浅析交流电动机的软启动技术

郝淑荣

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110003)

浅析交流电动机的软启动技术

郝淑荣

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，辽宁 沈阳 110003)

对交流电动机的软启动技术进行详细介绍，包括软启动技术的原理、类别及软启动器的启动形式等。并通过对几种软启动技术及传统启动技术的可靠性、安全性及对电网的冲击等方面进行综合对比，分析软启动技术的优缺点。并对交流电动机软启动技术的应用及发展趋势进行了阐述。

软启动技术;交流电动机;原理;形式

1 引言

随着国民经济的增长和工业化程度的进展，电动机在生产中的应用也随之增多，其中大型电动机所占比例也有所增多。交流电动机的启动技术对电网的稳定性及安全性影响很大。如传统的直接启动技术，在全压启动的条件下产生的电流及转矩远远超过了机器的额定电流和额定转矩，不仅会对机器产生较大的损伤，同样会造成电网电压的不稳定。尤其是对于大型机械，传统的电动机启动方式已经不能满足其要求，因此交流电动机的软启动技术应运而生。本文将对交流电动机软启动技术的原理及特性进行介绍，并对其可靠性、安全性、机械方面及对电网的冲击方面进行综合分析。

2 传统启动与软启动方式

2．1 传统启动方式

传统启动方式包括全压直接启动及降压启动方式，包括Y/Δ启动、电阻减压或电抗减压启动和自耦变压启动等。全压直接启动是最简单、经济的方法，但是其产生过大的电流易造成机器的烧毁，同时会使线路压降增大从而造成电网电压的显著下降。降压启动方式对全压直接启动做了一定的改进，是以低于额定电压的方式启动再转换至额定电压下运行的方式。但是，一般是将启动电压降至固定值，如果设置不当或运行不当，则会产生二次冲击等问题，降压启动方式不能实现电压平滑的转换。

2．2 软启动方式

针对传统启动的问题，交流电动机的软启动方式应运而生。电压由零逐步提升至额定电压，使电动机启动的全过程都不存在冲击转矩，平滑地启动运行，这就是软启动。目前软启动的方式有很多，包括液阻软启动、电抗器软启动、磁控制软启动、晶闸管软启动及变频软启动等。软启动所用设备包括软启动器与变频器。软启动器(Soft Starter)是一种集软启动、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。软启动器又可分为液阻软启动器、固态软启动器及电磁式软启动器等形式，最通用的是固态晶闸管式软启动器。而软启动器与变频器的不同在于，软启动器用于电机启动只是改变输出电压而未改变频率，变频器则是同时改变输出电压及频率，主要用于电动机的调速。

3 软启动技术介绍

3．1 软启动的几种启动方式

(1)斜坡电压启动:如图1所示，这种启动方式是通过调整晶闸管的导通角使之与时间成一定函数关系增加。但是由于其不具备电流闭环控制，所以没有限流的作用。斜坡电压启动是将传统的降压启动从有级变为无级，但是由于其可能产生较大的电流冲击而对电网产生冲击，使其应用受到一定的限制，一般多用于重载的启动。

(2)限流启动:如图2所示，限流启动是预先设定一个电流值，并在不超过该设定电流值的条件下启动。限流启动方式在电动机启动的开始阶段电流逐渐增加，当电流达到设定值后保持恒定，直至启动完毕正常运行。限流启动时，若设定值较大则启动电动机的启动转矩也相应增大，启动时间则较短，但是如果设定电流值较大则容易对电网造成冲击，因此选择适宜的限流值是很重要的。限流启动主要应用于轻载启动的负载降压启动中。

图1 斜坡电压启动

图2 限流启动

(3)转矩控制启动:如图3所示，该启动方式，电动机的启动转矩由小到大线性上升，启动平滑柔性好，可以更好地保护拖动系统，同时可以降低电动机启动时瞬间对电网产生的冲击。但是转矩控制启动的启动时间较长，而转矩加突跳控制启动则可以缩短启动时间。转矩控制启动多用于重载启动。

(4)脉冲冲击启动:如图4所示，该启动方式在开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按照原设定值线性上升连入恒流启动。脉冲冲击启动适用于重载并需克服较大的静摩擦，因此一般情况较少使用。

图3 转矩控制启动

图4 脉冲冲击启动

3．2 软启动技术的介绍

(1)液阻软启动:液态电阻是一种由碱性水溶液配置的电解液形成的电阻，它导电的本质为离子导电。液阻的阻值正比于相对的两块电极板的距离，反比与电解液的电导率。可以利用液态电阻具有的热容量大和负温度特性，在通电后，阻值呈线性减小，对电动机实现平稳、无级、无冲击的降压软起动。液阻软启动技术与其他软启动技术相比成本最低且不会产生高次谐波，但是其应用也有限制性。如液态软启动装置的稳定性较差，一次启动完成后电解液的温度要降低到一定值后才可以再次启动，因此不适用于较为频繁的启动。此外液阻软启动速度慢，需要维护，难以实现启动的多样化。

(2)电抗器软启动:可变电抗器软启动是利用电磁转换原理，通过电力电子器件实现电抗器阻抗的无级连续调节，具有良好的启动性能。该启动方式串电抗器降压启动无需外加励磁电源，不直接消耗有功功率，因此具有较好的节能效果。饱和电抗器软启动则是通过改变电抗器的饱和度，从而实现电阻器阻抗的平滑连续调节。相比于可变电抗器的成本要经济，但是磁路饱和以后的漏磁较大，磁芯发热较大。电抗器软启动为一级降压软启动，无法实现恒流软启动，负载个性的适应性差，易损坏。

(3)磁控软启动:磁控软启动是从电抗器软启动中衍生出来的。磁控软启动与电抗器软启动的不同之处在于电抗值是可以控制的。磁控软启动是通过控制直流励磁电流，改变铁芯的饱和度来改变电抗值的。该启动方式快速调节性较好，闭环控制，结构简单，性能可靠，过载能力强，无二次冲击电流。但它在启动时仍存在一次冲击电流，一般不能频繁启动，且磁控软启动装置需要有相对功率较大的辅助电源，整机较重，体积较大。

(4)晶闸管软启动:如图5所示，晶闸管软启动是应用晶闸管相控调压的原理，利用晶闸管的可控导通特性，通过改变相控角α来改变加在定子上的电压均方根值，属于移相调压软启动技术。相对于液态软启动装置而言，通常称其为固态软启动装置。晶闸管软启动器是当今工程中较为常用的软启动装置。晶闸管软启动器具有体积小、结构紧凑、维护量小、菜单丰富、启动重复性好等优点，虽然价格较液态软启动器价格高，但是其许多性能也是液阻软启动所难以实现的。但是晶闸管软启动也同样存在价位较高、高次谐波较为严重等问题。

图5 晶闸管软启动主电路图

(5)变频软启动:该启动方式是通过改变电动机的频率从而改变其启动电压的降压启动方式。变频器作为三相感应电动机的启动装置，具有调速范围宽，稳速精度高、动态响应快、运动可靠等特点，尤其在节能方面的作用更突出，还能进行多段速度自动控制。由于它的价格要贵得多，所以一般用于频繁调速的地方。

4 软启动技术的优点及应用

与传统的启动方式相比，软启动具有许多优势，主要体现在以下几点:①延长机器的使用寿命:软启动的平滑连续启动方式，避免了对设备产生的冲击，因此可以延长其使用寿命;②提高加速与减速特性:可以通过选择不同的启动方式来优化设备的特性曲线。如可以选择电压斜坡或者限流启动方式，可实现负荷特性曲线的优化配置;③提高设备运行的可靠性:使用数字化信号处理技术，避免了传统启动形式下过多调整模拟线路的情况;④实现功能的全面保护，如具备过载保护功能与操作故障保护等。

软启动技术因具有功能全面，工作稳定及性能可靠等优点，因此其广泛应用于实际生产。根据电动机的负载和速度变化情况，软启动技术常用于以下设备:①负载变化较大且不允许速度变化的设备，如水泥皮带传送机及港口带式输送机等;②变负载设备，如中央空调主机、抛光机及纺织设备等;③软启动器与PC结合组成复合功能，如大楼消防及喷淋系统等。

5 软启动技术的发展展望

从短期来看软起动器将仍然以各种形式的降压和限流软起动为主要形式。在电动机软启动的控制算法方面，可以将其与模糊控制、神经网络控制和基于专家系统控制技术等智能型控制技术相融合。在控制方式上，可以突破电流、电压和转矩等传统手段，多采用转速、功率因数角等新型控制方法。在操作使用上引入人工智能控制技术，从而在信号处理、模式识别、故障的诊断与预报、系统识别与控制等方面实现自动化。从远期来看，变频器除了可以实现软启动器的全部功能外还有其他功能，今后变频器的成本进一步下降后有可能取代软启动器而成为主流。

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Soft Starting Technology of AC M otor

HAO Shu-rong
(Liaoning Design and Research Institute ofWater and Power Survey，Shenyang 110003，China)

The paper presents the soft starting technology of AC moter，incluaing the principle，sort and starting form．Reliability and security of several the soft starting techrologies and traditional starting technologies and impact to the electric netwook are compared．Analyzesmerits and demerits of the soft starting technology．Application and development of the soft starting technology of ACmotor are explained．

soft starting technology;ACmotor;principle;form

TM 34

B

1004－289X(2013)03－0013－03

2013－05－10