电动机软起动控制工作原理、控制电路组成及工作特性曲线

随着电力电子器件的参数性能的提高使用电力电子器件构成的软起动电控设备的故障率大大降低,甚至比传统的电控设故障率还低，基本做到了免维护运行。在电网容量小、电动机功率较大时或需要软起动的场合应首选软起动电控设备。因此，软起动电控设备已经成为大中型电动机起动的主流设备。2、工作原理软起动器控制是将电力电子，与自动控制技术相结合的设备，主电路与控制电路的相互关系如图1所示，主电路用三组反向并联晶闸管串接于供电电源与被控电动机之间。设备起动时，由电子控制电路控制晶闸管的导通角，使加在电动机端的电压由低到高逐渐升高，电动机转速随之逐渐升高，直至达到额定转速，实现电动机的软起动。设备停机时，则控制晶闸管的导通角，使电动机的端电压由全电压逐渐下降至零，实现软停车。图1软起动器的主电路图1软起动器的主电路3、软起动的优点异步电动机在直接起动时，施加额定电压，起动电流将达到5〜7Ie，这样大的电流将会给供电系统造成很大冲击，所以，除了小容量电机外，一般都采取不同起动方式以降低电动机的起动电流，传统的方式有Y-△起动、串电抗器起动、自耦变压器起动、延边三角形起动等。传统的方式，在电动机起动的过程中，都有一个线圈电压切换的过程,因而对电网存在“二次冲击”软起动设备控制则不存在该现象。常用起动方式电流曲线如图2所示。图2常用起动方式电流曲线4、软起动的类型不限流软起动特性曲线见图3起动时，使起动电流以一定斜率不断上升，直至起动完毕，期间对起动电流不加任何限制，应场合：重载起动。小斜率软起动起动特性曲线见图。这种起动的特点是电流上升速率缓慢di/dt变化率小。适应场合：对电机转矩，速度变化敏感的场合。例如：小张力绕线机构。

阶跃恒流起动见图4。起动一开始在极短的时间里，使晶闸管接近于全导通，然后恢复至极小导通角，进行正常的恒流软起动，适应场合：起动时静摩擦力矩较大的场合。恒流软起动特性曲线见图2中软起动曲线,起动时，电流以一定的斜率上升至设定值，其后维持恒定。直至起动结束，适应场合：绝大多数应用场合。图4阶跃恒流起动图图4阶跃恒流起动5、 停车停机时，控制晶闸管导通角以一定的斜率减小，使电机端电压逐渐下降至零，减缓了电机停车时对机械负载的冲击，下降斜率无级可调特性曲线见图5，还可根据需要引入电流负反馈。目前比较常见的软停车时间范围在0—60S。6、 软起动器的应用(1)将断路器，软起动器，旁路接触器和控制电路组成电动机控制中心(MCC)，这是目前最流行的，推广最多的做法原理见图6。其特点：在起动和停车阶段，晶闸管投入工作，实现软起动，停车，起动结束，旁路接触器合闸，将晶闸管短接，电机接受全电压，投入正常运行，此种组合的优点是，运行期间，电机直接与电网相连，无谐波；旁路接触器还可以作为一种备用手段，紧急关头或晶闸管故障时，使电机投入直接起动，增加了运行的可靠性，应用场合；绝大多数工况适用。WISTINHXMTrx.'WISTINHXMTrx.'图5软起动和软停方式特性 图6MCC原理图软停车，在泵类负载系统中，例如，高扬程水泵，大型泵站，污水泵站，电动机直接停车时，在有压管路中，由于流体的运动速度发生急剧变化，引起动量急剧变化，管路中出现水击现象，对管道、阀门与泵形成很大的冲击，此即“水锤”效应，严重时，会对大楼产生很大的震撼与巨响，甚至造成管道与阀门的损坏。采用软停车，停车时软起动器由大到小逐渐减小晶闸管的导通角，使被控电机的端电压缓缓下降，电机转速有一个逐渐降低的过程，这样就避免了管路里流体动量的急剧变化，抑制了“水锤”效应。正反转无触点电子开关。软起动器串接于供电电源与被控电机之间，当晶闸管全导通时，电机得到全电压，晶闸管关断时，电机被切断电源，其作用类似于一个无触点电于开关。如果再增加二组反并联晶闸管，组成如图7的电路，当A］、B］、C2三组晶闸管投入运行时，三相电源L］、L2L3与电机的U、V、W端相连，电机顺时针旋转，那么当A2、B］、C］三组晶、闸管投入运行时，由于电机输入反相序电源而逆时针旋转，交替的使上述二套晶闸管配置投入运行，即可实现被控电机的正反转运行，由于不使用接触器切换电源，故设备可靠性很高。应用场合：需要频繁正反转的金属型材轧制机构。图7正反转无触点电开关软起动器与PC结合组成复合功能。以一台PC程控器与两台或多台软起动器组合，可完成一用一备或两用一备，甚至多用多备的方案，与PC结合，可同时实现软起动、软停车，一用一备，与中央控制室组成遥控监视系统。在许多大型排水系统中，平时排水量不大，仅要求少量排水泵投入运行，有时则要求根据水位，逐级增加投入的水泵，直至全部水泵投入运行；反之，则要求逐级减少运行的水泵数量。其结合的方案有二种：其一如图8。该方案采用一台PC控制一台软起动器，软起动器始终与一台电机相连。当需要时，PC控制首先起动电机M］,起动结束，合上旁路接触器KMl0,使电机直接与电网相连，然后通过接触器KM］”使软起动器与该电机分离，与下一电机相连，由PC控制起动下一台电机m2。此方法可以根据上下水位逐一起动各台电机，停机时，除与软起动器相连的电机可以实现软停车外，其余电机都是直接停车。

图8图8软起动器与程控器联合控制多台电机图9软起动与程控器联合控制该方案优点：—次投资省，控制柜结构紧凑。缺点：一旦软起动器故障，会影响到全部电机的起动与运行。其二如图9。该方案每一台电机均配一台软起动器，由PLC程控器根据水位或其他控制量依次逐一起动各台电机，直至全部投入运行；反之，则逐一关闭各台电机。该方案优点：可靠性比前一方案高，即使有一台软起动器故障，也不会影响其他电机的运行，如果PC程控器发生故障，不能进入自控状态，那么采用柜前手动操作的方式，照样可使各台电机投入工作。7。与变频控制器的比较软起动器与变频控制器均使用晶闸管模块作为执行器件。成本上变频器要比软起动器高，变频器由于可以无级调速，目前在需要调速的场合已取代了原先直流电机占据的位置，例如，目前大力推广的生活住宅恒压供水系统，广泛使用变频器。但是在某些工况下变频器也有弱点。目前的变频器，无论是交—直—交还是交—交变频，在工作过程中，始终产生谐波，为了减轻对电网的污染，必须增加滤波措施。其次，变频器的输出，与电网电源已经不是同相同序的关系，因此在诸如图10的方案中，不能在变频器尚未与电机分离前，先合上旁路接触器，必须先将变频器与电机断开，再合上旁路接触器，否则，会烧毁变频器的执行器件，这样，电机短时间内会经历—个全电压—断电—全电压的再起动过程，对转速稳定性要求较高的场合，显然不能使用这样的方案。软起动器的成本比变频器低，它仅在起动与停车时投入运行，起动结束，合上旁路接触器，电机直接接受电网电压，因而运行期间不存在谐波的问题，其次，起动结束，晶闸管全导通，相当于一个电子开关合闸，导通电阻极小，两端的压降在1一2V之间，因而并联的接触器由于同相同序，合闸没有问题，电机不存在瞬间断电的问题。另外，如果遇到负载过重，需强行起动，而原设定电流不够大时，通过提前使旁路接触器合闸，让电机得到全电压，可以确保顺利起动。可以看到变频器、软起动器各有自己的忧缺点，在需要凋速的场合，宜优先考虑变频器，