劉藝

（江西新余鋼鐵集團公司第一設(shè)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(shè)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(xiàn)軟啟動器上電待機時，軟啟動器負荷側(cè)出現(xiàn)較大感應(yīng)電壓，啟動水泵時，空器開關(guān)速斷跳閘，分析跳閘原并給出處理方法。

軟啟動器；感應(yīng)電壓；跳閘故障

0 引言

三相異步電機在直接啟動時會產(chǎn)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(wǎng)產(chǎn)生很大的沖擊，也會影響設(shè)備的壽命，同時供電電源峰值的增加更導(dǎo)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(gòu)成，每組模塊由兩個反向并聯(lián)的晶閘管組成。電網(wǎng)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(wǎng)和電機的供電信號，并將信號送至處理器，由處理器經(jīng)過計算、判斷，再將指令送至功率組件，控制晶閘管的導(dǎo)通與關(guān)閉，從而控制電機電壓。根據(jù)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(zhuǎn)子繞組電阻的折算值

Xσ1——定子繞組漏電抗

Xσ2＇——轉(zhuǎn)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(chǎn)生的熱沖擊，降低啟動沖擊電流對電網(wǎng)造成的壓降影響。根據(jù)三相異步電機啟動轉(zhuǎn)矩公式，見式（2）。

式中Tst——啟動轉(zhuǎn)矩

P——電機極對數(shù)

U1——啟動電壓

f1——定子頻率

從公式（2）可以看出，啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電壓U1的平方成正比，因此在降壓啟動中，啟動轉(zhuǎn)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(dǎo)通m個周期

n——關(guān)斷n個周期

使得啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流按相同比例減小。在保證啟動轉(zhuǎn)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(xiàn)象

3臺水泵軟起裝置，曾相繼出現(xiàn)啟動時400 A空氣開關(guān)跳閘故障。起初認為空氣開關(guān)故障，但更換空開后故障依舊。后經(jīng)仔細排查，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)象，存在感應(yīng)電壓。感應(yīng)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(cè)空氣開關(guān)后，負荷端感應(yīng)電壓消失，排除了外部干擾原因產(chǎn)生感應(yīng)電壓的現(xiàn)象。通過分時測量2#和3#水泵，得到感應(yīng)電壓逐漸升高的數(shù)據(jù)。

從圖2可以看出，經(jīng)過40 h，感應(yīng)電壓升高至穩(wěn)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(jié)果。

從圖3可以看出，3組功率組件的阻值發(fā)生了較大的變化，而且產(chǎn)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(cè)感應(yīng)電壓數(shù)據(jù)見圖4。

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

3 原因分析

從以上數(shù)據(jù)得知，軟啟動器啟動水泵時，空氣開關(guān)過流跳閘的現(xiàn)象，是由于軟啟動器上電待機時，負荷端T1，T2，T3存在感應(yīng)電壓所致。

負荷端T1，T2，T3有感應(yīng)電壓時，單項交流調(diào)壓等效電路如圖5所示。由于晶閘管的導(dǎo)通角小，電流斷續(xù)，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(dǎo)致起動電流的瞬時值激增至空氣開關(guān)短過流跳閘值，從而導(dǎo)致故障的發(fā)生。

對于軟啟動器上電待機時，負荷端存在感應(yīng)電壓的現(xiàn)象，根據(jù)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(tài)時，QF閉合，軟啟動器源側(cè)接通電網(wǎng)，功率組件（反向并聯(lián)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(tài)），由于半導(dǎo)體的特性會產(chǎn)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(yīng)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(jīng)返廠檢測，晶閘管的動態(tài)阻值在長期帶電運行后發(fā)生變化，導(dǎo)致晶閘管在關(guān)斷狀態(tài)時，關(guān)斷漏電流的能力下降，從而使軟啟動器在上電待機狀態(tài)時，負荷端存在過高的感應(yīng)電壓。

圖2 2#、3#水泵感應(yīng)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(tài)負荷側(cè)感應(yīng)電壓為AC 1.3 V，符合正常狀態(tài)值范圍。

由于晶閘管的半導(dǎo)體“軟”關(guān)斷特性，即可關(guān)斷電流（少量漏電流通過）不可關(guān)斷感應(yīng)電壓，無法像開關(guān)、接觸器一類的電氣元件做到完全關(guān)斷漏電流、感應(yīng)電壓，所以使軟啟負荷側(cè)在上電待機狀態(tài)下存在感應(yīng)電壓。而長期的上電待機，使功率組件（反向并聯(lián)晶閘管）在關(guān)斷狀態(tài)長期處于AC 220 V電壓下，從而導(dǎo)致晶閘管動態(tài)阻值變化，使得負荷側(cè)感應(yīng)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(tài)時，源側(cè)長期帶電，是造成負荷側(cè)產(chǎn)生較高感應(yīng)電壓的因素之一。

在智能軟啟動器源側(cè)與電網(wǎng)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(guān)斷漏電流、感應(yīng)電壓，使得軟啟動器在上電待機狀態(tài)下源側(cè)不得電，可解決因感應(yīng)電壓造成軟啟啟動時，源側(cè)空氣開關(guān)過流跳閘的故障。

〔編輯 利文〕

圖5 帶感應(yīng)電壓的單項交流調(diào)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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