軟啟動器講座

1、歡迎參加歡迎參加“電動機(jī)軟啟動與電動機(jī)軟啟動與變頻調(diào)速技術(shù)變頻調(diào)速技術(shù)”培訓(xùn)班培訓(xùn)班江南大學(xué)江南大學(xué)信控學(xué)院信控學(xué)院李自先李自先電動機(jī)軟啟動部分一.交流異步電動機(jī)的啟動 交流異步電動機(jī)的啟動是指電動機(jī)接通電源到穩(wěn)定運(yùn)行的過程。 電動機(jī)的啟動分直接啟動和啟動器啟動兩種。1.電動機(jī)直接啟動 電動機(jī)直接啟動也稱全壓啟動，電動機(jī)直接接入電網(wǎng)額定電壓，電動機(jī)三相定子繞組在獲得全部電壓下啟動。優(yōu)點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠缺點(diǎn): (1) 啟動電流大 IS（5-8）Ie 啟動轉(zhuǎn)矩并不大 TS（0.9-1.3）Te 則 啟動轉(zhuǎn)矩較小TS1.1Te,重載時，電機(jī)出現(xiàn)堵死現(xiàn)象，電機(jī)啟不動，時間長后損壞電機(jī)。 .電流過大會

2、使電源變壓器輸出電壓下降，嚴(yán)重時出現(xiàn): A.啟動轉(zhuǎn)矩嚴(yán)重下降（TU12），可能無法啟動。 B.影響同一電網(wǎng)的其它電氣設(shè)備正常運(yùn)行。 C.嚴(yán)重時使供電系統(tǒng)因?yàn)檫^載跳閘。 (2).產(chǎn)生峰值轉(zhuǎn)矩（突發(fā)轉(zhuǎn)矩）： 對電機(jī)本身和負(fù)載傳動產(chǎn)生沖擊，產(chǎn)生不良后果。2.采用啟動器啟動 希望啟動電流小，啟動轉(zhuǎn)矩大，減少沖擊。由電機(jī)理論可知采用啟動器啟動可以實(shí)現(xiàn)。（1).降低啟動電流方法：降低電源電壓加大定子或轉(zhuǎn)子邊的電阻或電抗。（2）.增大啟動轉(zhuǎn)矩方法，適當(dāng)增大轉(zhuǎn)子電阻減少電源頻率（3）減少沖擊方法：啟動轉(zhuǎn)矩斜坡式增大。3.啟動方式的選擇依據(jù) 采用直接啟動必須滿足的三個條件： （1）變壓器與電動機(jī)容量比夠大，保證

3、啟動時電源電壓降在允許范圍內(nèi)。 供電系統(tǒng)的壓降要求： 頻繁啟動：電壓波動10% 不頻繁啟動：電壓波動15%（無敏感負(fù)載20% ） 單臺變壓器供電由負(fù)載要求的啟動轉(zhuǎn)矩決定電壓降估算公式：式中： Kst-啟動電流倍數(shù) Soth-其它負(fù)載容量 STe-變壓器容量 KU-變壓器阻抗電壓降（4.5%）/cosstothUTeKSUKS6KV以上高壓電動機(jī)直接啟動條件：(1)經(jīng)驗(yàn)公式（其它負(fù)荷0.55STe） .頻繁啟動 .不頻繁啟動 式中 Ste-變壓器額定容量 式中 Pe-電動機(jī)額定功率1.74TeSPe1.44TeSPe(2).啟動轉(zhuǎn)矩滿足條件: TS1.1Te(或TL)(3).啟動沖擊要能滿足負(fù)載

4、機(jī)械的要求。4.電動機(jī)啟動的原理,種類及選用（1）.電動機(jī)的啟動特性 電動機(jī)的等效電路啟動瞬間 n = O S = 11111122mUEI ZEI-III10SrS 1U電動機(jī)的機(jī)械特性TS-啟動轉(zhuǎn)矩（瞬間）Tm-最大轉(zhuǎn)矩TL-負(fù)載轉(zhuǎn)矩IS-啟動電流（瞬間）n-轉(zhuǎn)速（瞬間） T=f(n) 機(jī)械特性 I=f(n) 電流與轉(zhuǎn)速關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩基本公式電磁轉(zhuǎn)矩計算公式電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)用公式電磁轉(zhuǎn)矩磁通表示公式221212/ 60Nrm IPSTn11 1mTU ICOS2112221212/.(/)mU rSTrrSxx1 1 22cosmTCI最大轉(zhuǎn)矩公式（r12不超過（x1+x2）2的5%），r1忽略)

5、 過載能力 K=Tm/Te 啟動轉(zhuǎn)矩公式（瞬間） n = 0 s = 10()dTdS臨界點(diǎn)222112()mrSrxx 21 122121212 ()()mVTmxxxx則211222112121()()mU rTsrrxx定子電流公式（忽略勵磁電流）啟動電流公式（瞬間） S=1可見IS與U2, X1、X2、r1、r2 相關(guān)112221212(/ )()UIIrrsxx 22221212()()SSUIIrrxx （2）啟動器的種類降低電壓U1 A.星三角啟動（延邊三角） B.自藕變壓器啟動器 C.開關(guān)變壓器啟動器 D.晶閘管軟啟動器加大定子邊電阻或電感（串入） A.定子串電抗器啟動器 B.

6、定子串電阻啟動器（ 液組啟動器、熱變阻啟動器、磁控式啟動器）加大轉(zhuǎn)子電阻或電感（串入） A.轉(zhuǎn)子串電阻啟動器 B.頻敏電阻啟動器（3）啟動器的選用 根據(jù)不同的供電電網(wǎng)容量，不同的負(fù)載及不同的啟動性能要求，選擇不同類型的啟動器，同時考慮啟動器的簡單、經(jīng)濟(jì)、可靠、耐用等因素。可參考表1-1， P135.啟動器的現(xiàn)狀和發(fā)展方向 軟啟動器是一種時尚，所有的啟動器都冠名“軟啟動器”。理論上分: (1).變頻器屬于變頻啟動裝置 (2).其它啟動器屬降壓啟動裝置控制方式分: (1).有極 (2).無極調(diào)節(jié)原件物理形態(tài)分: (1).固態(tài) (2).液態(tài) 軟啟動器指：晶閘管電機(jī)軟啟動器，國家文件稱“交流電動機(jī)電力

7、電子軟啟動器裝置”。（1）目前國內(nèi)啟動器的應(yīng)用狀況.低壓啟動器： 軟啟動器為主 星三角、頻敏變阻啟動器少數(shù)高壓啟動器： 液阻啟動器為主 磁控式啟動器少數(shù) 軟啟動器不多，勢在增多（2）高壓軟啟動器的產(chǎn)品現(xiàn)狀 產(chǎn)品成熟公司：美國AB、英國CT、法國TE，施耐德、瑞典ABB、德國西門子，AE等。國內(nèi)處于起步階段：奧托3KV-15KV、摩鷹（3）晶閘管電機(jī)軟啟動器是目前最先進(jìn)的也是今后的發(fā)展方向 采用了現(xiàn)代控制理論，計算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合的高科技產(chǎn)品。優(yōu)勢： 1.根據(jù)不同負(fù)載要求設(shè)置啟動電流、轉(zhuǎn)矩、時間及停機(jī)時間等參數(shù)。 2.啟動平滑性能好。 3.較強(qiáng)的保護(hù)功能、維護(hù)少、壽命長。不足： 1.啟

8、動過程中產(chǎn)生高次諧波較多,影響電機(jī)性能，易發(fā)熱。 2.目前性價比較高。本次重點(diǎn)講解：晶閘管電動機(jī)軟啟動器，簡稱軟啟動器（非其它形式的啟動器）二.軟啟動器的原理與主電路的結(jié)構(gòu) 晶閘管電機(jī)軟啟動器實(shí)質(zhì)就是晶閘管交流調(diào)壓器，通過這個交流調(diào)壓器來改變加到電機(jī)上的電源電壓。 1.晶閘管交流調(diào)壓器的原理及特點(diǎn)。如圖所示，每相由二只晶閘管反并聯(lián)連接串入，通過對晶閘管的控制就可以對交流電壓進(jìn)行調(diào)壓。（1）晶閘管的控制方法相位控制 相位控制是通過控制晶閘管的通斷控制電源電壓的輸出波形的控制方式。 不同的控制角可以得到不同的輸出電壓。U=f(),從而起到調(diào)壓的作用。 控制角 150過零點(diǎn)為0 導(dǎo)通角 =180-

9、+ 續(xù)流角 功率因數(shù)角 當(dāng) 時，每只晶閘管導(dǎo)通角為180 ，不起調(diào)壓作用。 當(dāng)150時，從三相電壓波形可知，當(dāng)A相相位大于150以后，UAUB，晶閘管上是反電壓，不導(dǎo)通，不起調(diào)壓作用。通斷控制 這種方法是控制晶閘管的同或斷，使電源電壓波形在控制周期T內(nèi)通過幾個周期，關(guān)斷幾個周期達(dá)到調(diào)壓的目的。 晶閘管的控制角一般為0。 優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)生諧波少 缺點(diǎn)： A.通斷交替周期較長，輸出電壓波動大 B.電源斷開間隙，電機(jī)處于發(fā)點(diǎn)電狀態(tài) 電源接通瞬間產(chǎn)生較大的電沖擊，不適合用作電機(jī)軟啟動。2.軟啟動器主電路結(jié)構(gòu)（1）低壓軟啟動器主電路結(jié)構(gòu) VT1、VT4兩個晶閘管反并聯(lián)、調(diào)壓元件 L1、L2互感器二次信號輸出（

10、電流） R、C吸收電路，吸收瞬態(tài)電壓尖峰，抑制正向電壓上升率du/dt RV 壓敏電阻，過壓保護(hù) 三相全控Y接法。電源正負(fù)半圓對稱，負(fù)載只產(chǎn)生奇次諧波電流，無偶次諧波電流和直流分量 三相全控接法，無中性線性能同Y接法。BUBU.三相全控內(nèi)接法特點(diǎn)是晶閘管上的電流小，耐壓高（線電壓）引線端多，使用較少其它方式的實(shí)用價值不大（2）.高壓軟啟動器的主電路結(jié)構(gòu)具有兩種軟啟動器結(jié)構(gòu)形式：晶閘管直接串聯(lián)形式和開關(guān)變壓器形式晶閘管直接串聯(lián)形式 這是由低壓軟啟動器演變而來，工作原理與結(jié)構(gòu)形式相同，只是單個晶閘管耐壓達(dá)不到水平，因此，每個臂由多只晶閘管串聯(lián)組成，稱為高壓晶閘管閥。下圖為6KV高壓軟啟動器的結(jié)構(gòu)

11、KM：真空接觸器，晶閘管旁路接觸器。 三只晶閘管相串聯(lián)，共18只晶閘管。特點(diǎn)要求：A.晶閘管的一致性盡量好B.采取均壓措施，解決晶閘管靜態(tài)和動態(tài)均壓問題。C.同一臂各個晶閘管的觸發(fā)信號同步性要好。D.晶閘管閥的額定電壓要足夠高，一般是電壓幅值的 3倍以上。 突出的問題是均壓問題，技術(shù)難度較大，成本較高，高壓變頻器采取了其它多種方案，避免這問題，其它方案在研究之中。開關(guān)變壓器形式只是其中一種方式。3.軟啟動器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）基本配線圖（2）系統(tǒng)框圖 同步檢測：找出電源的過零點(diǎn)作為控制角的起始點(diǎn)。 觸發(fā)脈沖系統(tǒng)：根據(jù)微電腦發(fā)出的控制信號，形成觸發(fā)脈沖，經(jīng)隔離放大后，控制晶閘管門極。 電流檢測：測出

12、輸出電流值送入微電腦，用作控制計算參數(shù)（觸發(fā)角，保護(hù)等）。 操作盤：用作參數(shù)設(shè)置和操作。 顯示：顯示相關(guān)功能和參數(shù)值。 接口電路：處理I/O信號。（3）電動機(jī)軟啟動時的機(jī)械特性電動機(jī)不同電壓的機(jī)械特性nO=60f1/p=CTU2三.軟啟動器的控制方式控制方式的幾個發(fā)展階段: 電壓斜坡控制式 電流斜坡控制 閉環(huán)電壓，電流限幅控制 閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制 發(fā)展方向：自適應(yīng)控制、模糊控制、智能控制、不斷提高性能。1.電壓斜坡控制方式電壓斜坡控制方式是原始的控制方式，其他方式都是在此基礎(chǔ)上發(fā)展的。Ud作為積分電路輸入斜坡斜率決定于積分時間，可設(shè)定無反饋系統(tǒng)，僅過電流保護(hù)。電壓斜坡式控制原理框圖 U0為初始電壓，

13、能使負(fù)載轉(zhuǎn)動所需要的最小電壓值。 需反復(fù)調(diào)試確定合理的U0后才能達(dá)到較理想的效果。附加功能電壓突跳功能： 在斜坡啟動方式的電壓曲線上疊加一個短時脈沖電壓UK。啟動初始產(chǎn)生一個較大的啟動轉(zhuǎn)矩。 解決具有較大靜轉(zhuǎn)矩負(fù)載的啟動，如：球磨機(jī)。電流限幅功能： 限制啟動電流值不超過希望值。A.直接限制電流 電流限幅控制方式原理框圖B.通過控制啟動電壓來限制電流 適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 電網(wǎng)容量有限，在允許電流下啟動。2.電流斜坡控制方式 在電流限幅控制的基礎(chǔ)上，在啟動初始階段t1，啟動電流按電流斜坡線上升，直至電流限幅值。 適用于風(fēng)機(jī)水泵類 負(fù)載，啟動初始需 要啟動轉(zhuǎn)矩較小， 這種有較好的啟動 平滑性。3.轉(zhuǎn)

14、矩控制方式 大功率電動機(jī)啟動過程后期，由于功率因數(shù)變化較大，電機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)常超過同步轉(zhuǎn)速，經(jīng)震蕩過程后方穩(wěn)定運(yùn)行的“超標(biāo)”現(xiàn)象。慣性越小越嚴(yán)重，電流閉環(huán)控制會造成輸出電流下降，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后，反而增大輸出，使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩更大，加增“超標(biāo)”造成系統(tǒng)震蕩，采用轉(zhuǎn)矩控制方式可解決這個問題是顯而易見的。TF電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩TD為設(shè)定的轉(zhuǎn)矩斜率與限幅曲線 轉(zhuǎn)矩傳感器檢測 相關(guān)參數(shù)計算 這樣的軟啟動器能使在啟動過程中，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與設(shè)置的轉(zhuǎn)矩一致。達(dá)到滿意的啟動效果。1 13cosTU T4.運(yùn)行控制方式 晶閘管全通運(yùn)行 旁路運(yùn)行（按旁路接觸器） 選用合適功率電機(jī) 降壓運(yùn)行（1）全壓運(yùn)行（2）節(jié)能運(yùn)行（輕載）5

15、停車方式 (1)自由滑行，停車時斷開電源 TB = TL 能耗制動 機(jī)械動能耗于轉(zhuǎn)子 反接制動 制動轉(zhuǎn)矩較大TB=(-TN1)+TL 沖擊電流較大 n=0斷開電源 (3)軟停車：停車時輸出電壓按斜坡曲線下降TB=TC-TM，停車時間大于自由滑行，非常緩慢。(2)制動停車四.軟啟動器的保護(hù)（晶閘管）1.過電流保護(hù)措施 常規(guī)保護(hù):斷路器、過電流繼電器、過載熱繼電器、熔斷絲。 內(nèi)部過電流保護(hù)功能。2.過壓保護(hù) 盡量減少通斷大電感、大電流設(shè)備。 采取壓敏電阻、RC吸收等措施。3.抑制電壓電流的變化率（di/dt du/dt ） du/dt-RC緩沖電路 di/dt-串電感五 軟啟動器的選用1.選型 根

16、據(jù)“交流電動機(jī)電力電子啟動裝置”的規(guī)定選擇。 AC52（a/b） 滑環(huán)電動機(jī) AC53（a/b） 籠型電動機(jī) AC58（a/b） 封閉制冷壓縮機(jī)中電動機(jī)（自動復(fù)位過載脫扣）其中 a：全壓軟啟動器控制 b：全壓接觸器控制 2.結(jié)構(gòu)選擇：現(xiàn)場實(shí)際選擇 3.外殼防護(hù)等級選擇：現(xiàn)場實(shí)際選擇 4.容量選擇： 一般按表7-21選擇下列情況需適當(dāng)加大容量.重載狀態(tài)運(yùn)行（軟啟動全壓運(yùn)行，節(jié)能運(yùn)行）晶閘管長期處于工作狀。.電機(jī)頻繁啟動，周期小于廠家規(guī)定值。.供電電源容量太小，啟動時降壓過大，啟動時間過長。.啟動時間短，負(fù)載慣性大。.啟動過程中具有較大沖擊電流的負(fù)載。六 軟啟動的應(yīng)用舉例1.應(yīng)用的基本電路種類 全

17、壓軟啟動控制 旁路接觸器控制 (2)正反轉(zhuǎn)控制 (3)多速電機(jī)控制 (4)一拖幾控制 多臺電機(jī)并聯(lián)啟動 多臺電機(jī)順序啟動 (1)一般軟啟動2.軟啟動器在變頻恒壓供水上的應(yīng)用（1）水泵的水錘效應(yīng)及空化現(xiàn)象 由于水（液體）流動性、壓縮性較小，當(dāng)水泵快速啟動時，供水量猛增，短時間內(nèi)水流量巨大變化引起管道壁壓強(qiáng)過大的沖擊，引起聲響如錘擊，稱水錘效應(yīng)（現(xiàn)象）。空化現(xiàn)象是水流量巨大變化，引起管道壁壓強(qiáng)突減的現(xiàn)象。自由停車時也有水錘效應(yīng)和空化現(xiàn)象。 水錘效應(yīng)及空化現(xiàn)象會使管道和閥門受到?jīng)_擊而損壞，顯然軟啟動器啟動和停車可抑制水錘效應(yīng)及空化現(xiàn)象。（2）軟啟動器在變頻恒壓供水上的應(yīng)用 所謂恒壓供水是指通過恒壓供

18、水系統(tǒng)控制使供水管道內(nèi)的供水水壓始終保持在恒定值，其關(guān)鍵是由變頻器對水泵變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)的。 變頻調(diào)速恒壓供水的方案很多，其中有一種較理想的典型方案是變頻器調(diào)速和軟啟動器軟啟動相結(jié)合的恒壓供水方式。變頻調(diào)速和軟啟動恒壓供水原理框圖可以三種運(yùn)行方式.一臺變頻器對四臺電機(jī)循環(huán)調(diào)速，軟啟動（停車）。.一臺變頻器對一臺電機(jī)調(diào)速，三臺由軟啟動器控制軟啟動（停車）亦可循環(huán).一臺軟啟動器對四臺電機(jī)軟啟動（停車）。 系統(tǒng)由PC或PLC協(xié)調(diào)控制。七.軟啟動器應(yīng)用中的主要問題及其處理1.電磁兼容問題 電磁兼容（性）：設(shè)備或系統(tǒng)在其環(huán)境下能正常工作，且不對該環(huán)境中任何其它設(shè)備或系統(tǒng)構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。 軟啟動

19、器的電磁兼容性應(yīng)是生產(chǎn)商使自己的產(chǎn)品符合國家規(guī)定的指標(biāo)。 作為用戶只能在使用過程中采取相應(yīng)措施減小對外部的電磁干擾和增強(qiáng)自身的抗干擾能力，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。 (1)減小對外部的干擾措施 增加隔離變壓器 增加輸入輸出電抗器 提高接地性能 選用屏蔽電纜選用屏蔽電纜。 (2)增強(qiáng)抗干擾的能力（控制信號） 對檢測和控制信號引線采取：屏蔽接地，合理布線，隔離變壓器，濾波，外套鋼管。2.如何看待軟啟動器的節(jié)能問題 軟啟動器的優(yōu)勢在于使電動機(jī)具有良好的啟動性能，利用軟啟動器節(jié)能運(yùn)行要慎重考慮。一些廠家宣稱70%以下的負(fù)載，可節(jié)能20%-50%是虛假說詞。實(shí)際節(jié)電效果70%負(fù)載節(jié)電小于2%。10%的負(fù)載才節(jié)

20、電20%（不可能有這樣的負(fù)載）微小的節(jié)電效果又帶來極大的副作用，電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)熱量大，電網(wǎng)高次諧波污染嚴(yán)重，軟啟動器長期工作發(fā)熱等。3.軟啟動器能應(yīng)用到繞線式電動機(jī)上么? 繞線式電機(jī)采用轉(zhuǎn)子串接電阻的啟動方式既能增大啟動轉(zhuǎn)矩（理論上可達(dá)到電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩）又有限制啟動電流的作用，是個較完善的方式。 提高運(yùn)行性能可選用變頻調(diào)速或繞線電動機(jī)調(diào)速控制器。4.軟啟動器接通電源，在未運(yùn)行時，有輸出電壓，甚至能使小功率風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，正常么？ 正常，這是由于可控硅半導(dǎo)體器件處于關(guān)斷狀態(tài)具有正反向漏電流，mA級，這與可控硅的額定電流相關(guān)，一般額定電流越大，漏電流也就越大，較大時會傷害人體。5.提高軟啟動器工作可靠性的關(guān)鍵是什么?(1).選好設(shè)備 信譽(yù)好的品牌 放寬裕量(2).提供較好的使用環(huán)境，溫度、