电动机软起动器的应用(转载) 点击：6192 | 回复：11
发表于：2003-05-10 13:10:00
楼主
本文作者李勇伟先生，中国新型建筑材料工业杭州设计研究院高级工程师。
关键词： 鼠笼型异步电动机 “Y－Δ”起动器 自耦降压起动器 磁控式软起动器 电子式软起动器
一 概述
随着国内经济的飞速发展，科学技术的日新月异，智能控制系统得到了越来越广泛的应用，也提出了更高的要求。作为重要驱动执行机构的电动机来说，它的控制方式受到广大技术人员的高度重视。既要为智能控制打下良好基础，又要降低电动机起动时对电网的冲击。所以，不得不在电动机的起动设备上做工作。
鼠笼型三相异步电动机软起动器的诞生为技术人员解决了这个问题。它既能改变电动机的起动特性保护拖动系统，更能保证电动机可靠起动，又能降低起动冲击，而且配有计算机通信接口可实现智能控制。
二 电动机各种起动方式的特点和比较
被选用最广泛的拖动设备，自然是鼠笼型三相异步电动机，用其进行全压起动是最简单、最经济、最可靠的起动方式。但是，当鼠笼电动机起动时，如拖动机械不能承受全压起动的冲击转矩，或其端电压降不能满足规范要求，或者电网波动影响其他负荷的正常运行时，就应采取措施采用降压起动方式。对于降压起动一般有以下几种常用方式：“Y－Δ”起动器、自耦降压起动器、磁控式软起动器、电子式软起动器。
“Y－Δ”起动器需6根出线，而且故障率太高，维修费也高，切换时会出现较高的电流转矩峰值，所以仅适用于空载或低阻性转矩起动。
自耦降压起动器的价格每千瓦为80元左右，起动时会出现大压降和高电流峰值，存在二次大的冲击电流，约为电动机额定电流(Ie)的7倍。其体积大且故障率较高，是笨重复杂的设备，维护工作量大，一般不能频繁起动。
磁控式软起动器每千瓦为120元左右，它是利用控磁限幅调压原理，对电动机进行软起动。在起动过程中电压无级平滑地从初始值(约200V，不可调)上升到全压，使电动机在起动中有一个电压匀速增加的过程。起动时间约30s内可调。其结构简单，性能可靠，过载能力强，无二次冲击电流。但它在起动时仍存在一次冲击电流，约为Ie的6倍。起动电流约为Ie的1.8~2.5倍，不可调，适用负载能力一般。一般不能频繁起动。整机较重，体积较大。
电子式软起动器每千瓦为150~190元。它可以限制起动期间的压降，没有冲击转矩和电流，力矩匀速平滑上升，保护传动机械、设备和人员，节省能源。起动电流可视负载轻重调整。这种软起动器体积小，一台开关柜能放多台这种起动器，节省工程造价，且故障率与维修费较低。所以，这种起动器应是实际应用中首选的产品。
目前电子式软起动器的生产厂家很多，有进口也有国产的，原理基本相同。这种软起动器是微机控制的机电一体化产品，具有高新技术组成的控制系统。一般都是采用大功率晶闸管作为主回路的开关元件，通过单片机控制它的导通角进行智能化控制，它既能保证电动机在负载要求的起动特性下平滑起动，又能降低对电网的冲击。除各起动方式外，还有一些可选功能，如软停车、泵控制、预置慢速、智能制动、准确停车、低速制动等，同时，还能实现直接计算机通信控制，为自动化智能控制打下良好的基础。因此，称它为智能电动机控制器更为贴切。
目前，电子式软起动器主要有以下5种起动方式：
(1)斜坡电压起动(软起动)，顾名思义是电压由小到大呈斜坡线性上升，它是将传统的降压起动从有级变成了无级。起动时，电压迅速上升到初始转矩相对应的电压，然后依设定的起动时间逐渐上升，直至达到电网额定电压。主要用于重载起动，转矩特性呈抛物线型上升对拖动系统不利，且起动时间长有损于电动机。
(2)限流起动，顾名思义是限制电动机的高起动电流，起动电流及起动时间均可在一定范围内预先调定。当必须限制最大起动电流时，可使用此方式。它主要用于轻载起动的负载。
(3)可选择的加突跳起动，该功能为电动机起动瞬间提供一个大提升转矩以克服负载的静摩擦。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。
(4)全压起动，这种软起动方式的作用就像一个固态接触器，充当无触点开关来用。这种方式会引起电流冲击。
(5)双斜坡起动，这种方式在负载变化的情况下是很有用的。双斜坡起动允许用户从两个相互独立的软起动斜坡作出选择，分别设定起动时间和起动转矩。
三 软起动器的应用
通过以上叙述可知，在工程设计和工程改造中，要想改善工艺提高自动化水平，降低成本提高企业效益，对电动机的起动就必须首先采用最先进的起动设备——电子式软起动器。在选用软起动器时应主要考虑以下问题：
(1)选择生产厂家。国内生产电子式软起动器的厂家很多，产品五花八门，尽管没有形成品牌效应，但也占有一定的市场份额。目前在市场上有影响力的基本上都是国外产品，如施耐德的TE、罗克韦尔的A-B、ABB、西门子的产品等。
(2)选型。应根据负载性质的不同来选择不同类型的起动器。如果负载是离心泵(消防泵、喷淋泵、水泵等)，则需利用泵控制功能，减少起动和停止时液流冲击所产生的系统水锤现象的发生，所以必须用选带泵控制功能的软起动器，如另带欠载保护或/和防相位颠倒保护的则更好。负载是通风机的话，可利用软起动功能，减少皮带磨损和机械冲击，并可利用停机时制动转矩功能。负载是搅拌机，可利用双斜坡起动和预置低速运行，避免机械损坏。负载是输送设备，则利用软起动和预置低速功能，实现平滑开停，软停车消除了由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击，避免产品移位和液体溢出。若有计算机联网要求，可选带通信接口的软起动器，可对软起动器进行远程控制和监视。选择软起动器还要注意负载是标准负载还是重载负载。
(3)选规格。根据电动机的标称功率、电流及负载性质选择起动器。一般软起动器容量稍大于电动机工作电流即可，同时适当考虑散热因素。
其他方面，还要考虑是否保护功能完备，如过电流保护、过压保护、单项接地保护、上下口断相保护、三相不平衡保护、相位颠倒保护等。不带过载保护的，必须另加热继电器保护。冷却方式分机械风冷与自然风冷两种。机械风冷带有冷却风机，有的是通电常转的，有的靠温度控制器来控制其运转。机柜内安装软起动器时要十分注意散热空间。
电子式软起动器一般不带短路保护，需外加快速熔断器并与晶闸管容量匹配，它能使晶闸管在连接负载发生短路时受到保护，低压断路器一般不能保护电子式软起动器。进线电抗器可限制主电源的谐波干扰，当几台起动器接于同一电源时尤其建议使用进线电抗器。软起动器至电动机的接线要特别注意，大部分是3根出线，但部分产品也有6根出线的。软起动器可安装在有功率因素补偿器的系统中，但电容器必须位于软起动器的电源进线一侧，以避免电容器放电损坏软起动器的晶闸管，另须在电源和电容之间接入电感线圈。软起动器大多带正常运行和故障信号辅助触点，供工程设计选用。
电子式软起动器允许长期在额定负载工况下运行，也可以用旁路接触器，在起动完毕后把它短接。切除后要注意电动机运行回路是否还有过载热保护功能。
在实际应用过程中，若工艺条件许可，一台软起动器可用于多台电动机的起动，大大节省投资费用。软起动器按其中最大电动机容量进行选择。
四 各种软起动器的特点
目前的电子式软起动器大多是限电流起动和斜波电压起动，这是最原始、最简单的方式(如ABB的软起动器以及国内大多数厂家的产品)；另外，就是限流起动和转矩加突跳控制起动，如A-B、施耐德、西门子的产品等。
ABB公司软起动器的PSS型和PSD型用于常规起动，可用“外接”和“内接”两种连接方法。采用“内接”可减少42%流经软起动器的电流。也就是说有可能用58A的软起动器来起动和运行100A的电动机。部分产品可选配先进的电子过载保护脱扣器。PSDH型用于重载起动，内带电子过载保护。
A-B公司的软起动器产品系列，品种齐全，功能强大，数字式调节。最简单的产品是STC软起动转矩控制器(1~ 22A)，适用于低功率电动机。SMC型内装的节能器允许控制器在电动机长时间轻载和空载的情况下运行。兼有软起动和限流起动功能的是SMC-2型(5~ 97A)，它带接口可选功能，如软停止和辅助触点。最常用的是SMC PLUS型(24~1000A)，它有3种起动方式：可选择的突跳起动加软起动、限流起动、全压起动。有许多可选功能：泵控制、预置低速、软停止、智能电动机制动、准确停车、带制动的低速、不带热保护等。97A以上为风冷，风机常开。功能最强大的是SMC Dialog Plus型(24~ 1000A)，除了具有其他产品的所有功能外，还可选择突跳起动加限流起动、双斜坡起动。它可提供更多其他性能，如保护性能(电子式过载保护、失速及堵转检测、线路故障、欠载、过频繁起动、内部过热)；参数检测(电流、电压、功率、耗电量、功率因素、电动机热容量利用率、运行时间)；通信网络接口，可以把软起动器集成到自动化控制网络中。
施耐德的Altistrat46软起动器(17~ 1200A)是一种很有特色的产品。起动方式采用施耐德专利技术的转矩控制，转矩斜坡上升更快速，损耗更少。停止方式为自由停车、转矩积分停车、制动停车。该产品适用于标准负载和重型负载(通过起动器上的选择开关调整)，具有电动机和软起动器综合热保护功能。此保护功能在起动结束旁路后仍能起作用(注意接线方式)，这是其他任何软起动器都不具备的，所以旁路后不必外加热继电器。它还有缺相和相位不平衡保护；欠载控制；2个逻辑输出和1个电流或电压模拟输出(可编程设置)；2个继电器输出，用于监视系统运行和故障，其中之一可以根据需要编程设置；如果需要可以选择通信选件。在操
发表于：2002-08-01 09:48:00
4楼
就《电动机软起动器的应用（转载）》一文与作者切磋
天津市先导机电有限公司 高越农
《电动机软起动器的应用（转载）》一文系中国新型建筑材料工业设计研究院李勇伟高工撰写。从文章看，作者对电动机软起动以及软起动行业有独到的见解和丰富的经验。
本文仅对其部分论点指出异议。
一、作者对磁控式软起动原理的认识是不准确的。‘它是利用控磁限幅调压原理，对电动机进行软起动的’这一说法，没有抓住问题的本质。‘控磁限幅调压’中的‘控磁’一词应理解为控制饱和电抗器工作绕阻的饱和度，‘限幅’ 一词则应更正为在全过程中按照预期值恒定电动机的定子电流，‘调压’一词是多余的，既然已经恒流，调压（或降压）就在其中了。如果作者的‘限幅’指的正是我的‘更正’，那么 ‘它在起动时仍存在一次冲击，约为Ie的6倍’的说法，就与‘限幅’相矛盾了：既然已经‘限幅’了，怎么还会出现高达6倍Ie的‘一次冲击’？作者又说，‘起动电流……不可调’。这一说法更是令人‘一头雾水’了，连起动电流都不可调，还算得上什么软起动？
对于磁控软起动，必须从原理上正确把握它，然后才谈得上对它有所评价。什么是它的控制原理呢？它的控制原理是电流闭环控制，也就是众所周知的反馈控制。应该指出，从原理上看，它与‘电子式软起动器’完全是一致的。由于磁控软起动装置里的微电子控制中心（由PLC做成）完成着电子式软起动装置内的单片机相似的功能，两者的功能基本相同。在磁控软起动装置里，晶闸管并不直接控制电动机的电流，而是通过饱和电抗器这一‘杠杆’或‘拨火棍’，间接控制电动机电流。这是两者的本质区别。
所以 ，磁控软起动器相对于电子式软起动器的一切优点和缺点，均是由此产生的。离开了物理本质去议论，去比较，如果不谬误百出，至少也会是‘隔靴抓痒’。
二、 对电子式软起动器的评价
作者以科学发展史的眼光在结束语里认定：‘电动机降压起动方式经过了“Y-△”起动器、自耦降压起动器、磁控式软起动器等，目前已发展到电子式软起动器。……这是科技发展的必然结果。’
从 科学发展史追溯，电子式软起动器出现在上世纪80年代，磁控式软起动器出现在上世纪90年代。我们开发成功的高压磁控式软起动器
电子式软起动器的确融入了现代微电子和电力电子的部分最新成果，具有强大的生命力。但是，诚如作者指出的，它属于（工频）‘降压起动方式’。降压起动方式是牺牲电磁转矩的起动方式。将来，一切降压起动方式都不可避免地会被变频起动取代。当然，这是后话。
就目前而论，在电子式软起动器与磁控软起装置的较量中，前者也有失分。
1） 价格：作者说电子式软起动器‘每千瓦150~190元’，是指380V等低压产品，对于高压（6KV、10KV等）产品而言，每千瓦就不是150~190元了，而是500~1000元了。电子式软起动器容量越大，单位千瓦价越贵。高压磁控软起动装置却比较便宜，每千瓦仅60~150元，容量越大单位千瓦价越便宜。
2） 起动过程中的谐波污染。这个危害在有些应用场合下是不能不重视的。在这方面的比较中电子式软起动器也是失分的。
3） 从耐受环境（变化）的能力上比。因为晶闸管是电子式软起动器的主要电力器件，所以，它在温度、湿度、粉尘、振动、海拔高度等方面，都提出了更高的要求。
我认为我与作者的分歧主要地源于视角的不同。我是从事磁控软起动产品技术开发的，比较感兴趣于高压、大容量电动机的软起动这一应用领域。对于一些自认为不确切的提法，比较敏感。如果此文对于不同观点的学者、同行有所冒犯，请多包涵！
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