軟啟動器啟動過流跳閘原因分析

劉藝

（江西新余鋼鐵集團公司第一設備檢修廠，江西新余338000）

軟啟動器啟動過流跳閘原因分析

劉藝

（江西新余鋼鐵集團公司第一設備檢修廠，江西新余338000）

采用一拖一智能軟起動器降壓啟動方式用于啟動3臺水泵電機，出現軟啟動器上電待機時，軟啟動器負荷側出現較大感應電壓，啟動水泵時，空器開關速斷跳閘，分析跳閘原并給出處理方法。

軟啟動器；感應電壓；跳閘故障

0 引言

三相異步電機在直接啟動時會產生很大的啟動電流，隨不同的負載和電機配置，啟動電流能達到額定運行電流的4～7倍，有些甚至達到十余倍。如此大的啟動電流會對電網產生很大的沖擊，也會影響設備的壽命，同時供電電源峰值的增加更導致額外的輸配電投資。采用智能軟啟動器啟動電機，可以控制和減少啟動電流，避免以上不良影響。

1 智能軟啟動器原理簡介

智能軟啟動器由3組晶閘管模塊構成，每組模塊由兩個反向并聯的晶閘管組成。電網進線分別接到3組晶閘管模塊的L1，L2，L3上，電機接至3組晶閘管模塊的輸出端T1，T2，T3上（圖1）。

控制模塊采集電網和電機的供電信號，并將信號送至處理器，由處理器經過計算、判斷，再將指令送至功率組件，控制晶閘管的導通與關閉，從而控制電機電壓。根據三相異步電機啟動時電流公式（1）。

圖1 軟啟動器原理圖

式中U1——定子繞組啟動電壓

R1——定子繞組電阻

R2＇——轉子繞組電阻的折算值

Xσ1——定子繞組漏電抗

Xσ2＇——轉子繞組漏電抗的折算值

降低啟動電壓可以降低啟動電流，從而減少啟動過程中對電機產生的熱沖擊，降低啟動沖擊電流對電網造成的壓降影響。根據三相異步電機啟動轉矩公式，見式（2）。

式中Tst——啟動轉矩

P——電機極對數

U1——啟動電壓

f1——定子頻率

從公式（2）可以看出，啟動轉矩和啟動電壓U1的平方成正比，因此在降壓啟動中，啟動轉矩會迅速減小。智能功能軟啟動器，通過晶閘管的通斷控制啟動電壓和啟動電流，見表達式（3）和（4）。

式中m——導通m個周期

n——關斷n個周期

使得啟動轉矩和啟動電流按相同比例減小。在保證啟動轉矩的前提下，同時限制啟動電流，可以很好地解決三相異步電機啟動的沖擊問題。

2 故障現象

3臺水泵軟起裝置，曾相繼出現啟動時400 A空氣開關跳閘故障。起初認為空氣開關故障，但更換空開后故障依舊。后經仔細排查，發現智能軟啟動器上電待機過程中，啟動器負荷端有電荷累積的現象，存在感應電壓。感應電壓隨待機時間的延長，逐漸由0升高至170 V左右。斷開電源側空氣開關后，負荷端感應電壓消失，排除了外部干擾原因產生感應電壓的現象。通過分時測量2#和3#水泵，得到感應電壓逐漸升高的數據。

從圖2可以看出，經過40 h，感應電壓升高至穩定值。此時，將2#水泵停電，測量智能軟啟動器每組功率組件上下兩端的電阻值，對比全新智能軟啟動器備件的電阻值，得圖3結果。

從圖3可以看出，3組功率組件的阻值發生了較大的變化，而且產生了3相阻值的不平衡。

對2#水泵進行停電處理，每隔2 h對2#水泵智能軟啟動器進行上電待機測量，測得2#水泵軟起負荷側感應電壓數據見圖4。

從圖4可以看出，感應電壓隨停電時間的延長而衰減。停電約8 h左右，感應電壓將會從峰值降到接近0。

3 原因分析

從以上數據得知，軟啟動器啟動水泵時，空氣開關過流跳閘的現象，是由于軟啟動器上電待機時，負荷端T1，T2，T3存在感應電壓所致。

負荷端T1，T2，T3有感應電壓時，單項交流調壓等效電路如圖5所示。由于晶閘管的導通角小，電流斷續，而負載回路中的電阻又很小，故輸出同樣的平均電流，峰值電流大，因而電流有效值將比平均值大許多倍，從而導致起動電流的瞬時值激增至空氣開關短過流跳閘值，從而導致故障的發生。

對于軟啟動器上電待機時，負荷端存在感應電壓的現象，根據軟啟動器標準接線圖（圖6）可知，在智能軟啟動器上電待機狀態時，QF閉合，軟啟動器源側接通電網，功率組件（反向并聯晶閘管）兩端承受AC 220 V左右的電壓。

晶閘管在只加電不工作的情況下（待機狀態），由于半導體的特性會產生漏電流，使得軟啟動器負荷端帶電。但正常情況下漏電流很小，積攢的感應電壓平均在AC 1.3 V左右。這幾臺智能軟啟動器的晶閘管經返廠檢測，晶閘管的動態阻值在長期帶電運行后發生變化，導致晶閘管在關斷狀態時，關斷漏電流的能力下降，從而使軟啟動器在上電待機狀態時，負荷端存在過高的感應電壓。

圖2 2#、3#水泵感應電壓逐漸升高趨勢

圖3 2#、3#水泵功率組件阻值變化

4 解決方案

將軟啟動器返廠更換晶閘管，然后安裝，啟動水泵，啟動過程正常，故障排除。斷電測量其功率組件阻值為0.61 MΩ，上電測量其待機狀態負荷側感應電壓為AC 1.3 V，符合正常狀態值范圍。

由于晶閘管的半導體“軟”關斷特性，即可關斷電流（少量漏電流通過）不可關斷感應電壓，無法像開關、接觸器一類的電氣元件做到完全關斷漏電流、感應電壓，所以使軟啟負荷側在上電待機狀態下存在感應電壓。而長期的上電待機，使功率組件（反向并聯晶閘管）在關斷狀態長期處于AC 220 V電壓下，從而導致晶閘管動態阻值變化，使得負荷側感應電壓升高。由此可見，在不排除晶閘管自身性能原因的前提下，軟啟動器上電待機狀態時，源側長期帶電，是造成負荷側產生較高感應電壓的因素之一。

在智能軟啟動器源側與電網之間加入三相接觸器，啟動電機時接觸器吸合，電機停止后延時斷開。用接觸器來關斷漏電流、感應電壓，使得軟啟動器在上電待機狀態下源側不得電，可解決因感應電壓造成軟啟啟動時，源側空氣開關過流跳閘的故障。

〔編輯 利文〕

圖5 帶感應電壓的單項交流調壓等效圖

圖6 軟啟動器標準接線圖

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.20

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