浅析异步电动机软启动技术

蒙江洪

【摘 要】异步电动机由于结构简单、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个领域。文章对异步电动机的软启动现状、原理、特点进行详细的分析，并对其发展的方向进行展望。

【关键词】异步电动机；软启动；现状；特点；原理；发展

【中图分类号】TM343 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）04-0040-03

作为重要的动力装置，电动机被广泛应用在工业、农业、交通领域。直流电动机的调速在过去一直占据统治的地位，但由于其自身结构限制，无法适应迅速发展的时代的需求，尤其是换向器的机械强度不足，电刷容易被磨损等。在这一基础上，交流电动机应运而生。相对传统的电动机，其结构简单，便于操作，价位较低，更加的坚固耐用，惯量较小，运行可靠，在工业生产中应用广泛，在现代工业中发挥着越来越重要的作用。

1 软启动的现状分析

随着时代的发展，直流电动机逐渐退出历史舞台，交流电动机的优势逐渐体现，但是异步电动机的启动过程中却存在着一些弊端无法克服。在交流转动系统中，异步电动机投入电网，转速由零开始迅速上升，直到达到稳定的过程，如果在这个过程中不采用任何的设备装置，直接加额定电压到定子绕组启动电动机时，电机的启动电流可以达到额定电流的48倍，转速也能在短时间内由零上升到额定的转速。而三相感应电动机在启动过程中，转矩的冲击非常大，可以达到额定转矩的2倍以上。过大的电流将会导致电网受到严重的冲击，造成电压降落，降低电网的电能质量，影响其他设备的正常运转，转矩过大也将导致机械应力冲击，缩短电机本身及其拖动设备的使用寿命，因此在一般情况下，力求在较小的启动电流下，获得足够的转矩即可。这就要求选择最佳的启动方式，要根据环境、设备、技术工艺水平来决定。本文以三相异步电动机为例进行分析。

根据其自身的结构和特点，可以采用定子串接电抗器启动、Y—△启动、自耦变压器启动、延边三角形启动等方式。绕线式的交流电动机一般主要采用转子串接频敏变阻器启动、转子串电阻分级启动的方法。但这些启動程序存在着一定的不足，有待进一步完善。

（1）定子串接电阻启动的能耗较大。主要原因是由于其外接电阻，造成有功损耗增加，尤其是对中型、大型异步电动机而言，经济费用较高，所以其应用不够广泛，主要应用于空载和轻载中。

（2）Y—△启动存在着一定的难度。相较于其他方式，其操作简单，仅需一个Y—△开关即可实现，但是需要将电动机的定子绕组6个出线端全部引出来，这对高电压的电动机存在着一定的难度，因此主要应用于△接法380 V电动机。

（3）自耦变压器启动价位高。相较于其他的启动方式，自耦变压器在启动电流相同时，启动转矩损失非常小，而且相对其抽头也更加灵活，在符合特定条件的前提下，其可以拖动较大的负载启动，其缺点是价位高、体积大，无法负责重负载的启动。

（4）延边三角形启动需要专门的设计。采用延边三角形启动方式，绕组切换非常简单，不需要专门的启动装置，但是，电动机的定子绕组不但为△接，同时还有抽头，需要进行专门的设计，在完成后不可任意的变动，造成工作的不便。

近年来，我国的电力电子技术迅速发展，尤其是集成电路、微机处理技术等新一代电力电子技术迅速发展，大大改善了异步电动机启动中的电流过高、启动转矩过小的问题，促进了电力系统的发展。进入20世纪70年代，利用晶闸管交流调压技术生产制作的软启动器迅速推广应用，同时采用微控制器代替模拟控制电路，推动了现代的电子软启动器的快速发展。

2 软启动的基本原理

软启动是指运用串接于电源与被控电机之间的软启动器，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，直至启动结束，赋予电机全电压的启动方法。软启动器是一种集电机软启动、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。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。软启动的基本原理如图1所示。

3 软启动器运行特点

3.1 斜坡恒流软启动

电动机启动时，软启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的情况下，电压逐渐上升，电机加速，直到启动完成。如图2所示，Iq可调，Ie为电机额定电流。此方式的优点是启动电流小，且可按需要调整，对电网影响小。缺点是在启动时难以知道启动压降，不能充分利用压降空间；损失启动力矩，启动时间相对较长，对电动机不利。

3.2 斜坡升压软启动

斜坡升压软启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。它是将传统的降压启动从有级变成了无级，主要用在重载启动。它的缺点是初始转矩小，转矩特性抛物线性上升对拖动系统不利，且启动时间长对电动机不利（如图3所示）。

3.3 阶跃启动

阶跃启动主要是用在重载启动，不同的是在启动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，缩短启动时间。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其他负荷，应用时要特别注意（如图4所示）。

4 软启动器的控制接线

以英杰电气有限公司的KRQS系列为例。

4.1 KRQS110/P型软启动器基本接线示意图

KRQS110/P型软启动器基本接线示意图如图5所示。

4.2 KRQS110/P型软启动器基本接线原理图

KRQS110/P型软启动器基本接线原理图如图6所示。

5 软启动的特征优势分析

相较于传统的软启动器，电子软启动主要有以下几个独特的优势。

5.1 實现了连续稳定的调节电动机启动

采用电力半导体开关进行电子软启动开关的设置，其最大的优势是无电弧开关和电流具有连续性，可以实现连续稳定的调节，相较于传统的分档调节，优势十分明显。

5.2 产生的冲击转矩和冲击电流小

电动机启动时，软启动是通过增大晶闸管的导通角而实现的，限制电机启动电流在一个固定值之内，产生的冲击电流非常小，控制其平滑上升，保护了传动机械、设备和人员。

5.3 提升了电动机启动的平稳性

软启动器可以引入电流闭环控制系统，保持启动的电流恒定，保持平稳启动。

5.4 增强电流的选择性

可以根据负载的不同情况及电网继电保护特性进行选择，调整电流的级别，达到最佳电流，节省电能，减少损耗。

5.5 增强系统的稳定性

随着科学技术的发展，计算机控制系统逐渐走进各行各业，大大改善了工作的效率。微机控制启动程序，在启动前可以对主回路进行故障的诊断，相对传统的控制程序更加稳定，受到外界因素影响的效率低，提高了电力系统的稳定性，便于进行系统的维护。

5.6 为自动化控制奠定良好基础

采用软启动，实现了计算机通信的控制，为实现自动化控制奠定了基础，促进了电力系统的发展。

6 软启动的发展方向探析

6.1 近期目标

在一段时间之内，软启动仍将以多种形式的降压、限流为主要形式。理论上看，性价比高的产品必将占据主要的市场空间。但是，根据使用的具体环境不同，其对设备的需求方向也各有不同，因此只要性价比好，任何的产品都可能抢占市场。

6.2 长远目标

不难看出，变频软启动在未来必然成为软启动的主流。随着其不断地发展，价位的降低，可靠性也将得到提高，占据未来软启动市场的必将是具有软切换功能的低价变频器。

7 结语

综上所述，我们相信异步电动机软启动必将随着科学的进步而迅速发展，推动整个电力系统的发展与完善，实现长远的发展目标。三相异步电动机的软启动方式很多。随着技术进步的加速，各种新的软启动控制方式也脱颖而出，比较各种软启动方式的优缺点，可从中选择出适合特定应用场合的最佳软启动方案。软启动器作为新一代的工业控制装置，以其优越的启动性能而广泛应用于冶金、化工、电力、煤炭、水利、轻工等各个行业。

参 考 文 献

[1]王宏华.高压大功率异步电动机软启动技术综述[J].机械制造与自动化，2014（10）.

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[4]冒海峰，朱桂平.异步电动机软启动技术探讨[J].硫磷设计与粉体工程，2004（5）.

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