摘要：三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流高達(dá)額定電流的5～8倍，對(duì)電網(wǎng)造成較大干擾，尤其在工業(yè)領(lǐng)域中的重載起動(dòng)，有時(shí)可能對(duì)設(shè)備安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。利用軟起動(dòng)技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)，如限流值、起停時(shí)間等，以達(dá)到最佳的起停狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī) 軟起動(dòng)

0 引言

三相異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制維護(hù)方便、性能穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備的拖動(dòng)中。因其直接起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流對(duì)電網(wǎng)及其負(fù)載造成沖擊，同時(shí)由于起動(dòng)應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低，因此常采用降壓起動(dòng)方式來(lái)減少影響。但是，傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方式，如星三角起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)等，要么起動(dòng)電流和機(jī)械沖擊過(guò)大，要么體積龐大笨重、損耗大，要么起動(dòng)力矩小、維修率高等等，都不盡人意。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，使用軟起動(dòng)器可以無(wú)沖擊而平滑地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)達(dá)到最佳的起停狀態(tài)，從而延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備的維修量，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 軟起動(dòng)的基本原理

軟起動(dòng)是指運(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)全電壓的起動(dòng)方法。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)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，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，通過(guò)運(yùn)用不同的方法，控制三相反向并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動(dòng)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。如圖(一)所示。

目前使用的軟起動(dòng)器，基本上是以單片機(jī)作為中央控制控制核心來(lái)完成測(cè)量及各種控制算法，用程序軟件自動(dòng)控制整個(gè)起動(dòng)過(guò)程。它通過(guò)單片機(jī)及相應(yīng)的數(shù)字電路控制晶閘管觸發(fā)脈沖的遲早來(lái)改變觸發(fā)角的大小，從而改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，最終改變加到電動(dòng)機(jī)三相繞組的電壓大小。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比，電流又和定子電壓成正比。這樣，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的限制可以通過(guò)定子電壓的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，而定子電壓又是通過(guò)可控硅的導(dǎo)通相角來(lái)控制的，所以不同的初始相角可實(shí)現(xiàn)不同的端電壓，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的最大值可根據(jù)負(fù)載而設(shè)定，以滿足不同的負(fù)載起動(dòng)要求。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動(dòng)機(jī)從零開始加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑起動(dòng)，并使電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上。

2 軟起動(dòng)器運(yùn)行特點(diǎn)

2.1 軟起動(dòng)常用的幾種起動(dòng)方式：

2.1.1 限流起動(dòng) 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，軟起動(dòng)器輸出電壓從零迅速增加，直到輸出電流上升到設(shè)定的限流值Iq，在輸出電流不大于Iq下，電壓逐漸上升，電機(jī)加速，直到起動(dòng)完成。如圖（二）所示，Iq可調(diào)，Ie為電機(jī)額定電流。此方式的優(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。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；損失起動(dòng)力矩，起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。

2.1.2 電壓斜坡起動(dòng) 指輸出電壓按預(yù)先設(shè)定的斜坡線性上升，即電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)從有級(jí)變成了無(wú)級(jí)。主要用在重載起動(dòng)，它的缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)不利，且起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。如圖（三）所示。

2.1.3 突跳控制起動(dòng) 也是用在重載起動(dòng)，不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)要特別注意。如圖（四）所示。

2.1.4 電壓控制起動(dòng) 用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，在保證起動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟起動(dòng)方式。

2.2 軟起動(dòng)常用停機(jī)方式

2.2.1 自由停車 傳統(tǒng)的控制方式都是通過(guò)瞬間停電完成的，即慣性停車（斷電自停）。

2.2.2 軟停車 如圖（五）所示，在停車信號(hào)發(fā)出后，軟起動(dòng)器輸出電壓從額定電壓Ue迅速降到跌落電壓Usd，再按所設(shè)定的時(shí)間降到起始電壓Ui，軟起動(dòng)器停止輸出。這種停車方式可以消除由于自由停車帶來(lái)的拖動(dòng)系統(tǒng)反慣性沖擊，如皮帶運(yùn)輸機(jī)、升降機(jī)等許多負(fù)荷并不宜突然停機(jī)，高層建筑的水泵系統(tǒng)也因自由停車，而產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使管道、水泵損壞。軟停車功能正好能滿足此要求。晶閘管在收到軟停機(jī)信號(hào)后，導(dǎo)通角漸減，經(jīng)一定時(shí)間才過(guò)渡到全關(guān)，即電動(dòng)機(jī)端電壓漸減至零，停車時(shí)間可按實(shí)際需要設(shè)定。

2.3 軟起動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn) 對(duì)于大功率異步電動(dòng)機(jī)而言，軟起動(dòng)比硬起動(dòng)（即直接起動(dòng)）和傳統(tǒng)降壓起動(dòng)具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：制動(dòng)停車。 向電機(jī)輸入直流電流，從而加快制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間可調(diào)，主要用于慣性力矩大的負(fù)載或需快速停機(jī)的場(chǎng)合，在一定的場(chǎng)合代替了反接制動(dòng)停車。

2.4 接觸器旁路工作 軟起動(dòng)器有在線型和旁路型。在線型是指起動(dòng)完畢，不需要觸器旁路，一直帶電工作的工作方式，晶閘管長(zhǎng)期在線運(yùn)行功耗太大造成能源浪費(fèi)、給電網(wǎng)帶來(lái)高次諧波污染等。旁路型是為了延長(zhǎng)使用壽命，使電網(wǎng)避免諧波污染，減少軟起動(dòng)器中的晶閘管發(fā)熱損耗，在電動(dòng)機(jī)達(dá)到滿速運(yùn)行時(shí)用旁路接觸器取代已完成起動(dòng)任務(wù)的軟起動(dòng)器。旁路型電路復(fù)雜化，系統(tǒng)可靠性降低。① 減少起動(dòng)過(guò)程引起的電網(wǎng)電壓降使之不影響同一供電網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行；②對(duì)電動(dòng)機(jī)提供平滑的起動(dòng)過(guò)程，降低電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中線路的沖擊電流，減少電動(dòng)機(jī)（傳動(dòng)機(jī)械）的沖擊電流及對(duì)電網(wǎng)和配電系統(tǒng)的沖擊，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)（傳動(dòng)機(jī)械）使用壽命；③減少電磁干擾：硬起動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電流會(huì)以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行；④具有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)控制功能，用一臺(tái)起動(dòng)器控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，起動(dòng)電流、起動(dòng)時(shí)間可分別設(shè)置；多種起動(dòng)模式：電壓斜坡起動(dòng)、限流起動(dòng)、脈沖突跳起動(dòng)，具有軟停車功能；⑤具有完善的保護(hù)功能：過(guò)載保護(hù)、斷相保護(hù)、過(guò)壓和欠壓保護(hù)等。

3 軟起動(dòng)器的控制接線（以英杰電氣有限公司的KRQS系列為例）

3.1 KRQS110/P型軟起動(dòng)器基本接線示意圖（見(jiàn)圖六）：

3.2 KRQS110/P型軟起動(dòng)器基本接線原理圖（見(jiàn)圖七）：

4 軟起動(dòng)器的選用及注意事項(xiàng)

軟起動(dòng)器應(yīng)用領(lǐng)域可以涵蓋工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)設(shè)備，原則上凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用，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(chǎng)合。目前多用在交流380V、電機(jī)功率從5.5千瓦到800kW的場(chǎng)合（國(guó)外產(chǎn)品電壓達(dá)6～10KV、功率5000KW），是傳統(tǒng)啟動(dòng)方式理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。在選用軟起動(dòng)器時(shí)，除了進(jìn)行技術(shù)、性能、價(jià)格比較外，還要考慮設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的電網(wǎng)容量、設(shè)備啟動(dòng)負(fù)荷輕重、啟動(dòng)頻繁程度等使用條件。對(duì)于水泵類啟動(dòng)負(fù)載較輕的設(shè)備，可選擇功能簡(jiǎn)單、價(jià)格較低、操作方便的軟啟動(dòng)器。對(duì)于大型風(fēng)機(jī)、破碎機(jī)等啟動(dòng)負(fù)荷比較重的設(shè)備，應(yīng)該選用啟動(dòng)功能比較多、有限流啟動(dòng)功能、自身保護(hù)比較齊全的軟啟動(dòng)器。尤其功率比較大的設(shè)備，最好選用啟動(dòng)功能比較全的高性能軟啟動(dòng)器。在頻繁工作的場(chǎng)所要按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流選取，因?yàn)檐泦?dòng)器生產(chǎn)廠家一般選取的可控硅電流是電動(dòng)機(jī)額電流的2.5倍，限制最大電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流是額定電流的4.5倍，在不頻繁操作下充分利用可控硅短時(shí)過(guò)載能力。所以在頻繁啟動(dòng)的條件下，應(yīng)加大選取軟啟動(dòng)器的容量，根據(jù)頻繁度的不同按1.2～1.5倍選取即可。

5 結(jié)束語(yǔ)

三相異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)方式很多。隨著技術(shù)進(jìn)步的加速，各種新的軟起動(dòng)控制方式也脫穎而出，比較各種軟起動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，可從中選擇出適合特定應(yīng)用場(chǎng)合的最佳軟起動(dòng)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]四川英杰電氣有限公司.KRQS系列全數(shù)字交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器用戶手冊(cè)[S].

[2]任致程.電動(dòng)機(jī)電子保護(hù)器與軟起動(dòng)器應(yīng)用指南、機(jī)械工業(yè)出版社.