电动机软起动控制器研究

王震

中国神华神东煤炭集团洗选中心大柳塔洗煤厂， 陕西 神木县 719315

电动机软起动控制器研究

王震

中国神华神东煤炭集团洗选中心大柳塔洗煤厂， 陕西 神木县 719315

异步电动机以其优良的性能及无须维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。然而由于其起动时要产生较大冲击电流，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低。本文对电动机软起动控制器的硬件和软件流程等理论进行了研究。参照美AB公司SMCPLUS软起动器，研究软起动控制器，实现软起动控制器降低电动机起动电流的目的。

软启动；控制器

1、软启动装置的简介

目前在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机，有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行的状态，白白地浪费了大量的电能。究其原因，大致是由以下几种情况造成的:

1.1 由于大部分电机采用直接起动方式，除了可能对电网及拖动系统造成冲击和引发事故之外，超出正常8～10倍的起动电流会造成巨大的能量损耗；

1.2 在进行电功机容量选配时，往往片面追求大的安全余量，且层层加码，结果使电动机容量过大，造成“大马拉小车”的现象，导致电动机偏离最佳工况点，运行效率和功率降低；

1.3 从电动机所拖动的生产机械自身的运行经济性考虑，往往要求电机拖动系统具有变压、变速调节功能，若用定速定压拖动，势必造成大量额外电能损失。

根据以上相互矛后的要求和电网的实际情况，通常采用的启动方式有以两种方式:一种是在额定电压下的直接起动方式，另一种是降压起动方式。

三相交流异步电动机的起动转矩Ma直接与所加电压的二次方有关，也就是说，只要降低电机接线端子上的电压就会影响这些值，软起动的工作原理是通过串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管，改变其导通角使电机的端子电压从预定的值上升到额定电压。通过控制开关元件的导通角进而控制电动机的工作电压，使电动机的工作电压按照规划好的模式由大到小连续增加，从而使电动机的起动电流在一定范围内变化。

对比软起动方式和降压起动方式，我们可以看出降压起动时起动转矩在起动过程中是一个固定不变的量，而且，起动转矩下降的倍数至少要大于起动电流下降的倍数，起动转矩下降无穷大是降压起动的一个重要问题，而软起动方式时，虽然在起动的瞬间起动转矩的初始值不大，但在整个起动过程中起动转矩不断增加，在起动过程结束时可以达到额定转矩。这样软起动就解决了在降低起动电流的时候又不使起动转矩下降的确问题。

目前，国内应用软起动技术的电动机软起动控制器还没有成熟的产品出现，国外如AB公司虽然有这种产品，但在国内市场的价格较高，不利于国内应用这种先进技术产品。所以，国内急需开发具有自主知识产权而且性能先进的电动机软起动控制器。国内的各企业、高校和科研单位也一直在进行着软起动系统的研制工作。己有的产品多为单一功能或少功能的系统，具有较多集成功能的产品到目前为止仍没有出现。

2、软启动控制器的研究

电动机转矩与电动机外施电压的平方成正比。因此，只要做到能无级、平滑地调节电动机的外施电压，即可使电动机的起动特性变软，达到软起动的目的。

电动机的软起动是一种连续无级渐升压限流起动方式，其主要思想是通过软件控制，使电动机在起动时，定子电压由某一初始值逐渐上升至全电压，并在电压上升过程中，限制起动电流的增加，以实现小电流起动，大电流运作。即软起动是以软件控制代替常规继电器线路控制来满足电动机平稳升压起动。软起动器是一种以实现软起动思想为基础，硬件以微处理器控制为核心，以无触点可控硅为主要控制器件的交流调压装置，在软件的支持下实现电动机升压限流起动，并在电动机起动后继续参与电动机的运行控制的器件。

根据以上原理，能够满足无级、平滑地调节输出主电压的主电路器件只有无触点开关较为合适。目前国内外厂家生产的软起动器，按其主电路采用的器件主要分为磁控式软起动器和电子式软起动器。磁控式软起动器主要执行元件是磁放大器，采用调感调压原理，起动时在电动机上串联一个自饱和电抗器，使起动电流在电抗器上产生电压降，然后再通过磁饱和逐步减小阻抗，使加在绕线端的电压逐步上升，完成起动过程。

设计电动机软起动控制器首先要考虑它所要完成的功能，然后根据这些功能确定它所要检测的参量，最后设计完成这些功能的各个模块。根据要完成的软起动器所要实现的功能，确定软起动控制器需要检测、输出的参量如下:

2.1 检测电源电压，用以判断电源电压是否为正常状态，检测的项目有:过压、欠压、断相、逆序；

2.2 检测电动机的工作电流，用以判断故障情况和能量消耗、以及功率因数角的大小；

2.3 检测开关元件的温度和压降，用以判断开关元件是否正常工作；

2.4 检测软起动控制器的启动命令，用以起动电动机；

2.5 检测电动机的双斜坡起动方式选择信号；

2.6 输出故障报警信号和旁路信号；

2.7 控制参数和运行参数可以设定和显示。

在软起动的起动过程，首先应该确定软起动的初始起动电压(百分比)，这个初始电压必须满足机械设备所需的起动转矩；其次要确定降压起动的时间(即调节电压上升率)。有的产品采用“恒电流”的软起动方式，它是通过“起动电流限制值”的整定(一般此值为额定电流的2.0～3.6倍)来完成起动过程的(软停止过程与软起动过程程序相反)。我们所设计的软起动器，其基本技术性能包括:

2.7.1 初始起动电压，一般可在10%～60%额定电压的范围内调整；

2.7.2 起动时间一般为0.5～30s连续可调，有的产品其可调时间可能更短或更长一些(调节软起动时间实为调节电压的上升率)；

2.7.3 起动电流限制值一般整定为(2.0～3.6)Ie；

2.7.4 软停止时间一般为0.5～240s可调，相当的电压降为100%～30%；

2.7.5 初始起动转矩为5%～90%

软起动器应具备过电流及速断保护、断线保护、品闸管等的过热保护和进线电源逆序保护(对于不允许反转的设备应有这种保护)。设置进线电源逆序保护的目的是当送电时，如电源相序与原要求不一致时，起动器则不能工作，同时发出报警信弓。这种保护对那些不允许反转的设备是必不可少的。

除了上述基本功能外，还有一些附加的技术性能和保护功能，例如有的产品具有节能功能的选择开关，它可使电动机的运行电压调节至与实际的负载相适应，避免电动机长期处于空载或轻载状态，从而达到改善功率因数和节能目的。有的产品还具备不平衡保护，等等。软起动器为电力电子产品，可以很方便地与计算机系统相连接，从而可方便地实现工厂的自动化控制。

由于软起动器仍然属于降压起动的范畴，因此，它的起动转矩有所降，对需要重载起动的设备，仍然采用绕线式异步电动机较为合适。因为绕线式异步电动机可以通过外加转子绕组阻抗的办法，降低它的起动电流，但同时起动转矩较大。

3、结语

本结主要介绍了软起动器的基本原理和类型。电动机的软起动是一种连续无级渐升压限流起动方式，其主要思想是通过软件控制，使电动机在起动时，定子电压由某一初始值逐渐上升至全电压，并在电压上升过程中，限制起动电流的增加，以实现小电流起动，大电流工作。即软起动是以软件控制代替常规继电器线路控制来满足电动机平稳升压起动。

[1]丁健，史中.一种基于模糊控制的新型软起动器.电力电子技术，1998，(1):4～6

[2]周希章.电动机的起动、制动和调速.机械工业出版社，198 4:1～2

[3]刘竞成.交流调速系统.上海交通大学出版社，1984:6

TM32

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.071