软启动器在三相异步电动机中的应用

【摘要】三相交流异步电动机具有结构简单、价格便宜、维护方便等优点，在煤矿机械中应用广泛。三相交流异步电动机直接连接起动时，将会产生更大冲击的电流值，这样大的起动电流对电动机、线路有很大危害。如果使用软起动器起动，则能克服上述不足。

【关键词】软启动器；三相交流异步电动机；起动

前言

电动机的起动过程是指电动机连接到电网后，从静止状态到稳定运行状态的过程。这个起动过程非常短暂，通常只有几分之一秒到几秒。要想衡量一台电动机起动性能的好坏，主要看能否达到以下性能要求：（1）起动转矩Tst：当电动机拖动负载时，其起动转矩要大于负载转矩并且起动转矩越大越好，这样能保证起动过程很快结束。（2）起动电流Ist：在满足起动转矩要求的前提下，起动电流越小越好。如果起动电流过大，对电网来说，会使线路压降增大，特别是电源容量较小时，造成电压显著下降而影响接在同一电源上的其他负载的正常运转。（3）起动平滑，即要求起动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。

软起动器实现了电机起动过程中的无冲击及平滑的起动。软起动器能够改变电机的起动特性，降低起动冲击电流，保证电机可靠起动。下面介绍一下软启动器在三相异步电动机中的应用。

1软起动器的起动原理

软起动器由6个大功率晶闸管两两反向并联组成，串接于交流异步电动机的三相供电线路之上，作为开关元件。当电机起动时，由电子电路输出晶闸管触发信号，控制晶闸管的导通角，控制电机的端电压，以设定的速度逐渐升高，一直升到额定电压。可实现以最小的起动电流起动电机，减小电流对电网的冲击。当电动机起动完成并达到额定电压时，通过单片机发出控制信号，使三相旁路接触器闭合，电动机直接投入电网运行，从而实现了节能。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，通过控制晶闸管的导通角，使电机端电压慢慢降低至零，从而实现软停机。

1.1软起动器的主要功能特性

（1）采用PIC单片机全数字智能控制。

（2）通过软起动器输出电压平稳升降和无触点通断，实现电机使用最小起动电流，得到最佳转矩，平稳起停。

（3）减小电流对电网冲击可以降低设备的震动噪声问题，也可以降低起动机械的应力。在寿命上，可以延长电动机与电动机设备寿命。

（4）多种起动方式可供选择（斜坡、恒流、恒压、突跳起动）。

（5）具有三相电源缺相保护、可控硅短路保护、过热保护、起动过流保护及起动超时保护。

（6）所有参数均通过键盘进行设置，并中文液晶显示（有些通过代码显示）。

（7）主回路设有阻容吸收回路及过压保护回路，对可控硅进行保护。

1.2软起动器的相关参数

1.2.1起始电压Us

电动机在起动过程中，输出力矩与电压密切相关，电压越大，输出力矩就越大。软起动中当电压输出较低时，电机力矩小于负载静摩擦力矩，不能使电动机带负载转动。电压如果变大，则电动机将克服负载力矩的静摩擦力与惯性，带负载开始转动。起动电压Us经键盘进行设置。

1.2.2相关达速电压Ur

在电动机和电压Ur参数问题分析中，输出电压Us将按照一定斜率上升，电机在不断进行加速。电压达到Ur时，说明电机达到了额定转速，达速电压就是此时的Ur。在一般情况下，电动机的软起动器在转动过程中，将产生自动检测达速电压。在电压达到额定值时，电机将切换到运行的最佳状态。

1.2.3软起动器中的起动时间Ts

起动时间Ts决定了软起动器输出电压上升的快慢。起动时间Ts越长，软起动器从起始电压开始上升越缓慢；Ts越短，上升越快。根据实际电机起动时间以及负载大小，在正常情况下，产生的时间应该小于Ts。当软起动器的实际起动时间超过所设定起动时间时，将报软起动器起动超时故障。起动时间Ts由键盘设置。

2.1相关恒流模式

通过限流实现软起动，通过对电机端电压（参数中起始电压）的控制，电机的起动电流被限制在Imax内（远比全压起动小），同时，电机的转速平缓增长，直至完成起动问题。其优点是起动电流小，且可按需要进行调整，故对电网影响小；但由于在起动时难以知道所需起动压降，所以不能充分利用压降空间，因此会损失部分起动力矩。

2.2斜坡模式

电压斜坡控制由2个基本参数起始电压Us和起动时间Ts组成。当电机起动时，软起动器开始输出起始电压Us，此后电压沿一给定斜率，经过给定的起动时间Ts，根据负载大小，自动调节起动过程，达到额定电压。此方式优点是将传统降压起动由有级变成无级；其主要缺点是初始转矩较小，起动时间较长，转矩特性就是抛物线型上升的。

2.3脉冲突跳模式

3软起动器以及传统降压起动相关分析

3.1恒流起动与相关可平滑调节

可实现恒流起动，即软起动器可引入电流闭环控制，使得电机在起动过程中保持为恒流，确保了电机平稳起动。相关可平滑调节问题，即软起动器能够据负载情况与电网继电保护特性进行选择，可以自由地无级调整到最佳起动电流。

3.2软起动器中的无冲击电流问题分析