电机软启动器的原理与应用

2005 年 3 月 农 机 化 研 究 第 2 期 - 205 - 电机软启动器的原理与应用 杨 伟，吴茂刚 （辽宁大学 高等职业技术学院，辽宁 沈阳 110036） 摘 要：小容量轻载异步电动机在农村市场的应用极其广泛。电动机软启动器一般以大功率双向晶闸管构 成三相交流调压电路，以微处理器及信号采集、保护环节构成控制器，通过控制晶闸管的触发角，调节晶 闸管调压电路的输出电压，实现电动机的无触点降压软启动、软停车和空载、轻载的节能及保护功能。为 此，通过对软启动方式与传统的启动方式进行比较，来 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 软启动器的特性。 关键词：电气工程；软启动器；应用；节能 中图分类号：TM301.2 文献标识码：A 文章编号：1003─188X(2005)02─0205─03 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型电机控制装置， 国外称为 soft-starter。其特点是电动机转矩近似 与定子电压的平方成正比。用软启动器启动电机时， 晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直 至晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特 性上。 1 软启动简述 1.1 软启动和一般降压启动的区别 在电动机启动时，降低加到电动机定子绕组的 电压可以减小电动机的启动电流。一般降压启动是 指电动机在启动过程中加在电动机定子绕组的电压 变化是瞬间突变的，主要有“Y—△”降压启动和自 藕变压器降压启动等；而软启动是使用调压装置在 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的启动时间内，自动地将启动电压连续、平滑 地上升，直到达到额定电压。 异步电动机的机械特性可用 )(Mfn = 来表示， 其特性曲线如图 1所示。 从图 1中看出，若采用一般降压启动，假设启 动 电 压 eUU 5.0= ， 则 电 动 机 启 动 时 的 转 矩 为 0.25mM ，即启动时的转矩只有电动机最大转矩的 1 ／4。如果在此时将电压 U 加大到电动机额定电压 eU ，则电动机的转矩一下子就从 1／4跳到 mM ，这 样的启动过程是跳跃的、不平滑的，所以又叫作硬 启动，对生产 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 要求稳启动的场合不宜采用。而 软启动从初始电压开始电压连续平稳地增大。从图 1中的 0.5eU 的那根曲线连续平滑的不断向右平行 移动，一直平稳到与额定电压 eU 那根曲线重合时为 止，那么电动机的转矩就会平滑地增大，一直到转 矩为最大值 mM 时为止，启动过程也就结束。这样， 在启动过程中电动机的转矩是平滑的而不是跳跃 的，启动过程是平稳的，所以叫软启动。软软启动 主回路如图 2所示。 电动机转矩 M n —电动机转速 0n —电动机空载转速 M —电动机转矩 eU —电动机额定电压 mM —电动机最大转矩 mS —电动机在最大转矩时的转差率 图 1 异步电机在不同端电压下的机械特性 图 2 软启动主回路 当电机启动时，由电子电路控制晶闸管的导通 角使电机的端电压以设定的速度逐渐升高，一直升 到全电压，使电机实现无冲击启动到控制电动机软 收稿日期：2004-05-24 作者简介：杨 伟（1964-）,男，辽宁辽阳人，讲师，研究生。 3～M B C A KC 0.25Mm 0.6Mm Mm Sm 0.5Ue 0.8Ue Ue 0 n0 电 动 机 转 速 n 2005 年 3 月 农 机 化 研 究 第 2 期 - 206 - 启动的过程。当电动机启动完成并达到额定电压时， 使三相旁路接触器闭合，电动机直接投入电网运行。 如果是轻载，则在正常运行时，也保持所需的较低 端电压，使电机的功率因数升高，效率增大。在电 机停机时，也通过控制晶闸管的导通角，使电机端 电压慢慢降低至 0，从而实现软停机。 1.2 软启动的特性 (1) 启动电流以一定的斜率上升至设定值，对 电网无冲击。 (2) 启动过程中引入电流负反馈，启动电流上 升至设定值后，使电机启动平稳。 (3) 不受电网电压波动的影响。由于软启动以 电流为设定值，电网电压上下波动时，通过增减晶 闸管的导通角，调节电机的端电压，仍可维持启动 电流恒值，保证电机正常启动。 (4) 针对不同负载对电机的要求，可以无级调 整启动电流设定值，改变电机启动时间，实现最佳 启动时间控制。 1.3 软启动的类型 (1) 不限流软启动(见图 3所示)。启动时，使 启动电流以一定斜率不断上升，直至启动完毕，期 间对启动电流不加任何限制。这种启动方式因为没 有对启动电流进行限制，所以对电网冲击较大，一 般不使用，适应重载启动场合。 t 图 3 不限流软启动和小斜率软启动 (2) 阶跃恒流启动（见图 4所示）。启动一开始 在极短的时间里，使晶闸管接近于全导通，然后恢 复至较小导通角，进行正常的恒流软启动。适应场 合：启动时静摩擦力矩较大的场合。 图 4 阶跃恒流软启动 (3) 小斜率软启动（见图 3所示）。这种启动的 特点是电流上升速率缓慢，di／dt 变化率小。适应 场合为对电机转矩、速度变化敏感的场合，如小张 力绕线机构。 (4) 恒流软启动（见图 5所示）。启动时，电流 以一定的斜率上升至设定值，其后维持恒定，直至 启动结束。适应场合为绝大多数应用场合。 t 图 5 恒流软启动 2 各种启动方式的时比 因异步电动机具有结构简单、体积小、价格低 廉、运行可靠、维修方便、运行效率较高及工作特 性好等优点，在电力拖动平台上广泛使用。但是， 它有启动电流大的缺点(一般启动电流为额定电流 的 4～7倍，部分国产电动机的启动电流经过实际测 量高达额定电流的 8～12倍)。过大的启动电流对电 动机本身和电网以及其他电气设备的正常运行会造 成不利影响，会在电动机轴上产生瞬时的过大转矩 （可达电机满载转矩的 1.6～2.0倍），扭曲电机轴、 破坏键槽、损坏和轴联接的其他设备，使电机发热 影响其寿命，供电线路电压损失增大，可能使并联 于同一供电线路上的其他电气设备的正常运行遭到 破坏。 国家有关部门早有明确规定，电动机启动时电 网电压降不能超过 15%。对于容量较大的电动机， 应采取 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 降低电动机的启动电流。通常异步电动 机总是在全电压下运行。电动机从空载到满载，磁 场几乎不变。因此，磁化电流在所有负载下近似地 相同。 通过比较异步电机的各种启动方式（如图 6所 示），可以看出：当电机全压启动时，对电网的冲击 最大，冲击时间也最长；而通常使用的降压启动也 就是硬启动，对电网的冲击虽比较小，但是由于涉 及到一个线圈电压切换过程，所以出现二次冲击的 不利环节；软启动由于在启动前设定了一个不对电 网产生影响的启动电流，电流是缓慢增大至设定电 流，故无冲击电流，对电网的影响最小，并且能消 I 恒流软启动 0 阶 跃 恒 流 软 启 0 t I 小斜率软启动 不限流软启动 0 I 2005 年 3 月 农 机 化 研 究 第 2 期 - 207 - 除启动力矩的冲击。 t 图 6 各种启动方式对电网的影响 3 电动机软启动器的节能原理 电动机如在轻载时，适当地降低定子线圈的电 压，则定子电流中的无功分量 mI 将减小，从而使电 动机的功率因数上升。 从电动机软启动器的节能效果分析异步电动机 的损耗分为以下 5个部分： (1) 铁耗 FeP 。 'FeP » eFP 2 n1 1 ) ' ( U U ，显然铁耗随 1U ¢的 下降而下降。 (2) 机械损耗 Pmec。反映摩擦和风阻等机械损 耗，与机械特性有关。在不调速异步电动机中，机 械特件一般都比较硬，运行点在小滑差范围内变化。 当降压时，输出转矩不变，转差率 S略微有增加， 机械损耗降低不多。 (3) 转子铜耗 2uC P 。由于电压 1U ¢的降低导致气 隙磁通 F 下降，而电磁转矩 mT 正比于 2 ' 2 cosfIF × 。为 了保持 emT 不变，则转子电流将增加，从而引起转子 铜耗增大。降压时有 ' Cu2 P » 2Cu P 2' 1 N2 )( V V 2N ) 1 1 ( S S - - (4) 定子铜耗 2Cu P 。电压降低时 '2I 增加而 mI 下 降，因此，定子电流 1I 是增加还是下降取决于 mI 与 ' 2I 的大小比例关系。所以，定子损耗在降压运行时 的变化是不确定的。 (5) 附加损耗 adP 。有 adP 主要有两部分：一部 分与磁路中局部饱和程度相联系，可视为与定子线 圈感应电势 )( 11 UE µ 的平方成正比；另一部分则为载 流导体周围的杂散损耗，近似与 1I ¢成正比。 由以上分析可见，在满足以下条件时，异步电 动机在轻载降压运行时可达到明显的节能效果：一 是电动机铁耗在总损耗中所占的比重较大；二是空 载电流 0I 较大，且在低负荷运行时， 0I 仍在 1I 中占 较大的比重；三是电机电源电压偏高。 一般负载率大于 30%时节能效果已不明显，不 宜采用节能模式。实际上，由于电动机的型式、容 量不同以及被拖动负载的性质和工作状态不同，节 能效果都不一样，不可一概而论。由于在电动机空 载或轻载时，采用软启动器的节能模式可提高电动 机的功率因数，并减少输电线路和供电变压器的损 耗，因此起到节能作用。 4 结论 由于我国在农业上所使用的电机绝大部分是小 容量轻载异步电动机，故如采用软启动器不仅减小 对电网的冲击，而且由轻载节能带来的经济效益也 很可观。相信异步电机的软启动技术必将在农村电 力拖动领域有广阔的应用前景。 参考文献： [1] 许宏纲.软起动器原理及应用[J].能源技术,2002, (6):132-135. [2] 姚 剑.电机软启动技术在电机控制中的应用[J]. 化工设备与防腐蚀,2002,(10):331-340. [3] 吕树清.电机软启动器的节能功能及应用分析[J]. 中小型电机,2001,(6):43-44. The Principle and Application of Motor Soft Starter YANG Wei, WU Mao-gang (Higher Vocational and Technical College, Liaoning University, Shenyang 110036, China) Abstract：Small power asynchronous motor with low load has very extensive application in rural area. Through comparison of soft-start method and traditional start method, This paper analyses the characteristic of soft-starter, infers soft-starter can alleviate extremely impact on electrical network and electrical devices made by motor, and it can operate in energy-saved. Key words：electric engineering; soft-starter; application; energy-saved I 全电压启动 一次冲击 电流 软启动 二次冲击电流 星－三角形启动 0 起动电流有波动