过计算机联网，对软启动器进行远程控制和监视。

  再次，软启动器的散热也要适当考虑。软启动器的冷却方式分为机械风冷与自然风冷两种。机械风冷需要冷却风机，有的是通电常转的，有的靠温度控制器来控制其运行的。煤矿使用的晶闸管软启动器一般都会采用自然风冷方式。

  随着电动机软启动技术和电力电子器件的持续不断的发展，出现了各种不同的电动机软起动方式，例如磁控软起动、SCR软起动和液阻软起动等等。

  现在人们为了控制方便，往往将软启动器、开关、控制电路以及计量设备等设计在一个整体安装的柜体中，构成电动机控制中心（M0tor Control Center），简称MCC，以实现对电动机的各种控制及故障的监测和报警。软启动器可以和可编程控制器（PLC）组合，使电动机的控制更便利、可靠和灵活，实现控制的数字化；还可以和计算机网络技术相结合，使电动机的控制智能化和网络化。随着煤矿各种监测监控系统的逐步建立，煤矿企业的自动化水准不断提高，人们现在可以在中央控制室里检测和控制井下的风机、水泵等设备。

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