软起动器在异步电动机上的应用

王春清

摘要：三相异步电动机的起动电流高达额定电流的5～8倍，对电网造成较大干扰，尤其在工业领域中的重载起动，有时可能对设备安全构成严重威胁。利用软起动技术不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑地起动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起停时间等，以达到最佳的起停状态。

关键词：电动机 软起动

0 引言

三相异步电机由于结构简单、控制维护方便、性能稳定、效率高等优点而被广泛地应用于各种机械设备的拖动中。因其直接起动时产生的冲击电流对电网及其负载造成冲击，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低，因此常采用降压起动方式来减少影响。但是，传统的降压起动方式，如星三角起动、自耦变压器起动等，要么起动电流和机械冲击过大，要么体积庞大笨重、损耗大，要么起动力矩小、维修率高等等，都不尽人意。随着电子技术的发展，使用软起动器可以无冲击而平滑地起动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数达到最佳的起停状态，从而延长机械设备的使用寿命，减少设备的维修量，提高经济效益。

1 软起动的基本原理

软起动是指运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压的起动方法。软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路，通过运用不同的方法，控制三相反向并联晶闸管的导通角，使被控电动机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。如图(一)所示。

目前使用的软起动器，基本上是以单片机作为中央控制控制核心来完成测量及各种控制算法，用程序软件自动控制整个起动过程。它通过单片机及相应的数字电路控制晶闸管触发脉冲的迟早来改变触发角的大小，从而改变晶闸管的导通时间，最终改变加到电动机三相绕组的电压大小。由于电动机转矩近似与定子电压的平方成正比，电流又和定子电压成正比。这样，电动机的起动转矩和起动电流的限制可以通过定子电压的控制来实现，而定子电压又是通过可控硅的导通相角来控制的，所以不同的初始相角可实现不同的端电压，电动机的起动转矩和起动电流的最大值可根据负载而设定,以满足不同的负载起动要求。电动机起动过程中，晶闸管的导通角逐渐增大，晶闸管的输出电压也逐渐增加，电动机从零开始加速，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无级平滑起动，并使电动机工作在额定电压的机械特性上。

2 软起动器运行特点

2.1 软起动常用的几种起动方式：

2.1.1 限流起动 电动机起动时，软起动器输出电压从零迅速增加，直到输出电流上升到设定的限流值Iq，在输出电流不大于Iq下，电压逐渐上升，电机加速，直到起动完成。如图（二）所示，Iq可调，Ie为电机额定电流。此方式的优点是起动电流小，且可按需要调整，对电网影响小。缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间；损失起动力矩，起动时间相对较长，对电动机不利。

2.1.2 电压斜坡起动 指输出电压按预先设定的斜坡线性上升，即电压由小到大斜坡线性上升，它是将传统的降压起动从有级变成了无级。主要用在重载起动，它的缺点是初始转矩小，转矩特性抛物线型上升对拖动系统不利，且起动时间长对电动机不利。如图（三）所示。

2.1.3 突跳控制起动 也是用在重载起动，不同的是在起动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，缩短起动时间。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷，应用时要特别注意。如图（四）所示。

2.1.4 电压控制起动 用在轻载起动的场合，在保证起动压降下发挥电动机的最大起动转矩，尽可能的缩短了起动时间，是最优的轻载软起动方式。

2.2 软起动常用停机方式

2.2.1 自由停车 传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的，即惯性停车（断电自停）。

2.2.2 软停车 如图（五）所示，在停车信号发出后，软起动器输出电压从额定电压Ue迅速降到跌落电压Usd，再按所设定的时间降到起始电压Ui，软起动器停止输出。这种停车方式可以消除由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击，如皮带运输机、升降机等许多负荷并不宜突然停机，高层建筑的水泵系统也因自由停车，而产生巨大的“水锤”效应，使管道、水泵损坏。软停车功能正好能满足此要求。晶闸管在收到软停机信号后，导通角渐减，经一定时间才过渡到全关，即电动机端电压渐减至零，停车时间可按实际需要设定。

2.3 软起动器的优点 对于大功率异步电动机而言，软起动比硬起动（即直接起动）和传统降压起动具有以下主要优点：制动停车。 向电机输入直流电流，从而加快制动，制动时间可调，主要用于惯性力矩大的负载或需快速停机的场合，在一定的场合代替了反接制动停车。

2.4 接触器旁路工作 软起动器有在线型和旁路型。在线型是指起动完毕，不需要触器旁路，一直带电工作的工作方式，晶闸管长期在线运行功耗太大造成能源浪费、给电网带来高次谐波污染等。旁路型是为了延长使用寿命，使电网避免谐波污染，减少软起动器中的晶闸管发热损耗，在电动机达到满速运行时用旁路接触器取代已完成起动任务的软起动器。旁路型电路复杂化，系统可靠性降低。① 减少起动过程引起的电网电压降使之不影响同一供电网其它电气设备的正常运行；②对电动机提供平滑的起动过程，降低电机起动过程中线路的冲击电流，减少电动机（传动机械）的冲击电流及对电网和配电系统的冲击，延长电动机（传动机械）使用寿命；③减少电磁干扰：硬起动产生的冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行；④具有多台电动机控制功能，用一台起动器控制多台电动机的起动，起动电流、起动时间可分别设置；多种起动模式：电压斜坡起动、限流起动、脉冲突跳起动，具有软停车功能；⑤具有完善的保护功能：过载保护、断相保护、过压和欠压保护等。

3 软起动器的控制接线（以英杰电气有限公司的KRQS系列为例）

3.1 KRQS110/P型软起动器基本接线示意图（见图六）：

3.2 KRQS110/P型软起动器基本接线原理图（见图七）：

4 软起动器的选用及注意事项

软起动器应用领域可以涵盖工农业生产中的异步电动机传动设备，原则上凡不需要调速的各种应用场合都可适用，特别适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车的场合。目前多用在交流380V、电机功率从5.5千瓦到800kW的场合（国外产品电压达6～10KV、功率5000KW），是传统启动方式理想的更新换代产品。在选用软起动器时，除了进行技术、性能、价格比较外，还要考虑设备现场的电网容量、设备启动负荷轻重、启动频繁程度等使用条件。对于水泵类启动负载较轻的设备，可选择功能简单、价格较低、操作方便的软启动器。对于大型风机、破碎机等启动负荷比较重的设备，应该选用启动功能比较多、有限流启动功能、自身保护比较齐全的软启动器。尤其功率比较大的设备，最好选用启动功能比较全的高性能软启动器。在频繁工作的场所要按电动机的起动电流选取，因为软启动器生产厂家一般选取的可控硅电流是电动机额电流的2.5倍，限制最大电动机启动电流是额定电流的4.5倍，在不频繁操作下充分利用可控硅短时过载能力。所以在频繁启动的条件下，应加大选取软启动器的容量，根据频繁度的不同按1.2～1.5倍选取即可。

5 结束语

三相异步电动机的软起动方式很多。随着技术进步的加速，各种新的软起动控制方式也脱颖而出，比较各种软起动方式的优缺点，可从中选择出适合特定应用场合的最佳软起动方案。

参考文献：

[1]四川英杰电气有限公司.KRQS系列全数字交流电动机软起动器用户手册[S].

[2]任致程.电动机电子保护器与软起动器应用指南、机械工业出版社.