軟啟動(dòng)器

 

原則上，籠型異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場合都可適用。

 

目前的應(yīng)用范圍是交流380V（也可660V/1140V），電機(jī)功率從幾千瓦到800KW。

 

軟啟動(dòng)器特別適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車的場合。

 

同樣對于變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場合，應(yīng)用軟起動(dòng)器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果。

 

電機(jī)軟啟動(dòng)器一般以大功率雙向晶閘管構(gòu)成三相交流調(diào)壓電路，以微處理器及信號采集、保護(hù)環(huán)節(jié)構(gòu)成控制器，通過控制晶閘管的觸發(fā)角，調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無觸點(diǎn)降壓軟啟動(dòng)、軟停車和空載、輕載的節(jié)能及保護(hù)功能。為此，通過對軟啟動(dòng)方式與傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式進(jìn)行比較，來分析軟啟動(dòng)器的特性。

 

軟啟動(dòng)和一般降壓啟動(dòng)的區(qū)別

 

在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，降低加到電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓可以減小電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。一般降壓啟動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中加在電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓變化是瞬間突變的，主要有“Y—△”降壓啟動(dòng)和自藕變壓器降壓啟動(dòng)等;而軟啟動(dòng)是使用調(diào)壓裝置在規(guī)定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，自動(dòng)地將啟動(dòng)電壓連續(xù)、平滑地上升，直到達(dá)到額定電壓。

若采用一般降壓啟動(dòng)，則啟動(dòng)過程是跳躍的、不平滑的，所以又叫作硬啟動(dòng)，對生產(chǎn)工藝要求穩(wěn)啟動(dòng)的場合不宜采用。而軟啟動(dòng)從初始電壓開始電壓連續(xù)平穩(wěn)地增大，在啟動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是平滑的而不是跳躍的，啟動(dòng)過程是平穩(wěn)的，所以叫軟啟動(dòng)。

 

軟啟動(dòng)器工作原理是當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，由電子電路控制晶閘管的導(dǎo)通角使電機(jī)的端電壓以設(shè)定的速度逐漸升高，一直升到全電壓，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)無沖擊啟動(dòng)到控制電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的過程。當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成并達(dá)到額定電壓時(shí)，使三相旁路接觸器閉合，電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行。

 

如果是輕載，則在正常運(yùn)行時(shí)，也保持所需的較低端電壓，使電機(jī)的功率因數(shù)升高，效率增大。在電機(jī)停機(jī)時(shí)，也通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)端電壓慢慢降低至0，從而實(shí)現(xiàn)軟停機(jī)。

 

軟啟動(dòng)的特性

 

(1) 啟動(dòng)電流以一定的斜率上升至設(shè)定值，對電網(wǎng)無沖擊。

 

(2) 啟動(dòng)過程中引入電流負(fù)反饋，啟動(dòng)電流上升至設(shè)定值后，使電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)。

 

(3) 不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。由于軟啟動(dòng)以電流為設(shè)定值，電網(wǎng)電壓上下波動(dòng)時(shí)，通過增減晶閘管的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓，仍可維持啟動(dòng)電流恒值，保證電機(jī)正常啟動(dòng)。

 

(4) 針對不同負(fù)載對電機(jī)的要求，可以無級調(diào)整啟動(dòng)電流設(shè)定值，改變電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)最佳啟動(dòng)時(shí)間控制。

 

電機(jī)各種啟動(dòng)方式的對比

 

因異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、維修方便、運(yùn)行效率較高及工作特性好等優(yōu)點(diǎn)，在電力拖動(dòng)平臺上廣泛使用。但是，它有啟動(dòng)電流大的缺點(diǎn)(一般啟動(dòng)電流為額定電流的4～7 倍，部分國產(chǎn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流經(jīng)過實(shí)際測量高達(dá)額定電流的8～12 倍)。

過大的啟動(dòng)電流對電動(dòng)機(jī)本身和電網(wǎng)以及其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行會(huì)造成不利影響，會(huì)在電動(dòng)機(jī)軸上產(chǎn)生瞬時(shí)的過大轉(zhuǎn)矩(可達(dá)電機(jī)滿載轉(zhuǎn)矩的1.6～2.0 倍)，扭曲電機(jī)軸、破壞鍵槽、損壞和軸聯(lián)接的其他設(shè)備，使電機(jī)發(fā)熱影響其壽命，供電線路電壓損失增大，可能使并聯(lián)于同一供電線路上的其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行遭到破壞。

 

國家有關(guān)部門早有明確規(guī)定，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電網(wǎng)電壓降不能超過15%。對于容量較大的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采取措施降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流。通常異步電動(dòng)機(jī)總是在全電壓下運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)從空載到滿載，磁場幾乎不變。因此，磁化電流在所有負(fù)載下近似地相同。

 

通過比較異步電動(dòng)機(jī)的各種啟動(dòng)方式：

 

當(dāng)電機(jī)全壓啟動(dòng)時(shí)，對電網(wǎng)的沖擊最大，沖擊時(shí)間也最長;而通常使用的降壓啟動(dòng)也就是硬啟動(dòng)，對電網(wǎng)的沖擊雖比較小，但是由于涉及到一個(gè)線圈電壓切換過程，所以出現(xiàn)二次沖擊的不利環(huán)節(jié);

 

軟啟動(dòng)由于在啟動(dòng)前設(shè)定了一個(gè)不對電網(wǎng)產(chǎn)生影響的啟動(dòng)電流，電流是緩慢增大至設(shè)定電流，故無沖擊電流，對電網(wǎng)的影響最小，并且能消除啟動(dòng)力矩的沖擊。

 

 

運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟起動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓，即為軟起動(dòng)。根據(jù)不同行業(yè)的需求不同，對軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)方式也有不同的要求，一般有以下幾種方式：

 

1、斜坡升壓軟起動(dòng)

 

這種起動(dòng)方式最簡單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點(diǎn)是，由于不限流，在電機(jī)起動(dòng)過程中，有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網(wǎng)影響較大，實(shí)際很少應(yīng)用。

 

2、階躍起動(dòng)

 

開機(jī)，即以最短時(shí)間，使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，即為階躍起動(dòng)。通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速起動(dòng)效果。

 

3、斜坡恒流軟起動(dòng)

 

這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定，直至起動(dòng)完畢。該起動(dòng)方式是應(yīng)用最多的起動(dòng)方式，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的起動(dòng)。

 

4、脈沖沖擊起動(dòng)

 

在起動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)，以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，連入恒流起動(dòng)。該起動(dòng)方法，在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場合。

 

5、電壓雙斜坡起動(dòng)

 

在起動(dòng)過程中，電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加，在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓Us，Us根據(jù)負(fù)載可調(diào)，將Us調(diào)到大于負(fù)載靜磨擦力矩，當(dāng)輸出電壓達(dá)到達(dá)速電壓Ur時(shí)，電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。軟起動(dòng)器在起動(dòng)過程中自動(dòng)檢測達(dá)速電壓，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使輸出電壓達(dá)到額定電壓。

 

6、限流起動(dòng)

 

限流起動(dòng)就是電機(jī)的起動(dòng)過程中限制其起動(dòng)電流不超過某一設(shè)定值的軟起動(dòng)方式。輸出電壓從零開始迅速增長，直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后保持輸出電流I這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整。

 

 

啟動(dòng)器（軟起動(dòng)器）是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的電機(jī)控制裝置。軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。

 

這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)， 晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。

 

待電 機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動(dòng)器 的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。

 

 

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