電動機軟起動控制器研究

王震

中國神華神東煤炭集團洗選中心大柳塔洗煤廠， 陜西 神木縣 719315

電動機軟起動控制器研究

王震

中國神華神東煤炭集團洗選中心大柳塔洗煤廠， 陜西 神木縣 719315

異步電動機以其優良的性能及無須維護的特點，在各行各業中得到廣泛的應用。然而由于其起動時要產生較大沖擊電流，同時由于起動應力較大，使負載設備的使用壽命降低。本文對電動機軟起動控制器的硬件和軟件流程等理論進行了研究。參照美AB公司SMCPLUS軟起動器，研究軟起動控制器，實現軟起動控制器降低電動機起動電流的目的。

軟啟動；控制器

1、軟啟動裝置的簡介

目前在工礦企業中使用著大量的交流異步電動機，有相當多的異步電動機及其拖動系統還處于非經濟運行的狀態，白白地浪費了大量的電能。究其原因，大致是由以下幾種情況造成的:

1.1 由于大部分電機采用直接起動方式，除了可能對電網及拖動系統造成沖擊和引發事故之外，超出正常8～10倍的起動電流會造成巨大的能量損耗；

1.2 在進行電功機容量選配時，往往片面追求大的安全余量，且層層加碼，結果使電動機容量過大，造成“大馬拉小車”的現象，導致電動機偏離最佳工況點，運行效率和功率降低；

1.3 從電動機所拖動的生產機械自身的運行經濟性考慮，往往要求電機拖動系統具有變壓、變速調節功能，若用定速定壓拖動，勢必造成大量額外電能損失。

根據以上相互矛后的要求和電網的實際情況，通常采用的啟動方式有以兩種方式:一種是在額定電壓下的直接起動方式，另一種是降壓起動方式。

三相交流異步電動機的起動轉矩Ma直接與所加電壓的二次方有關，也就是說，只要降低電機接線端子上的電壓就會影響這些值，軟起動的工作原理是通過串接于電源與被控電機之間的三相反并聯晶閘管，改變其導通角使電機的端子電壓從預定的值上升到額定電壓。通過控制開關元件的導通角進而控制電動機的工作電壓，使電動機的工作電壓按照規劃好的模式由大到小連續增加，從而使電動機的起動電流在一定范圍內變化。

對比軟起動方式和降壓起動方式，我們可以看出降壓起動時起動轉矩在起動過程中是一個固定不變的量，而且，起動轉矩下降的倍數至少要大于起動電流下降的倍數，起動轉矩下降無窮大是降壓起動的一個重要問題，而軟起動方式時，雖然在起動的瞬間起動轉矩的初始值不大，但在整個起動過程中起動轉矩不斷增加，在起動過程結束時可以達到額定轉矩。這樣軟起動就解決了在降低起動電流的時候又不使起動轉矩下降的確問題。

目前，國內應用軟起動技術的電動機軟起動控制器還沒有成熟的產品出現，國外如AB公司雖然有這種產品，但在國內市場的價格較高，不利于國內應用這種先進技術產品。所以，國內急需開發具有自主知識產權而且性能先進的電動機軟起動控制器。國內的各企業、高校和科研單位也一直在進行著軟起動系統的研制工作。己有的產品多為單一功能或少功能的系統，具有較多集成功能的產品到目前為止仍沒有出現。

2、軟啟動控制器的研究

電動機轉矩與電動機外施電壓的平方成正比。因此，只要做到能無級、平滑地調節電動機的外施電壓，即可使電動機的起動特性變軟，達到軟起動的目的。

電動機的軟起動是一種連續無級漸升壓限流起動方式，其主要思想是通過軟件控制，使電動機在起動時，定子電壓由某一初始值逐漸上升至全電壓，并在電壓上升過程中，限制起動電流的增加，以實現小電流起動，大電流運作。即軟起動是以軟件控制代替常規繼電器線路控制來滿足電動機平穩升壓起動。軟起動器是一種以實現軟起動思想為基礎，硬件以微處理器控制為核心，以無觸點可控硅為主要控制器件的交流調壓裝置，在軟件的支持下實現電動機升壓限流起動，并在電動機起動后繼續參與電動機的運行控制的器件。

根據以上原理，能夠滿足無級、平滑地調節輸出主電壓的主電路器件只有無觸點開關較為合適。目前國內外廠家生產的軟起動器，按其主電路采用的器件主要分為磁控式軟起動器和電子式軟起動器。磁控式軟起動器主要執行元件是磁放大器，采用調感調壓原理，起動時在電動機上串聯一個自飽和電抗器，使起動電流在電抗器上產生電壓降，然后再通過磁飽和逐步減小阻抗，使加在繞線端的電壓逐步上升，完成起動過程。

設計電動機軟起動控制器首先要考慮它所要完成的功能，然后根據這些功能確定它所要檢測的參量，最后設計完成這些功能的各個模塊。根據要完成的軟起動器所要實現的功能，確定軟起動控制器需要檢測、輸出的參量如下:

2.1 檢測電源電壓，用以判斷電源電壓是否為正常狀態，檢測的項目有:過壓、欠壓、斷相、逆序；

2.2 檢測電動機的工作電流，用以判斷故障情況和能量消耗、以及功率因數角的大小；

2.3 檢測開關元件的溫度和壓降，用以判斷開關元件是否正常工作；

2.4 檢測軟起動控制器的啟動命令，用以起動電動機；

2.5 檢測電動機的雙斜坡起動方式選擇信號；

2.6 輸出故障報警信號和旁路信號；

2.7 控制參數和運行參數可以設定和顯示。

在軟起動的起動過程，首先應該確定軟起動的初始起動電壓(百分比)，這個初始電壓必須滿足機械設備所需的起動轉矩；其次要確定降壓起動的時間(即調節電壓上升率)。有的產品采用“恒電流”的軟起動方式，它是通過“起動電流限制值”的整定(一般此值為額定電流的2.0～3.6倍)來完成起動過程的(軟停止過程與軟起動過程程序相反)。我們所設計的軟起動器，其基本技術性能包括:

2.7.1 初始起動電壓，一般可在10%～60%額定電壓的范圍內調整；

2.7.2 起動時間一般為0.5～30s連續可調，有的產品其可調時間可能更短或更長一些(調節軟起動時間實為調節電壓的上升率)；

2.7.3 起動電流限制值一般整定為(2.0～3.6)Ie；

2.7.4 軟停止時間一般為0.5～240s可調，相當的電壓降為100%～30%；

2.7.5 初始起動轉矩為5%～90%

軟起動器應具備過電流及速斷保護、斷線保護、品閘管等的過熱保護和進線電源逆序保護(對于不允許反轉的設備應有這種保護)。設置進線電源逆序保護的目的是當送電時，如電源相序與原要求不一致時，起動器則不能工作，同時發出報警信弓。這種保護對那些不允許反轉的設備是必不可少的。

除了上述基本功能外，還有一些附加的技術性能和保護功能，例如有的產品具有節能功能的選擇開關，它可使電動機的運行電壓調節至與實際的負載相適應，避免電動機長期處于空載或輕載狀態，從而達到改善功率因數和節能目的。有的產品還具備不平衡保護，等等。軟起動器為電力電子產品，可以很方便地與計算機系統相連接，從而可方便地實現工廠的自動化控制。

由于軟起動器仍然屬于降壓起動的范疇，因此，它的起動轉矩有所降，對需要重載起動的設備，仍然采用繞線式異步電動機較為合適。因為繞線式異步電動機可以通過外加轉子繞組阻抗的辦法，降低它的起動電流，但同時起動轉矩較大。

3、結語

本結主要介紹了軟起動器的基本原理和類型。電動機的軟起動是一種連續無級漸升壓限流起動方式，其主要思想是通過軟件控制，使電動機在起動時，定子電壓由某一初始值逐漸上升至全電壓，并在電壓上升過程中，限制起動電流的增加，以實現小電流起動，大電流工作。即軟起動是以軟件控制代替常規繼電器線路控制來滿足電動機平穩升壓起動。

[1]丁健，史中.一種基于模糊控制的新型軟起動器.電力電子技術，1998，(1):4～6

[2]周希章.電動機的起動、制動和調速.機械工業出版社，198 4:1～2

[3]劉競成.交流調速系統.上海交通大學出版社，1984:6

TM32

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.071