软启动器启动过流跳闸原因分析

刘艺

（江西新余钢铁集团公司第一设备检修厂，江西新余338000）

软启动器启动过流跳闸原因分析

刘艺

（江西新余钢铁集团公司第一设备检修厂，江西新余338000）

采用一拖一智能软起动器降压启动方式用于启动3台水泵电机，出现软启动器上电待机时，软启动器负荷侧出现较大感应电压，启动水泵时，空器开关速断跳闸，分析跳闸原并给出处理方法。

软启动器；感应电压；跳闸故障

0 引言

三相异步电机在直接启动时会产生很大的启动电流，随不同的负载和电机配置，启动电流能达到额定运行电流的4～7倍，有些甚至达到十余倍。如此大的启动电流会对电网产生很大的冲击，也会影响设备的寿命，同时供电电源峰值的增加更导致额外的输配电投资。采用智能软启动器启动电机，可以控制和减少启动电流，避免以上不良影响。

1 智能软启动器原理简介

智能软启动器由3组晶闸管模块构成，每组模块由两个反向并联的晶闸管组成。电网进线分别接到3组晶闸管模块的L1，L2，L3上，电机接至3组晶闸管模块的输出端T1，T2，T3上（图1）。

控制模块采集电网和电机的供电信号，并将信号送至处理器，由处理器经过计算、判断，再将指令送至功率组件，控制晶闸管的导通与关闭，从而控制电机电压。根据三相异步电机启动时电流公式（1）。

图1 软启动器原理图

式中U1——定子绕组启动电压

R1——定子绕组电阻

R2＇——转子绕组电阻的折算值

Xσ1——定子绕组漏电抗

Xσ2＇——转子绕组漏电抗的折算值

降低启动电压可以降低启动电流，从而减少启动过程中对电机产生的热冲击，降低启动冲击电流对电网造成的压降影响。根据三相异步电机启动转矩公式，见式（2）。

式中Tst——启动转矩

P——电机极对数

U1——启动电压

f1——定子频率

从公式（2）可以看出，启动转矩和启动电压U1的平方成正比，因此在降压启动中，启动转矩会迅速减小。智能功能软启动器，通过晶闸管的通断控制启动电压和启动电流，见表达式（3）和（4）。

式中m——导通m个周期

n——关断n个周期

使得启动转矩和启动电流按相同比例减小。在保证启动转矩的前提下，同时限制启动电流，可以很好地解决三相异步电机启动的冲击问题。

2 故障现象

3台水泵软起装置，曾相继出现启动时400 A空气开关跳闸故障。起初认为空气开关故障，但更换空开后故障依旧。后经仔细排查，发现智能软启动器上电待机过程中，启动器负荷端有电荷累积的现象，存在感应电压。感应电压随待机时间的延长，逐渐由0升高至170 V左右。断开电源侧空气开关后，负荷端感应电压消失，排除了外部干扰原因产生感应电压的现象。通过分时测量2#和3#水泵，得到感应电压逐渐升高的数据。

从图2可以看出，经过40 h，感应电压升高至稳定值。此时，将2#水泵停电，测量智能软启动器每组功率组件上下两端的电阻值，对比全新智能软启动器备件的电阻值，得图3结果。

从图3可以看出，3组功率组件的阻值发生了较大的变化，而且产生了3相阻值的不平衡。

对2#水泵进行停电处理，每隔2 h对2#水泵智能软启动器进行上电待机测量，测得2#水泵软起负荷侧感应电压数据见图4。

从图4可以看出，感应电压随停电时间的延长而衰减。停电约8 h左右，感应电压将会从峰值降到接近0。

3 原因分析

从以上数据得知，软启动器启动水泵时，空气开关过流跳闸的现象，是由于软启动器上电待机时，负荷端T1，T2，T3存在感应电压所致。

负荷端T1，T2，T3有感应电压时，单项交流调压等效电路如图5所示。由于晶闸管的导通角小，电流断续，而负载回路中的电阻又很小，故输出同样的平均电流，峰值电流大，因而电流有效值将比平均值大许多倍，从而导致起动电流的瞬时值激增至空气开关短过流跳闸值，从而导致故障的发生。

对于软启动器上电待机时，负荷端存在感应电压的现象，根据软启动器标准接线图（图6）可知，在智能软启动器上电待机状态时，QF闭合，软启动器源侧接通电网，功率组件（反向并联晶闸管）两端承受AC 220 V左右的电压。

晶闸管在只加电不工作的情况下（待机状态），由于半导体的特性会产生漏电流，使得软启动器负荷端带电。但正常情况下漏电流很小，积攒的感应电压平均在AC 1.3 V左右。这几台智能软启动器的晶闸管经返厂检测，晶闸管的动态阻值在长期带电运行后发生变化，导致晶闸管在关断状态时，关断漏电流的能力下降，从而使软启动器在上电待机状态时，负荷端存在过高的感应电压。

图2 2#、3#水泵感应电压逐渐升高趋势

图3 2#、3#水泵功率组件阻值变化

4 解决方案

将软启动器返厂更换晶闸管，然后安装，启动水泵，启动过程正常，故障排除。断电测量其功率组件阻值为0.61 MΩ，上电测量其待机状态负荷侧感应电压为AC 1.3 V，符合正常状态值范围。

由于晶闸管的半导体“软”关断特性，即可关断电流（少量漏电流通过）不可关断感应电压，无法像开关、接触器一类的电气元件做到完全关断漏电流、感应电压，所以使软启负荷侧在上电待机状态下存在感应电压。而长期的上电待机，使功率组件（反向并联晶闸管）在关断状态长期处于AC 220 V电压下，从而导致晶闸管动态阻值变化，使得负荷侧感应电压升高。由此可见，在不排除晶闸管自身性能原因的前提下，软启动器上电待机状态时，源侧长期带电，是造成负荷侧产生较高感应电压的因素之一。

在智能软启动器源侧与电网之间加入三相接触器，启动电机时接触器吸合，电机停止后延时断开。用接触器来关断漏电流、感应电压，使得软启动器在上电待机状态下源侧不得电，可解决因感应电压造成软启启动时，源侧空气开关过流跳闸的故障。

〔编辑 利文〕

图5 带感应电压的单项交流调压等效图

图6 软启动器标准接线图

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.20

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