蒙江洪

【摘 要】異步電動機由于結(jié)構(gòu)簡單、控制維護方便、性能穩(wěn)定、效率高等優(yōu)點而被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。文章對異步電動機的軟啟動現(xiàn)狀、原理、特點進行詳細(xì)的分析，并對其發(fā)展的方向進行展望。

【關(guān)鍵詞】異步電動機；軟啟動；現(xiàn)狀；特點；原理；發(fā)展

【中圖分類號】TM343 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）04-0040-03

作為重要的動力裝置，電動機被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通領(lǐng)域。直流電動機的調(diào)速在過去一直占據(jù)統(tǒng)治的地位，但由于其自身結(jié)構(gòu)限制，無法適應(yīng)迅速發(fā)展的時代的需求，尤其是換向器的機械強度不足，電刷容易被磨損等。在這一基礎(chǔ)上，交流電動機應(yīng)運而生。相對傳統(tǒng)的電動機，其結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，價位較低，更加的堅固耐用，慣量較小，運行可靠，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

1 軟啟動的現(xiàn)狀分析

隨著時代的發(fā)展，直流電動機逐漸退出歷史舞臺，交流電動機的優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)，但是異步電動機的啟動過程中卻存在著一些弊端無法克服。在交流轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中，異步電動機投入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速由零開始迅速上升，直到達到穩(wěn)定的過程，如果在這個過程中不采用任何的設(shè)備裝置，直接加額定電壓到定子繞組啟動電動機時，電機的啟動電流可以達到額定電流的48倍，轉(zhuǎn)速也能在短時間內(nèi)由零上升到額定的轉(zhuǎn)速。而三相感應(yīng)電動機在啟動過程中，轉(zhuǎn)矩的沖擊非常大，可以達到額定轉(zhuǎn)矩的2倍以上。過大的電流將會導(dǎo)致電網(wǎng)受到嚴(yán)重的沖擊，造成電壓降落，降低電網(wǎng)的電能質(zhì)量，影響其他設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩過大也將導(dǎo)致機械應(yīng)力沖擊，縮短電機本身及其拖動設(shè)備的使用壽命，因此在一般情況下，力求在較小的啟動電流下，獲得足夠的轉(zhuǎn)矩即可。這就要求選擇最佳的啟動方式，要根據(jù)環(huán)境、設(shè)備、技術(shù)工藝水平來決定。本文以三相異步電動機為例進行分析。

根據(jù)其自身的結(jié)構(gòu)和特點，可以采用定子串接電抗器啟動、Y—△啟動、自耦變壓器啟動、延邊三角形啟動等方式。繞線式的交流電動機一般主要采用轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器啟動、轉(zhuǎn)子串電阻分級啟動的方法。但這些啟動程序存在著一定的不足，有待進一步完善。

（1）定子串接電阻啟動的能耗較大。主要原因是由于其外接電阻，造成有功損耗增加，尤其是對中型、大型異步電動機而言，經(jīng)濟費用較高，所以其應(yīng)用不夠廣泛，主要應(yīng)用于空載和輕載中。

（2）Y—△啟動存在著一定的難度。相較于其他方式，其操作簡單，僅需一個Y—△開關(guān)即可實現(xiàn)，但是需要將電動機的定子繞組6個出線端全部引出來，這對高電壓的電動機存在著一定的難度，因此主要應(yīng)用于△接法380 V電動機。

（3）自耦變壓器啟動價位高。相較于其他的啟動方式，自耦變壓器在啟動電流相同時，啟動轉(zhuǎn)矩?fù)p失非常小，而且相對其抽頭也更加靈活，在符合特定條件的前提下，其可以拖動較大的負(fù)載啟動，其缺點是價位高、體積大，無法負(fù)責(zé)重負(fù)載的啟動。

（4）延邊三角形啟動需要專門的設(shè)計。采用延邊三角形啟動方式，繞組切換非常簡單，不需要專門的啟動裝置，但是，電動機的定子繞組不但為△接，同時還有抽頭，需要進行專門的設(shè)計，在完成后不可任意的變動，造成工作的不便。

近年來，我國的電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，尤其是集成電路、微機處理技術(shù)等新一代電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，大大改善了異步電動機啟動中的電流過高、啟動轉(zhuǎn)矩過小的問題，促進了電力系統(tǒng)的發(fā)展。進入20世紀(jì)70年代，利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)生產(chǎn)制作的軟啟動器迅速推廣應(yīng)用，同時采用微控制器代替模擬控制電路，推動了現(xiàn)代的電子軟啟動器的快速發(fā)展。

2 軟啟動的基本原理

軟啟動是指運用串接于電源與被控電機之間的軟啟動器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至啟動結(jié)束，賦予電機全電壓的啟動方法。軟啟動器是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，通過運用不同的方法，控制三相反向并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。軟啟動的基本原理如圖1所示。

3 軟啟動器運行特點

3.1 斜坡恒流軟啟動

電動機啟動時，軟啟動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的情況下，電壓逐漸上升，電機加速，直到啟動完成。如圖2所示，Iq可調(diào)，Ie為電機額定電流。此方式的優(yōu)點是啟動電流小，且可按需要調(diào)整，對電網(wǎng)影響小。缺點是在啟動時難以知道啟動壓降，不能充分利用壓降空間；損失啟動力矩，啟動時間相對較長，對電動機不利。

3.2 斜坡升壓軟啟動

斜坡升壓軟啟動指輸出電壓按預(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)的降壓啟動從有級變成了無級，主要用在重載啟動。它的缺點是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線性上升對拖動系統(tǒng)不利，且啟動時間長對電動機不利（如圖3所示）。

3.3 階躍啟動

階躍啟動主要是用在重載啟動，不同的是在啟動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短啟動時間。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其他負(fù)荷，應(yīng)用時要特別注意（如圖4所示）。

4 軟啟動器的控制接線

以英杰電氣有限公司的KRQS系列為例。

4.1 KRQS110/P型軟啟動器基本接線示意圖

KRQS110/P型軟啟動器基本接線示意圖如圖5所示。

4.2 KRQS110/P型軟啟動器基本接線原理圖

KRQS110/P型軟啟動器基本接線原理圖如圖6所示。

5 軟啟動的特征優(yōu)勢分析

相較于傳統(tǒng)的軟啟動器，電子軟啟動主要有以下幾個獨特的優(yōu)勢。

5.1 實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)電動機啟動

采用電力半導(dǎo)體開關(guān)進行電子軟啟動開關(guān)的設(shè)置，其最大的優(yōu)勢是無電弧開關(guān)和電流具有連續(xù)性，可以實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，相較于傳統(tǒng)的分檔調(diào)節(jié)，優(yōu)勢十分明顯。

5.2 產(chǎn)生的沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流小

電動機啟動時，軟啟動是通過增大晶閘管的導(dǎo)通角而實現(xiàn)的，限制電機啟動電流在一個固定值之內(nèi)，產(chǎn)生的沖擊電流非常小，控制其平滑上升，保護了傳動機械、設(shè)備和人員。

5.3 提升了電動機啟動的平穩(wěn)性

軟啟動器可以引入電流閉環(huán)控制系統(tǒng)，保持啟動的電流恒定，保持平穩(wěn)啟動。

5.4 增強電流的選擇性

可以根據(jù)負(fù)載的不同情況及電網(wǎng)繼電保護特性進行選擇，調(diào)整電流的級別，達到最佳電流，節(jié)省電能，減少損耗。

5.5 增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機控制系統(tǒng)逐漸走進各行各業(yè)，大大改善了工作的效率。微機控制啟動程序，在啟動前可以對主回路進行故障的診斷，相對傳統(tǒng)的控制程序更加穩(wěn)定，受到外界因素影響的效率低，提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，便于進行系統(tǒng)的維護。

5.6 為自動化控制奠定良好基礎(chǔ)

采用軟啟動，實現(xiàn)了計算機通信的控制，為實現(xiàn)自動化控制奠定了基礎(chǔ)，促進了電力系統(tǒng)的發(fā)展。

6 軟啟動的發(fā)展方向探析

6.1 近期目標(biāo)

在一段時間之內(nèi)，軟啟動仍將以多種形式的降壓、限流為主要形式。理論上看，性價比高的產(chǎn)品必將占據(jù)主要的市場空間。但是，根據(jù)使用的具體環(huán)境不同，其對設(shè)備的需求方向也各有不同，因此只要性價比好，任何的產(chǎn)品都可能搶占市場。

6.2 長遠(yuǎn)目標(biāo)

不難看出，變頻軟啟動在未來必然成為軟啟動的主流。隨著其不斷地發(fā)展，價位的降低，可靠性也將得到提高，占據(jù)未來軟啟動市場的必將是具有軟切換功能的低價變頻器。

7 結(jié)語

綜上所述，我們相信異步電動機軟啟動必將隨著科學(xué)的進步而迅速發(fā)展，推動整個電力系統(tǒng)的發(fā)展與完善，實現(xiàn)長遠(yuǎn)的發(fā)展目標(biāo)。三相異步電動機的軟啟動方式很多。隨著技術(shù)進步的加速，各種新的軟啟動控制方式也脫穎而出，比較各種軟啟動方式的優(yōu)缺點，可從中選擇出適合特定應(yīng)用場合的最佳軟啟動方案。軟啟動器作為新一代的工業(yè)控制裝置，以其優(yōu)越的啟動性能而廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、煤炭、水利、輕工等各個行業(yè)。

參 考 文 獻

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