電機(jī)控制-軟啟動(dòng)器

印寧華|Indining China|

2024-08-08 12:23:40 872

電機(jī)軟啟動(dòng)的電壓由零慢慢提升到額定電壓，這樣電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中的啟動(dòng)電流，就由過(guò)去過(guò)載沖擊電流不可控制變成為可控制。并且可根據(jù)需要調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流的大小。電機(jī)啟動(dòng)的全過(guò)程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動(dòng)運(yùn)行。

電機(jī)軟啟動(dòng)器是采用電力電子技術(shù)，微處理技術(shù)及現(xiàn)代控制理論而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的具有當(dāng)今國(guó)際先進(jìn)水平的新型起動(dòng)設(shè)備。該產(chǎn)品能有效地限制交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流，可廣泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵、輸送類及壓縮機(jī)等負(fù)載，是傳統(tǒng)的星/三角轉(zhuǎn)換、自耦降壓、磁控降壓等降壓設(shè)備的理想換代產(chǎn)品。

簡(jiǎn)介

軟啟動(dòng)器（soft starter）是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。軟起動(dòng)器和變頻器是兩種完全不同用途的產(chǎn)品。變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟起動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并沒(méi)有改變頻率。變頻器具備所有軟起動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟起動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器是運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟啟動(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)系逐漸上升，直至啟動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓，即為軟啟動(dòng)，在軟起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。

起動(dòng)方式
軟起動(dòng)一般有下面幾種起動(dòng)方式：（1）斜坡升壓軟起動(dòng)；（2）斜坡恒流軟起動(dòng)；（3）階躍起動(dòng)；（4）脈沖沖擊起動(dòng)；

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)系逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓，即為軟起動(dòng)，軟起動(dòng)器在軟起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。軟起動(dòng)一般有下面幾種起動(dòng)方式。

斜坡升壓

這種起動(dòng)方式最簡(jiǎn)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(guò)程中，有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對(duì)電網(wǎng)影響較大，實(shí)際很少應(yīng)用。

斜坡恒流

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（t1至t2階段），直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過(guò)程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短。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)。

階躍起動(dòng)

開(kāi)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(guò)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。

脈沖沖擊起動(dòng)

在起動(dòng)開(kāi)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(chǎng)合。軟起動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式的不同之處在哪里？籠型電機(jī)傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式有Y-q 起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、電抗器起動(dòng)等。這些起動(dòng)方式都屬于有級(jí)減壓起動(dòng)，存在明顯缺點(diǎn)，即起動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)二次沖擊電流。軟起動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式的不同之處是：（1）無(wú)沖擊電流。軟起動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí)，通過(guò)逐漸增大晶閘管導(dǎo)通角，使電機(jī)起動(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值。（2）恒流起動(dòng)。軟起動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中保持恒流，確保電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)。（3）根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流。適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合，比如風(fēng)機(jī)。

電壓雙斜坡

在起動(dòng)過(guò)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，使負(fù)載能立即開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輸出電壓從Us開(kāi)始按一定的斜率上升(斜率可調(diào))，電機(jī)不斷加速。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(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)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。

限流起動(dòng)

就是電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中限制其起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值(Im)的軟起動(dòng)方式。其輸出電壓從零開(kāi)始迅速增長(zhǎng)，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。對(duì)電網(wǎng)影響小，其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間。

工作原理

完整的QB-H系列軟起動(dòng)裝置是由一臺(tái)軟起動(dòng)柜和一臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)柜組成。高壓開(kāi)關(guān)柜部分包括：高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、高壓熔斷器、電壓互感器等;軟起動(dòng)柜部分包括：晶閘管組件、高壓真空接觸器、過(guò)壓保護(hù)器、電壓互感器、電流互感器、電流變換器以及由DSP和光纖組成的控制系統(tǒng)。

電機(jī)軟啟器采用三相反并聯(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(guò)流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)過(guò)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(zhǎng)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。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過(guò)程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)速逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

傳統(tǒng)區(qū)別
無(wú)沖擊電流
軟啟動(dòng)器在起動(dòng)電機(jī)時(shí)，通過(guò)逐漸增大晶閘管導(dǎo)通角，使電機(jī)起動(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值。對(duì)電機(jī)無(wú)沖擊，提高了供電可靠性，平穩(wěn)起動(dòng)，減少對(duì)負(fù)載機(jī)械的沖擊轉(zhuǎn)矩，延長(zhǎng)機(jī)器使用壽命。

有軟停車功能

即平滑減速，逐漸停機(jī)，它可以克服瞬間斷電停機(jī)的弊病，減輕對(duì)重載機(jī)械的沖擊，避免高程供水系統(tǒng)的水錘效應(yīng)，減少設(shè)備損壞。

起動(dòng)參數(shù)可調(diào)

根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流。

大型電機(jī)
當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，大型企業(yè)和大型裝備越來(lái)越多，大型電機(jī)（5000kW～60000kW）的應(yīng)用越來(lái)越多，大型電機(jī)的起動(dòng)方法也越來(lái)越受到人們的重視。

社會(huì)發(fā)展是有階段性的。在不同階段，人們的生產(chǎn)手段、生產(chǎn)工具和生活用品都有很大的不同。上世紀(jì)80～90年代，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力尚較薄弱，當(dāng)時(shí)的小水泥和小鋼鐵發(fā)展很快，1000kW～4000kW電機(jī)的應(yīng)用增長(zhǎng)很快，與當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)相適應(yīng)的液態(tài)起動(dòng)裝置出現(xiàn)，它經(jīng)濟(jì)實(shí)用，解決了電機(jī)起動(dòng)中的一些問(wèn)題。對(duì)當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了一定的作用。到世紀(jì)之交時(shí)期，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力已有較大的發(fā)展，生產(chǎn)手段和生產(chǎn)工具亦有了較大發(fā)展，電機(jī)容量也有了很大增長(zhǎng)，人們開(kāi)始不滿足液態(tài)起動(dòng)裝置的低性能，于是晶閘管串聯(lián)式（固態(tài)）軟起動(dòng)裝置的應(yīng)用開(kāi)始增加，繼而又出現(xiàn)了開(kāi)關(guān)變壓器式軟起動(dòng)裝置和磁飽和電抗器式（磁控）起動(dòng)裝置，變頻裝置用于電機(jī)軟起動(dòng)的情況也越來(lái)越多，當(dāng)前這四種產(chǎn)品是大型電機(jī)起動(dòng)市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，液態(tài)起動(dòng)裝置則應(yīng)用在小型（5000kW以下）電機(jī)上較多。另外，兩種老式起動(dòng)方法（自耦變壓器和變壓器-電動(dòng)機(jī)組）也常常出現(xiàn)在20000kW以下電機(jī)的起動(dòng)上。

大型電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備一般都是企業(yè)的核心設(shè)備，直接影響企業(yè)的生產(chǎn)狀況，因此人們應(yīng)該對(duì)其起動(dòng)給予特別的關(guān)注，合理的選擇起動(dòng)裝置將給企業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益。但是電機(jī)起動(dòng)技術(shù)畢竟不是一個(gè)企業(yè)的核心技術(shù)，許多企業(yè)的電氣工作者很少有時(shí)間來(lái)研究各種起動(dòng)方法之間的差別，往往會(huì)造成不恰當(dāng)?shù)倪x擇，有時(shí)甚至不得不做出第二次選擇，給企業(yè)造成不應(yīng)有的損失。因此，如實(shí)地說(shuō)明各種起動(dòng)方法的性能及其差別是非常重要的。

電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)的危害性及軟起動(dòng)好處
⒈ 引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，影響同電網(wǎng)其它設(shè)備的運(yùn)行
交流電動(dòng)機(jī)在全壓直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的4~7倍，當(dāng)電機(jī)的容量相對(duì)較大時(shí)，該起動(dòng)電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓的急劇下降，影響同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運(yùn)行。軟起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流一般為額定電流的2~3倍，電網(wǎng)電壓波動(dòng)率一般在10%以內(nèi)，對(duì)其它設(shè)備的影響非常小。

⒉ 對(duì)電網(wǎng)的影響
對(duì)電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：
①超大型電機(jī)直接起動(dòng)的大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對(duì)電網(wǎng)的沖擊，常常會(huì)引發(fā)功率振蕩，使電網(wǎng)失去穩(wěn)定。
②起動(dòng)電流中含有大量的高次諧波，會(huì)與電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作、自動(dòng)控制失靈等故障。軟起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流大幅度降低，以上影響可完全免除。

⒊ 傷害電機(jī)絕緣，降低電機(jī)壽命
①大電流產(chǎn)生的焦耳熱反復(fù)作用于導(dǎo)線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。
②大電流產(chǎn)生的機(jī)械力使導(dǎo)線相互摩擦，降低絕緣壽命。
③高壓開(kāi)關(guān)合閘時(shí)觸頭的抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)在電機(jī)定子繞組上產(chǎn)生操作過(guò)電壓，有時(shí)會(huì)達(dá)到外加電壓的5倍以上，這樣高的過(guò)電壓會(huì)對(duì)電機(jī)絕緣造成極大傷害。
軟起動(dòng)時(shí)，最大電流降低一半左右，瞬間發(fā)熱量?jī)H為直起的1/4左右，絕緣壽命會(huì)大大延長(zhǎng)；軟起時(shí)電機(jī)端電壓可以從零起調(diào)，可完全免除過(guò)電壓傷害。

⒋電動(dòng)力對(duì)電機(jī)的傷害
大電流在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)造成夾緊松動(dòng)、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。軟起動(dòng)時(shí)，由于最大電流小，則沖擊力大大減輕。

⒌ 對(duì)機(jī)械設(shè)備的傷害
全壓直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機(jī)械設(shè)備上，會(huì)加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風(fēng)葉疲勞甚至折斷風(fēng)葉等等。

軟起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩不會(huì)超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩，上述弊端可以完全克服。當(dāng)采用減壓起動(dòng)時(shí)，上述危害只有一定程度的降低；當(dāng)采用軟起動(dòng)時(shí)，上述危害幾乎完全消失；獨(dú)立變壓器供電方式直接起動(dòng)只能在電網(wǎng)電壓波動(dòng)方面有所緩解，而其它方面的危害都照樣存在。

超大型電動(dòng)機(jī)的價(jià)值都很高，在生產(chǎn)中也都起著核心作用。它的一點(diǎn)故障便會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)它采用完善的保護(hù)是非常必要的。比如說(shuō)對(duì)一臺(tái)電機(jī)我們不能指望它的各處絕緣都是完全一致的，可能在某一點(diǎn)就有個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，出廠試驗(yàn)時(shí)它能通過(guò)，但在長(zhǎng)時(shí)間的沖擊下這個(gè)薄弱環(huán)節(jié)會(huì)逐漸首先顯露出來(lái)，使其壽命縮短。如果我們采取軟起動(dòng)，則可以大大延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命，這兩種方案哪一個(gè)合算呢？這是顯而易見(jiàn)的。

節(jié)能
節(jié)能運(yùn)行模式：輕載時(shí)降低電壓減少了激磁電流，電機(jī)電流分為有功分量和無(wú)功分量（激磁分量）提高COS∮。節(jié)能運(yùn)行模式：當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載輕時(shí)，軟啟動(dòng)器在選擇節(jié)能功能的狀態(tài)下，PF開(kāi)關(guān)熱撥至Y位，在電流反饋的作用下，軟啟動(dòng)器自動(dòng)降低電動(dòng)機(jī)電壓。減少了電動(dòng)機(jī)電流的勵(lì)磁分量。從而提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)（COS∮）。（國(guó)產(chǎn)軟啟動(dòng)器多無(wú)此功能）在接觸器旁路狀態(tài)下無(wú)法實(shí)現(xiàn)此功能。TPF開(kāi)關(guān)提供了節(jié)能功能的兩種反應(yīng)時(shí)間；正常、慢速。節(jié)能運(yùn)行模式：自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行。（正常、慢速兩種反應(yīng)速度）空載節(jié)能40%，負(fù)載節(jié)能5%。

日常檢修
平時(shí)注意檢查軟起動(dòng)的環(huán)境條件，防止在超過(guò)其允許的環(huán)境條件下運(yùn)行。注意檢查軟起動(dòng)器周圍是否有妨礙其通風(fēng)散熱的物體，確保軟起動(dòng)器四周有足夠的空間（大于150mm）。定期檢查配電線端子是否松動(dòng)，柜內(nèi)元器件有否過(guò)熱、變色、焦臭味等異常現(xiàn)象。定期清掃灰塵，以免影響散熱，防止晶閘管因溫升過(guò)高而損壞，同時(shí)也可避免因積塵引起的漏電和短路事故。清掃灰塵可用干燥的毛刷進(jìn)行，也可用于皮老虎吹和吸塵器吸。對(duì)于大塊污垢，可用絕緣棒去除。若有條件，可用0.6MPa左右的壓縮空氣吹除。平時(shí)注意觀察風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速慢或異常，應(yīng)及時(shí)修理（如清除油垢、積塵，加潤(rùn)滑油，更換損壞或變質(zhì)的電容器）。對(duì)損壞的風(fēng)機(jī)要及時(shí)更換。如果在沒(méi)有風(fēng)機(jī)的情況下使用軟起動(dòng)器，將會(huì)損壞晶閘管。如果軟起動(dòng)使用環(huán)境較潮濕或易結(jié)露，應(yīng)經(jīng)常用紅外燈泡或電吹風(fēng)烘干，驅(qū)除潮氣，以避免漏電或短路事故的發(fā)生。

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