三相异步电机的软启动及回路设计

文翔

摘    要：软启动器是目前性能比较好的电动机启动控制设备，本文简要介绍了电机软起动的方式、特点以及设计注意事项。

关键词：电动机;软启动;启动电流;启动转矩

1  软启动概念

电压由零慢慢提升到额定电压，电机在启动过程中的启动电流可以控制并且可根据需要进行调节，同时电机启动的全过程避免冲击转矩而平滑的启动运行，这就是软启动。

2  电动机启动方式现状

电机全压启动时过高的启动电流会造成电网冲击，给电网造成过大的电压降;。过大的转矩冲击将造成机械应力冲击，影响电机本身及其拖动设备的使用寿命。因此，通常总是力求在较小的启动电流下得到足够大的启动转矩，为此就要选择合适的启动方法。

对三相鼠笼式异步电动机的启动电流的限制，通常有定子串接电阻启动、Y-△启动、自藕变压器降压启动、延边三角形启动。而对绕线式交流电动机，常采用转子串接频敏变阻器启动、转子串电阻分级启动。这些传统的启动方法在负载工况、负载电压等级、自身经济性及结构性等方面存在一定制约。

随着电力技术的不断发展，利用晶闸管交流调压技术制作的软启动器，以及采用微控制器代替模拟控制电路发展而来的电子软启动器在工业领域得到越来越广泛的应用。

3  软启动的特点

电子软启动器相对于传统的启动方式，其突出的优点体现在：

（1）电力半导体开关可以实现无级调节，能够连续稳定调节电机的启动。

（2）冲击转矩和冲击电流小。软启动器在启动电机时，是通过逐渐增大晶闸管的导通角，使电机启动电流限制在设定值以内，因而冲击电流小，可控制转矩平滑上升，保护传动机械、设备和人员。

（3）软启动器可以引入电流闭环控制，使电机在启动过程中保持恒流，确保电机平稳启动。

（4）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的启动电流，节省电能。

（5）由于采用微机控制，可在启动前对主回路进行故障诊断，且数字化的控制具有较稳定的静态特性，不易受温度、电源电压及时间变化等因素的影响，因此提高了系统的可靠性，有助于系统维护。

（6）软启动器能实现计算机通讯控制，为自动化控制打下良好的基础。

4  软启动的启动方式

软启动一般有下面几种启动方式：

（1）斜坡升压软启动：这种启动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是在电机启动过程中不限流，可能产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。

（2）斜坡恒流软启动：这种启动方式是在电动机启动的初始阶段启动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直至启动完毕。启动過程中，电流上升变化的速率可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则启动转矩大，启动时间短。该启动方式适用于风机、泵类负载的启动。

（3）阶跃启动：即以最短时间使启动电流迅速达到设定值。通过调节启动电流设定值，可以达到快速启动效果。

（4）脉冲冲击启动：在启动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流启动。该启动方法适用于重载并需克服较大静摩擦的启动场合。

5  低压软启动回路的设计

5.1  软启动器

软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备，实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机，可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的各种参数，如限流值、启动时间等。软启动器用于电机启动，启动过程结束，软启动装置退出，所以软启动器一般是短期工作制。

5.2  软启动器选型

除了技术、性能、价格比较外，还要考虑设备现场的电网容量、设备启动负荷轻重、启动频繁程度等具体条件。对于水泵类启动负载较轻的设备，可选择功能简单、价格较低、操作方便的软启动器，这类设备根据电动机额定功率，选用样本规定的相同容量的软启动器就能满足需要。对于大型风机、破碎机等启动负荷比较重的设备，应该选用启动功能比较多、有限流启动功能、自身保护比较齐全的软启动器。尤其功率比较大的设备（160kW及以上），最好选用启动功能比较全的高性能软启动器。

5.3  隔离器和熔断器选择

软启动柜中的隔离电器，可以选用隔离开关也可以选用具有隔离功能的塑壳断路器。如需达到1型协调配合要求，可选用电动机保护用断路器或塑壳断路器，如需达到2型协调配合要求，即短路条件下不对人及设备产生危害且能够继续使用，则需要选用快速熔断器。

5.4  旁路接触器的选择

软启动结束时电动机已在额定电压上运行，所以按电动机的额定电流选用交流接触器就能满足要求。要注意的是在配柜接线时，做到软启动器与接触器同相连接，不要接错相序。

5.5  过负荷保护装置的选择

软启动装置的过负荷保护装置应该选用具有过载保护、断相保护和温度补偿功能的热过载继电器。具体选用时，要使电动机的工作电流在热元件整定电流范围以内。工作时容易过载的设备，要使电动机的额定电流值靠近热元件整定电流范围的下限。

5.6  变压器负载能力及保护整定值校验

在软启动装置选用时除注意上述要求外，还要注意为设备供电的变压器的负载能力。如果事前变压器已接近满载，要慎重选用软启动设备。尤其是要增设功率比较大的设备时，更要核对校验变压器的荷载能力和保护的整定值。

增加软启动设备后，变压器二次侧断路器的短路短延时脱扣器的整定值Ir2为：

计算出的Ir2应小于变压器二次侧断路器现在的实际短路短延时脱扣器的整定值;否则，在新增加设备启动时，变压器二次侧断路器要分断跳闸。造成软启动器选用失败。

6  二次控制回路设计

软启动的二次控制回路的设计与常规电机控制最大的区别在于要弄清楚软启动器本身的工作原理，然后将软启动器的内部接线与二次回路的接线相结合，充分利用软启动器本身的保护功能。需要特别注意两点：软启动器是否自带旁路接触器;启动结束后软启动的保护功能是否随软启动器的切除而继续有效。这两点对于二次控制回路的设计及一次保护回路的配置都有着重要影响。

7  结束语

软启动器具有启动转矩大、可调节、启动时间短、有软停机功能、元件少维修量小等优点，是性能比较好的电动机启动控制设备。但需要指出的是：科技进步带来的产品更新换代是一个趋势，软启动器作为填补星-三角启动器和变频器在功能实用性和价格之间的鸿沟而研发的产品，随着变频器产品的升级换代以及成本的逐渐下降，将逐渐被变频器所替代。

参考文献：

[1] 刘锦波，张承慧等.电机与拖动第一版[M].清华大学出版社，2006.

[2] 李晓钢.异步电动机晶闸管软起动器的应用探讨[M].企业技术开发，2006.

[3] 徐甫荣.交流异步电动机软起动技术[M].国家电力公司热工研究院，2003.