电机软起动器工作原理及应用

软起动器广泛应用于供水、油田、冶金、钢铁等各个领域，随着我国经济的快速发展，用电质量要求越来越高，而传统的降压起动设备由于固有的弱点，已无法满足现代化建设的需要，所以选择电机软起动器，是必然的发展趋势。

1 概述

异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行业中得以广泛的应用。然而由于其起动时要产生较大冲击电流，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低。国家标准规定电机起动时的电网压降不能超过15％。一般解决办法有两种：增大变压器容量或采用限制电机起电流的起动设备。如果仅仅为起动电机而增大变压器容量，从经济角度上来说显然是不可取的。为此，往往需要配备限制电机起动电流的起动方式，过去人们多采用Y起动，自藕减压起动，电磁起动等降压方式来实现。这些方法虽然可以起到一定的限流作用，但没有从根本上解决问题。随着电力电子技术的飞速发展，电机软起动器得到广泛应用。电机软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能及多种保护于一体的新型电机控制装置。它不仅实现在整个起动过程中无冲击平滑的起动电机，而且可根据电机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。此外，它还具有多种电机保护功能，这就从根本上解决了传统的起动设备的诸多弊端。

2 直接起动的危害

直接起动是最简单的起动方式，起动时通过空开或接触器将电机直接接到电网上。具有起动设备简单，起动速快的优点，但其危害很大：①电网冲击大。过大的起动电流（空载起动电流可达到额定电流的4~7倍，带载可达到8~10倍或更大），会造成电网压降，影响其他用电设备的正常进行。还不可能使欠压保护动作，造成用电设备的有害跳闸。同时过大的起动电流会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命。②机械冲击严重，过大的冲击力矩容量造成电机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损，导致绝缘击穿烧毁电机，转轴扭曲，联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。起动过程中的压力突变往往造成泵系统管道、阀门的损伤，缩短使用寿命，影响传动精度，甚至影响正常的过程控制。所有这些都给设备的安全可靠运行带来威胁，同时也造成过人的起动能量损耗，尤其当频繁起停时更加严重。

3 传统降压起动方式的性能比较及适用场合

传统的降压起动主要有以下几种方法：①y/△A起动；这种方法适用于正常运行时定子绕组采用△接法的电机。定子有六个接头引出端，接到转换开关上，起动时采用Y接法，起动完毕后再切换成△接法。起动电压为220V，运行电压为380V。这种起动设备的优点是起动设备简单，起动过程中消耗能量少。缺点是有二次电流冲击，设备故障率高，需要经常维护，所以不宜使用在频繁起停的设备上。②白藕变压器减压起动；三相自藕变压器高压边接电网，低压边接电机。一般有几个中心抽头，可选择不同的电压比，以适应不同起动转矩的负载，在电机起动完毕斤将其切除。其优点是起动电压可以选择，如0.65、0.8或0.9Ue（Ue为额定电压），以适应不同负载的要求。缺点是体积大，重量重，且要消耗较多的有色金属，故障率高，维修费用高。③磁控软起动器：磁控软起动器是利用控磁限幅调压的原理，在电机起动过程中电压可由一个较低值平滑地上升到全压，使电机轴上的转矩匀速增加，起动特性变软，并可实现软停车。但其起动电压在200V左右，用户不可调整，会有较大的电流冲击，且体积较大。

4 电机软起动器的原理及起动方式

三相交流异步电动机的起动转矩直接与所加电压的二次方有关，也就是说，只要降低电机接线端子上的电压就会影响这些值。电机软起动器的主回路一般都采用晶闸管调压电路，调压电路由六只晶闸管两两反并联组成，串接于电机的三相供电线路上。当起动器的微机控制系统接到起动指令后，便进行有关的计算，输出晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管的导通角β、使起动器按所设计的模式调节输出电压，以控制电机的起动过程。当起动过程完成后，一般起动器将旁路接触器吸合，短路掉所有的晶闸管，使电机直接投入电网运行，以避免不必要的电能损耗。

电机软起动器一般有以下几种起动方式：①限流起动：就是电机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值的软起动方式。其输出电压从零开始迅速增长，直到输出电流达到预先设定的电流限值，然后保持输出电流小于电流限值的条件下逐渐升高电压，直到额定电压。使电机转速逐渐升高，直到额定转速。这种起动方式的优点是起动电流小，可按需要调整。对电网电压影响小。其缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间，损失起动转矩，起动时间相对较长。②电压斜坡起动：输出电压由小到大斜坡线性上升，将传统的降压起动变有级为无级，主要用在重载起动。其缺点是起动转矩小，且转矩特性呈抛物线型上升对起动不利，起动时间长，对电机不利。改进的方法是采用双斜坡起动，起动过程中，电机的输出力矩随电压增加，在减压起动时提供一个初始的起动电压，起动电压主根据负载可调，将其调到大于负载摩擦力矩，使负载能立即开始转动。这时输出电压从起动电压开始按一定的斜率上升(斜率可调)，电机不断加速。当输出电压达到达速电压时，电机也基本达到额定转速。软起动器在起动过程中自动检测达速电压，当电机达到额定转速时，使输出电压达到额定电压。这种起动方式的特点是起动电流相对较大，但起动时间相对较短，适用于重负载起动。③转矩控制起动：主要用在重载起动，按电机的起动转矩线性上升的规律控制输出电压。它的优点是起动平滑、柔性好，对拖动系统有利，同时减小了对电网的冲击，最优的重载起动方式。缺点是起动时间长。④突跳起动：在启动开始阶段，让晶闸管在极短的时间性内全导通后回落，再按调定的值线性上升，进入恒流起动。可缩短起动时间，该方法适用于重负载并需较大起动转矩的场合。但是，突跳会给电网带来尖峰脉冲，干扰其它负荷，使用时应注意。⑤电压控制起动：用在轻载起动的场合，在保证起动压降的前提下使电机获得最大的起动转矩，尽可能地缩短起动时间，是最优的轻载软起动方式。停车方式有三种：一是自由停车，二是软停车，三是制动停车：软起动器带来的最大好处是软停车和制动停车，软停车消除了拖动系统的反惯性冲击，对于水泵就是“水锤”效应；制动停车则在一定场合代替了反接制动停车功能。

5 软起动运行特点及应用的场合。

软起动的特点：①能使电机起动电压以恒定的斜率平稳上升，起动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击。②起动电压上升斜率可调，保证了起动过程的平滑性，起动电压可依据不同的负载在30％~70％Ue(Ue为额定电压)范围内连续可调。③可根据不同的负载设定起动时间。④软起动器还具有可控硅短路、缺相、过压、欠压、过流、过热等保护。严格地讲，起动转矩应当小于额定转矩50％的拖动系统，才适合使用软起动器解决起动冲击问题。对于需重载或满载起动的设备，若采用软起动器起动，不但达不到减小起动电流的目的，反而会要求增加软起动器晶闸管的容量，增加成本；若操作不当，还可能烧毁晶闸管。此时最好采用变频软起动。因为软起动器调压不调频，转差率始终存在，难免过大的起动电流，而变频器采用调频高压方式，可实现无过流软起动，且可提供1.2~2倍额定转矩的起动转矩，特别适用于重负载起动的设备。但变频器价格比软起动器的价格要高得多了，实际应用中需综合考虑。现在市场有多种型号的软起动器可供用户选择，不同产品所具功能也不尽相同，选择时建议遵循以下原则：原则上，异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可使用，适用于各种风机泵类负载，需要软起动与软停车(解决水锤效用)对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于满负荷运行场合，应用软起动器(不带旁路接触器)则具有轻载节能的效果。

6 软起动设备

软起动控制设备一般由以下几部分组成：输入端断路器；软起动器；软起动器旁路接触器；二次控制电路组成。若采用PLC作控制核心还可以实现多种控制功能。如用于楼宇生活消防系统中的生活泵、室内外消防泵、喷淋泵等系统，可实现消防泵定时循检，自动保证消防管网压力，消防信号下自动起动消防泵，自动检测消防泵是否有故障，故障时自动投入备用泵。

结束语

软起动器广泛应用于供水、油田、冶金、钢铁等各个领域，随着我国经济的快速发展，用电质量要求越来越高，而传统的降压起动设备由于固有的弱点，已无法满足现代化建设的需要，所以选择电机软起动没备，是必然的发展趋势。