三相異步電機的軟啟動及回路設計

文翔

摘? ? 要：軟啟動器是目前性能比較好的電動機啟動控制設備，本文簡要介紹了電機軟起動的方式、特點以及設計注意事項。

關鍵詞：電動機;軟啟動;啟動電流;啟動轉矩

1? 軟啟動概念

電壓由零慢慢提升到額定電壓，電機在啟動過程中的啟動電流可以控制并且可根據需要進行調節，同時電機啟動的全過程避免沖擊轉矩而平滑的啟動運行，這就是軟啟動。

2? 電動機啟動方式現狀

電機全壓啟動時過高的啟動電流會造成電網沖擊，給電網造成過大的電壓降;。過大的轉矩沖擊將造成機械應力沖擊，影響電機本身及其拖動設備的使用壽命。因此，通常總是力求在較小的啟動電流下得到足夠大的啟動轉矩，為此就要選擇合適的啟動方法。

對三相鼠籠式異步電動機的啟動電流的限制，通常有定子串接電阻啟動、Y-△啟動、自藕變壓器降壓啟動、延邊三角形啟動。而對繞線式交流電動機，常采用轉子串接頻敏變阻器啟動、轉子串電阻分級啟動。這些傳統的啟動方法在負載工況、負載電壓等級、自身經濟性及結構性等方面存在一定制約。

隨著電力技術的不斷發展，利用晶閘管交流調壓技術制作的軟啟動器，以及采用微控制器代替模擬控制電路發展而來的電子軟啟動器在工業領域得到越來越廣泛的應用。

3? 軟啟動的特點

電子軟啟動器相對于傳統的啟動方式，其突出的優點體現在：

（1）電力半導體開關可以實現無級調節，能夠連續穩定調節電機的啟動。

（2）沖擊轉矩和沖擊電流小。軟啟動器在啟動電機時，是通過逐漸增大晶閘管的導通角，使電機啟動電流限制在設定值以內，因而沖擊電流小，可控制轉矩平滑上升，保護傳動機械、設備和人員。

（3）軟啟動器可以引入電流閉環控制，使電機在啟動過程中保持恒流，確保電機平穩啟動。

（4）根據負載情況及電網繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的啟動電流，節省電能。

（5）由于采用微機控制，可在啟動前對主回路進行故障診斷，且數字化的控制具有較穩定的靜態特性，不易受溫度、電源電壓及時間變化等因素的影響，因此提高了系統的可靠性，有助于系統維護。

（6）軟啟動器能實現計算機通訊控制，為自動化控制打下良好的基礎。

4? 軟啟動的啟動方式

軟啟動一般有下面幾種啟動方式：

（1）斜坡升壓軟啟動：這種啟動方式最簡單，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。其缺點是在電機啟動過程中不限流，可能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：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，直至啟動完畢。啟動過程中，電流上升變化的速率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。該啟動方式適用于風機、泵類負載的啟動。

（3）階躍啟動：即以最短時間使啟動電流迅速達到設定值。通過調節啟動電流設定值，可以達到快速啟動效果。

（4）脈沖沖擊啟動：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，連入恒流啟動。該啟動方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動場合。

5? 低壓軟啟動回路的設計

5.1? 軟啟動器

軟啟動器是一種集軟啟動、軟停車、輕載節能和多功能保護于一體的電機控制裝備，實現在整個啟動過程中無沖擊而平滑的啟動電機，可根據電動機負載的特性來調節啟動過程中的各種參數，如限流值、啟動時間等。軟啟動器用于電機啟動，啟動過程結束，軟啟動裝置退出，所以軟啟動器一般是短期工作制。

5.2? 軟啟動器選型

除了技術、性能、價格比較外，還要考慮設備現場的電網容量、設備啟動負荷輕重、啟動頻繁程度等具體條件。對于水泵類啟動負載較輕的設備，可選擇功能簡單、價格較低、操作方便的軟啟動器，這類設備根據電動機額定功率，選用樣本規定的相同容量的軟啟動器就能滿足需要。對于大型風機、破碎機等啟動負荷比較重的設備，應該選用啟動功能比較多、有限流啟動功能、自身保護比較齊全的軟啟動器。尤其功率比較大的設備（160kW及以上），最好選用啟動功能比較全的高性能軟啟動器。

5.3? 隔離器和熔斷器選擇

軟啟動柜中的隔離電器，可以選用隔離開關也可以選用具有隔離功能的塑殼斷路器。如需達到1型協調配合要求，可選用電動機保護用斷路器或塑殼斷路器，如需達到2型協調配合要求，即短路條件下不對人及設備產生危害且能夠繼續使用，則需要選用快速熔斷器。

5.4? 旁路接觸器的選擇

軟啟動結束時電動機已在額定電壓上運行，所以按電動機的額定電流選用交流接觸器就能滿足要求。要注意的是在配柜接線時，做到軟啟動器與接觸器同相連接，不要接錯相序。

5.5? 過負荷保護裝置的選擇

軟啟動裝置的過負荷保護裝置應該選用具有過載保護、斷相保護和溫度補償功能的熱過載繼電器。具體選用時，要使電動機的工作電流在熱元件整定電流范圍以內。工作時容易過載的設備，要使電動機的額定電流值靠近熱元件整定電流范圍的下限。

5.6? 變壓器負載能力及保護整定值校驗

在軟啟動裝置選用時除注意上述要求外，還要注意為設備供電的變壓器的負載能力。如果事前變壓器已接近滿載，要慎重選用軟啟動設備。尤其是要增設功率比較大的設備時，更要核對校驗變壓器的荷載能力和保護的整定值。

增加軟啟動設備后，變壓器二次側斷路器的短路短延時脫扣器的整定值Ir2為：

計算出的Ir2應小于變壓器二次側斷路器現在的實際短路短延時脫扣器的整定值;否則，在新增加設備啟動時，變壓器二次側斷路器要分斷跳閘。造成軟啟動器選用失敗。

6? 二次控制回路設計

軟啟動的二次控制回路的設計與常規電機控制最大的區別在于要弄清楚軟啟動器本身的工作原理，然后將軟啟動器的內部接線與二次回路的接線相結合，充分利用軟啟動器本身的保護功能。需要特別注意兩點：軟啟動器是否自帶旁路接觸器;啟動結束后軟啟動的保護功能是否隨軟啟動器的切除而繼續有效。這兩點對于二次控制回路的設計及一次保護回路的配置都有著重要影響。

7? 結束語

軟啟動器具有啟動轉矩大、可調節、啟動時間短、有軟停機功能、元件少維修量小等優點，是性能比較好的電動機啟動控制設備。但需要指出的是：科技進步帶來的產品更新換代是一個趨勢，軟啟動器作為填補星-三角啟動器和變頻器在功能實用性和價格之間的鴻溝而研發的產品，隨著變頻器產品的升級換代以及成本的逐漸下降，將逐漸被變頻器所替代。

參考文獻：

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