基于交流電動機軟啟動器技術的研究

引言

隨著計算機技術及電力電子技術的快速發展，交流電機軟啟動器已廣泛應用于工業領域中。傳統的電機起動存在較大的電流沖擊或突跳轉矩易造成電機、電氣、電網及機械設備的損害，為減少設備損害，提高系統穩定性，可選擇軟啟動器作為電機的啟停控制方式，可有效提高設備使用壽命，經濟效益明顯。

關鍵詞：軟啟動器；電機；電路

1概述

隨著工業經濟的快速發展，電動機已廣泛應用于各個行業，發揮的作用越來越大，為更好的發揮其性能和使用壽命，針對人們對轉動設備的啟動和運行以及到停止全程的平穩性、機械穩定性、工藝上的精密性要求更高，同時對設備的節能和控制要求現代化水平越來越高。因此，近年來對電動機的啟動和調速進行了深入研究并開發了電子軟啟動器和變頻器，實現了對電機啟動到停止的全過程的電壓、電流、相位和頻率的控制和調整。使啟動過程中的電機得到有效控制，特別是，變頻調速和串級調速實現了對電機運行速度根據負荷要求進行調整，實現了人們對電機軟啟動的各項要求。大大提高了其使用的安全性，減少了故障率，提高了效率。交流電動機軟啟動器是一種集電動機軟啟動、軟停止、節能運行及各種保護功能于一體的新穎啟動控制器。

2 軟啟動器原理及電路構成

2.1 軟啟動器原理

電機軟啟動器是在當前電子技術發展的基礎上設計而產生的，是一種具有先進水平的新型起動設備，可有效限制交流異步電動機起動時的起動電流，可廣泛應用于風機、水泵、輸送類及壓縮機等負載，是傳統的星/三角轉換、自耦降壓、磁控降壓等降壓設備的理想換代產品。其工作原理：電機軟啟動器（軟起動器）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，串接于電源與被控電機之間，通過控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數關系逐漸上升，實現平滑啟動，避免啟動過流跳閘，直至起動結束，電機運行于全電壓和接近或達到全速運行后，經一定延時控制，使旁路接觸器閉合，軟起動器的輸出停止，改由接觸器為電機供電，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，避免了電網諧波污染。同時，軟啟動器也具有軟停車功能，與啟動正好相反，電壓逐漸下降，轉數逐漸下降到零，避免轉矩沖擊。

2.2軟起動器電路構成

軟起動器的主電路，一般也由六只正反向并聯的單向晶閘管組成，在三相調壓電路上并聯有旁路接觸器的三組主觸點。旁路接觸器一般均由用戶外置，由控制線路控制其通斷，部分中、小功率軟起動器機型，也有裝置內部自置旁路接觸器的，外圍控制線路也相對簡化。

控制板是以單片機（或稱CPU）為核心的由模擬及數字集成電路構成的控制電路，包括CPU的基本電路、同步信號電路、輸入電壓、輸出電流檢測電路、脈沖觸發電路，控制端子（模擬、數字輸入/輸出控制信號）電路、和控制電源、操作顯示面板電路等單元電路，往往排列于1～3塊線路板上。其中控制電源電路，同步信號采樣電路和脈沖觸發電路，輸入電壓、輸出電流檢測的前級電路會安排于同一塊線路板上，這塊線路板又稱為觸發板；而其它電路和輸入電壓、輸出電流檢測的后級電路則安排于另一塊線路板上，這塊線路板又稱為CPU主板。

2.3 軟起動器的參數設置

軟起動器上電后，需對其有關參數進行設定，軟起動器主要設置參數如下：

（1）起始電壓：設定范圍30-80%，一般輕負荷設為30%，重負荷設為50%，特重負荷設為80%，具體設置根據現場設備實際情況及所帶負載息息相關。

（2）負載調節率：設定范圍50-100%，出廠值為100%，在用戶選用的軟起動額定參數不與實際電機匹配時，為了使保護功能和顯示參數的正確，應該重新設定負載調節率。

方法一：負載調節率（KT）=

方法二：負載調節率（KT）=

如當電機功率為160KW，軟啟動的功率為200KW，其負載調節率就是80%（160/200）。

（3） 起動時升壓時間：上升時間設定范圍0-100S，具體設置根據現場實際情況及個人經驗設置。

（4）限制倍數：設定范圍150%-500%，出廠值250%，重載和限流模式有效。

限流倍數=

例如：電機的額定電流為320A，軟啟動的額定電流為400A，以電機2.5倍的額定電流啟動，其限流倍數就等于320X2.5/400，為200%。

（5） 停止時降壓時間：0～60s，0為自由停車。軟起動器在得到停止信號后，按照設定的降壓時間，輸出端由設定的級落電壓（100%～30%的電源電壓）降至初始電壓，然后即刻降到零電壓。

3 軟啟動器功能特點

傳統電機起動方式屬于有級減壓起動，存在明顯的缺陷，有二次沖擊電流，對電網沖擊較大，嚴重影響相關設備運行。軟啟動器的功能特點：

（1）過載保護功能：軟起動器引進了電流控制環，達到使電機恒流，平滑，減小對電網沖擊，因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。通過增加過載電流的設定和反時限控制模式，實現了過載保護功能，使電機過載時，關斷晶閘管并發出報警信號，起動過程中保持恒流，確保電機平穩起動。。

（2）缺相保護功能：工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發生斷流，即可做出缺相保護反應。

（3）無沖擊電流。軟起動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電（4）機起動電流從零線性上升至設定值，幾乎不引起二次沖擊電流。測量回路參數功能：電動機工作時，軟啟動器內的檢測器一直監視著電動機運行狀態，并將監測到的參數送給CPU進行處理，CPU將監測參數進行分析、存儲、顯示。因此電動機軟起動器還具有測量回路參數的功能。

（5）軟啟動器參數便于調整，控制結構簡單，可靠性高，可根據現場負載情況及電網要求可自由地無級調整至最佳的起動電流，與固定電抗器比起動快，起動過程平穩。工業領域中一般是連續性生產，軟啟動器可避免或減少設備事故生及停機時間。

參考文獻

[1]李林鴻.交流異步電動機模糊自適應軟起動控制的研究[D].遼寧工程技術大學，2011.

[2]賈志斌.機械電子式軟起動裝置控制系統的研究[D].太原理工大學，2003.

[3]焦志剛.交流異步電動機軟起動器的研究[D].蘇州大學，2006.

[4]高越農.閻文金.幾種高壓軟起動裝置[J].自動化博覽，2005（02）.

（作者單位：兗礦新疆煤化工有限公司）