关于软启动器控制系统的实现

龙钰璧

摘 要：随着我国经济社会的快速发展，用电质量要求越来越高，软起动器被广泛应用于供水、油田、冶金、钢铁、建筑等各个领域，它集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体，解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。

关键词：软起动；软起动器；减压起动

随着电力电子技术的快速发展，软起动器得到广泛应用。它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电机，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、起动时间等。此外，它还具有多种对电机保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。

1 软起动器的功能特点

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，国外称为Soft Starter。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闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。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，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。

2 软起动与传统减压起动的比较

笼型电机传统的减压起动方式有星三角起动、自耦减压起动、电抗器起动等。软起动与传统减压起动方式的不同之处如下：

3 启、停控制模式

长沙奥托QB3软起动器有完美的起动模式，收到外部起、停命令后，按照预先设定的起、停方式实现对电机的控制。可选的起、停控制模式有以下几种：

3.1 限流软起动控制模式

电动机起动时，其输出电压从零迅速增加，直至输出电流达到设定的电流限幅值Im，然后保证输出电流在不大于该值的情况下，电压逐渐升高，电动机逐渐加速，当电动机达到额定转速时，旁路接触器吸合，输出电流迅速下降至电机额定电流Ie以下，完成起动过程。如图1所示：

3.2 电压斜坡起动控制模式

当电动机起动时，在电动机电流不超出额定值400%的范围内，软起动器的输出电压迅速上升到整定值U1，然后按设定的速率逐渐增加，电动机随电压的上升不断平稳加速，直至达到额定电压后，电机达到额定转速，旁路接触器吸合，起动过程完成。起动时间T是根据标准负载在标准实验条件下所得的控制参数，QB3系列软起动器以此参数为基准，通过控制输出电压使电机平稳加速以完成起动过程，并非机械的控制时间T而不论电机加速是否平稳，鉴于此，在负载较轻时，起动时间往往小于设定的起动时间，只要能顺利起动则属正常。一般而言，电压斜坡起动模式适用于对起动电流要求不严对起动平稳性要求较高的场所。输出特性曲线如图2所示：

3.3 突跳+限流或突跳+电压起动模式

图3给出了突跳起动模式的输出变化波形，在某些重载场合下，由于机械静摩擦力的影响而不能起动电机时，可选用此种起动模式。在起动时，先对电动机施加一个较高的固定的电压并持续有限的一段时间，以克服电动机负载的静摩擦力使电机转动，然后按限制电流或电压斜坡的方式起动。在选用此模式前，应先用非突跳模式起动电机，若电机因静摩擦力太大不能转动，再选用此模式，否则应避免用此模式起动，以减少不必要的大电流冲击。

3.4 电流斜坡起动模式

图4为电流斜坡起动模式的输出电流波形，其中I1为限流值，T1为设置的时间值。电流斜坡起动模式具有较强的加速能力，适用与两极电动机，也可在一定范围内缩短起动时间。

3.5 软停车模式

在这种停车模式下，电动机的供电有旁路接触器切换到软起动器的晶闸管输出，软起动器的输出电压由全压逐渐减小，使电动机转速平稳降低，以避免机械震荡，直到电动机停止运行。有许多应用场合，不允许电机瞬间关机。例如：高层建筑、大楼的水泵系统，如果瞬间停机，会产生巨大的“水锤”效应，使管道，甚至水泵遭到损坏。为减少和防止“水锤”效应，需要电机逐渐停机，即软停车，采用软起动器能满足这一要求。在泵站中，应用软停车技术可避免泵站的“拍门”损坏，减少维修费用和维修工作量。软起动器中的软停车功能是，晶闸管在得到停机指令后，从全导通逐渐地减小导通角，经过一定时间过渡到全关闭的过程。停车的时间根据实际需要可在10～120s调整。

3.6 自由停车

在这种停车模式下，软起动器接到停止命令后立即断开旁路接触器并禁止软起动器晶闸管的电压输出，电动机依负载惯性逐渐停车。

4 实施

软启动器选用长沙奥托公司的QB3系列软启动器。配合各种控制方案实现用户的控制需求。电机适用范围为：7.5～550kW，控制方式：1拖1、1拖 2、1拖3。

4.1 软启动器的可提供的功能

（1）电动机的降压启动

（2）电动机的软停车

（3）软起动器的保护功能

1）过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。

2）缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。

3）过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。

4）其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。

（4）软起动控制柜的组成

软起动MCC控制柜由以下几部分组成：1）输入端的断路器；2）软起动器（包括电子控制电路与三相晶闸管）；3）软起动器的旁路接触器；4）二次侧控制电路（完成手动起动、遥控起动、软起动及直接起动等功能的选择与运行），有电压、电流显示和故障、运行、工作状态等指示灯显示。

（5）软起动扩展功能

软起动MCC控制柜的扩展功能将软起动MCC控制柜进一步加以组合，可以实现多种复合功能。例如：

1）将两台控制柜加上控制逻辑，可以组成“一用一备方案”，用于大楼的消防系统与喷淋泵、生活泵等系统。

2）配上PLC（可编程序控制器），则可以实现消防泵定时（如半个月）自动检测，定时自动关闭；

3）加上相应的控制逻辑，则可以对消防泵及各个系统运转是否正常实施平时检测时，定时低速低水压（不出水）运行；在灭火时，则实施全速满载运行。

4）将若干台电机加上控制逻辑组合，可以组成生活泵系统或其它专用系统，按需要量逐次打开各台电机，也可逐次减少电机，实现最佳效率运行。

5）可以根据客户要求，实现多台电机每次自动转换运行，使各台电机都处于同等的运行寿命期。软起动器适用于的场合原则上，笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。

（6）应用范围

目前的应用范围是交流380V（也可660V），电机功率从几千瓦到800kW。软起动器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。同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于重载场合，应用软起动器（不带旁路接触器）则具有轻载节能的效果。

4.2 方案

供水系统原则上建议使用1台软启动器控制2台水泵、风机。（如果大于2台需要加旁路接触器），以下为1台软启动器帶2台水泵控制系统。

4.2.1 系统实现目标

（1）节能降耗，提高设备可靠性；（2）提高设备可维护性，降低设备维护费用；（3）提高设备自动化水平；（4）启动时对电网干扰小，投入比较经济。

4.2.2 控制过程

随时可以通过软启动器启动第一台水泵或第二台水泵（但不能同时启动两台水泵，在控制中有电气连锁），当1台软启动器启动的水泵的供水量不能满足现场的用水要求时，通过软启动器启动第2台水泵。系统的控制主回路如下图所示：

4.2.3 配置说明

需要根据现场实际情况设计的系统控制的水泵、风机数量，决定是否需要增加旁路接触器。如需要增加旁路接触器则要考虑现场工艺是否能逐一启动。

5 结语

软启动器很好地解决了电动机起动时对电网和机械设备的冲击，同时具备软停车、故障过流保护、过载保护、缺相保护、节能、通讯等功能，广泛应用于冶金、石化、市政、制造等行业。电子式软起动器是采用电力电子技术、自动化控制技术和微处理器技术而研制生产的新型控制设备。与传统起动设备相比，性能更可靠，使起动更平滑，对电网冲击更小，此外还具有限流调节、软停车、节能、智能通讯等功能。

[参考文献]

[1]赵宝帅.高压软启动器在矿用水泵电动机起动中的应用[J].煤矿机电，2012（6）：92-94.

[2]邢伟.低压软启动器选用原则[J].中国科技博览，2012（37）：367-367.

[3]宁树栋.浅析电机软启动器的应用[J].赤子，2012（6）：226-226.

[4]魏俊林.谈电机软启动器的应用[J].山西建筑，2013：39（2）：135-136.