淺析電動機軟啟動技術

徐 凱

（深圳媽灣電力有限公司檢修部，廣東 深圳 518000）

引言

通常電動機的啟動方式有兩種：一種是在額定電壓下的直接啟動，又被稱為硬啟動；另一種是降低電機的啟動電壓或電流的起動，也被稱為軟啟動。為了減少對電網的沖擊，中、大功率的電動機一般都不允許直接啟動。

降壓起動先后經過了兩個發展階段，一是采用“Y一△”接線起動和自藕降壓啟動器，二是引進電力電子技術，用軟啟動器、變頻器等設備啟動電機。第二種方式能從零開始，線性平滑地增加電壓，不但減少了對電網的沖擊，也減少了對電機的沖擊。

一、電力電子軟啟動器的原理和性能

交流電源每相由兩支SCR反并聯連接在線路中，通過SCR導通角的改變，從而改變軟啟動器輸出三相電壓(u，V，w)的大小，而其頻率仍為5O Hz。它是接在三相交流電源與三相交流電動機之間的電力電子裝置。

2.電機電力電子軟啟動的技術性能主要包括：一是根據電機的硬性特性的要求，可分別獨立設定電機的軟啟動、軟停機時間；二是實現運行過程中的功率因數自動追蹤調節功能，使cosФoc1，sinqФoc0；三是適用主回路電壓：三相220—6 900 VAC 50/60H2自動選擇相序自動檢測；四是一次系統的電壓和電流及功率因數的控制是采用數字脈沖，二次控制系統為集成數字控制設備，耗電低 。

3.電機電力電子軟啟動的起動方式：根據電機不同負載的要求電子軟啟動器一般都具備以下三種起動方式：電壓控制啟動方式、限流啟動方式、轉矩加脈沖突跳啟動方式。

4.電機電子軟啟動系統運行方式分為：節能運行方式、全壓運行方式、接觸器旁路運行方式。

二、變頻技術與電機的軟啟動

1.變頻調速技術是在電機供電電源與電機定子間加入一個可改變電機供電電源頻率的變流裝置，將5OHz工頻交流電源變為頻率、電壓可調的交流電源，通過變頻器改變輸出的交流電的頻率的改變實現對電機旋轉磁場的頻率進行調整，實現調整電機的轉數和轉矩。從理論上講，變頻技術可以根據需要實現使電機從0轉速一直到任意轉速(達到同步轉速)，具有良好的控制電機實現軟啟動的功能 。

2.變頻器的設計是為了調整控制變頻器的輸出功率來控制電機的輸出功率，使其與負荷要求相匹配，達到合理控制電機功率輸出，減少能源消耗的目的。變頻器主要是用于調整電機頻率的節能設備，不是用于電機軟啟動的最佳設備。

3.另外由于通過變頻器的功率，是供給電機的全部功率，該設備所承受的電壓是電機所承受的電網電壓，這就帶來幾個方面的問題：一是變頻器自身裝置龐大、復雜，造價高，維護費用很高；二是產生的對電網的諧波及對電機的諧波大，所以需要加入各種抑制諧波的裝置；三是自身功耗大，運行條件苛刻，須加防塵及散熱設施，增加了電耗和運行維護量。

煤礦高溫的危害主要是降低勞動者的勞動效率，致使勞動者意志恍惚，從而造成煤礦人為事故。眾所周知，人處于高溫環境中會感覺不適，易煩躁。在高溫環境中工作易發生中暑現象，嚴重威脅煤礦工人的安全。隨著煤礦工人勞動效率的下降，致使煤礦的掘進工作放慢，造成接替紊亂，不能有效地保證煤礦的安全、高效開釆，給煤礦企業帶來嚴重的經濟損失。

4.從技術上講，通過改變電機電源的頻率來改變電機的轉數和轉矩，實現電機軟啟動，是電機軟啟動技術的一個革命，也是今后的發展方向。

三、串級調速技術與電機的軟啟動

1.串級調速技術是用于繞線式電機十分經典的電機調速方法，是通過串在電機轉子回路中的調速裝置控制電機的轉子電流，從而改變電機的轉差率進行調節電機的轉速和轉矩，具有實現電機的節能控制和軟啟動的技術優勢 。

2.串級調速具有以控制低電壓進而控制高壓電機，以控制小功率進而控制大功率電機，且系統具有結構簡單，節電率高、造價低等特點.與變頻器相比：一是變流裝置(串級調速裝置)中的電力半導體器件承壓僅為幾百伏，最高不超過1.5kV，比變頻器低得多；二是變流裝置控制功率僅為電機額定功率的15%左右，自身功耗不到電機額定功率的l% ；節電率比變頻高出2—5個百分點；四是一般無須加濾波裝置，系統結構簡單，控制容易，本身造價低，維護簡單，費用少。

3.由于大多數泵、風機類需要低同步轉速調速(由額定轉速下調)的應用特別適合.特別對高壓大容量電機更有技術實現容易和經濟性好的優勢。

4.串級調速技術主要是針對繞線式電機，因為繞線式電機有滑環、碳刷的維護工作，在應用上與鼠籠式電機相比要受到一定的限制，但相比變頻器的空調防塵及裝置等的維護量要小，總的建設費用和維護費用要低于變頻器本身的價格。隨著串級調速技術的應用和進一步推廣，串級調速綜合技術經濟優勢將會逐漸顯露出來。

四：電子軟起動器起動電機的一個實例

對于一個負荷，它的電阻值一定，加低電壓時，通過的電流較小；加高電壓時，通過的電流較大。我廠選用的是ABB軟啟動器。在其控制面板上有要設定三個參數：詳見圖2圖3圖4

設定啟動曲線開始電壓水平以及停止曲線

圖2

圖3

圖2設定啟動時電壓提升的時間，即從初始電壓提升到額定電壓所需的時間。可調范圍為1-30秒。

圖3設定停止時電壓下降的時間，即從額定電壓下降到初始電壓所需的時間。可調范圍為1-30秒。終止電壓水平。

圖4

我廠的軟啟動電氣回路接線如下：

圖5

先合上QF1、QF2 小開關；按下HJ合閘按鈕，軟啟動開始工作，此時加在電機上的電壓為參數Ⅲ的設定電壓（一般為40%），此時電機電流也只有額定電流的40%，由電流互感器采集后將電流信號反饋到軟啟動器，由軟啟動器里的微電腦根據電流的大小決定是否向上升電壓。若電流在正常范圍內，則繼續升電壓，如此反復，會在額定的時間內加到額定電壓，完成啟動過程；若電流不正常，則電流停留至此不再上升，等參數Ⅰ設定的時間到了，自動返回輸出電壓為零，啟動失敗。

從以上啟動過程中可以看出，電流互感器的反饋是軟啟動器判斷的依據。在選用電流互感器時，一定要選擇大小合適的變比。在最近的2#機空預器改造后，按照常規選用150/2的互感器，當電壓加到70%時，就因反饋電流過大，軟啟動器拒絕上升電壓；后來選用200/1變比的互感器才能啟動空預器電機。就是因為空預器改造后第一次啟動，由于新安裝的設備磨合不好，阻力大導致啟動轉矩大，啟動電流大，如仍然選用常規的電流互感器，則會導致反饋電流大，軟啟動器拒絕繼續升電壓。事實上，在該空預器運行一段時間后，我們又換上150/2的電流互感器重新啟動，啟動過程順利。這也從一個則面證明了軟啟動器的工作機理。

實踐證明，我廠安裝的ABB公司的softstar軟啟動器是較先進的設備，目前我廠的#1#2#3#4機組的空預器電機都是采用此種方式啟動。它集成度高，體積小，控制回路接線簡單、可靠性高。相比直接啟動、前面的星三角變換啟動方式，它可非常明顯地減小啟動轉矩，平緩地改變電機的電壓，這樣對延長電機設備的使用壽命是非常有益的，具體如圖6、圖7所示：

圖6 不同啟動方法下的啟動轉

圖7 不同啟動方法下啟動時的電機電壓

六、電動機軟起動器的幾種起動方式

圖8 斜坡升壓軟起動方式

電機電力電子軟啟動的起動方式：根據電機不同負載的要求電子軟啟動器一般都具備以下三種起動方式：電壓控制啟動方式、限流啟動方式、轉矩加脈沖突跳啟動方式。

1.斜坡升壓軟起動，見圖8。這種起動方式最簡單，不具備電流閉環控制，僅調整晶閘管導通角，使之與時間成一定函數關系增加。其缺點是，由于不限流，在電機起動過程中，有時要產生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網影響較大，實際很少應用。

2.斜坡恒流軟啟動，見圖9。這種啟動方式是在電動機啟動的初始階段啟動電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的值后保持恒定(t1至 t2階段)，直至起動完畢。啟動過程中，電流上升變化的速率是可以根據電動機負載調整設定。電流上升速率大，則啟動轉矩大，啟動時間短。該啟動方式是應用最多的啟動方式，尤其適用于風機、泵類負載的起動。

3.階躍起動，見圖10.開機，即以最短時間，使啟動電流迅速達到設定值，即為階躍起動。通過調節起動電流設定值，可以達到快速起動效果。

圖9 限流起動方式

圖10 斜坡泵類控制方式

4.脈沖沖擊啟動，見圖11。在啟動開始階段，讓晶閘管在極短時間內，以較大電流導通一段時間后回落，再按原設定值線性上升，連人恒流起動。該啟動方法在一般負載中較少應用，適用于重載并需克服較大靜摩擦.啟動方式如圖2～5所示。

圖11 電壓突跳起動方式

結束語

電子軟啟動器一般都是采用16位單片機進行智能化控制，它既能保證電動機在負載要求的啟動特性下平滑起動，又能降低對電網的沖擊，同時，還能實現直接計算機通訊控制，為自動化智能控制打下良好的基礎。

通過論述，軟啟動器結構簡單，接線安裝方便，成本低，是電動機啟動與運行技術的發展趨勢。在工程應用中，可以根據電動機的啟動特性和工藝要求靈活選擇相應的啟動方式和設備，不但可以解決啟動電流大,啟動特性不理想等問題,還可以使啟動設備簡化,控制可靠性提高.在對啟動控制有一定要求的情況下,是首選的控制方案。

[1]楊永昌.淺議電動機軟啟動技術及應用[J].科技與生活，2010,18.

[2]楊群，陳大成.三相異步電動機軟啟動技術[J].現代節能，1996,02.