变频器软启动的原理

摘要：简要介绍了电动机软启动装置组成、特点以厦与传统启动装置的比较。结合陕西鼓风机（集团）有限会司生产制造的风机机组低压辅机系统的特点，阐明了电动机软启动装置的应用。

电动机软启动装置；传统启动装置；低压辅机系统

引言

低压辅机系统（如盘车电机、润滑油泵、液压油泵等）是风机机组重要的辅助系统，其运行的好坏直接关系到风机机组的安全性能。

电动机软启动装置是一种具有国际先进水平的电动机启动装置，该装置融合了最新的现代控制理论和专用电动机保护技术及先进的软件技术，既能改变电动机的启动特性，保证电动机可靠启动，又能降低启动电流，减少对电网的冲击，并且可以和网络进行通讯，实现智能控制。无论从功能、性能、负载适应能力、维护及可靠性等方面都是传统的启动设备（如：星／三角、自耦变压器、磁控式启动装置）无法比拟的。所以，这种智能型启动装置取代上述传统的启动装置将是一种必然趋势。

1电动机软启动装置组成

电动机软启动装置采用单片机进行逻辑控制。如图1所示，一般由电压检测、电流检测、旁路接触器、驱动电路、控制系统和键盘显示器等组成。

2电动机软启动装置选择

电动机软启动装置的选择主要取决于它的启动方式和停车方式。

电动机软启动装置一般有以下几种启动模式：

限电流启动模式就是限制电机的启动电流，主要用于轻载启动和对电机启动电流有严格要求的场合。电压斜坡启动模式就是把电机电压由小到大斜坡线性增加，主要用于重载启动和对启动电流要求不严格而启动平稳性较高的场合。突跳启动模式就是在电机启动时，先给电机施加一个较高的固定电压并持续一段时间，以克服静阻力距，主要用于重载启动，但是突跳时会给电网造成冲击。转矩控制启动模式就是把电机的启动转矩由小到大斜坡线性增加，主要适用于重载启动。电压控制启动模式就是保证启动电压压降不变的情况下，使电机发挥出最大启动力矩，主要用于轻载启动。

电动机软启动装置一般有减速停车模式、自由停

车模式和制动停车模式。减速停车适用于泵类，可以

有效减小压力波动。制动停车适用于高惯性的场合。

3电动机软启动装置特点

电动机软启动装置较传统启动装置有以下好处：

在电网方面的好处如图2所示。它避免产生较大电压降以减小对电网冲击；有效控制启动电流：消除尖峰电流；接线方便等。

在机械方面的好处如图3所示：最大程度减小齿轮箱、传送带、轴承等传动装置上的应力；减少水冲击（水

锤）效应；降低维护成本；缩短停工时间等。

电动机软启动装置在其他方面的好处：可以根据负载情况选择不同的启动方式及参数设置，达到最大程度的使电动机实现最佳启动效果；采用高性能微处理器及强大的控制软件；高可靠性；体积小．便于安装；对电动机的启动和运行具有多种保护功能。如过流、过负荷、缺相、过热等保护；便捷直观的操作显示键盘，可根据不同负载方便的对启／停参数进行设置或修改；可以与计算机网络进行通信；软启动装置的实际输出功率可根据负载进行设定等。

4电动机软启动装置与其他传统启动装置的比较

下面把电动机软启动装置与磁控降压启动装置、白耦变压器降压启动装置进行简单比较。启动特性：前者为软特性，根据用户要求可以调整。而后者为硬特性，不能根据用户要求进行调整。启动电流特性：前者启动电流根据用户要求可以调整。而后者启动电流不能根据用户要求进行调整。起始电压：前者初始电压可在0～3踟V范围内调整。而后者初始电压不能根据甩户要求进行调整。冲击电流：前者对电网几乎没有冲击。而后者约为电机额定电流的4～7倍，对电网冲击较大。电机转矩特性：电动机软启动装置没有冲击转矩，力矩匀速平滑上升；磁控降压启动装置常规在1次冲击转矩后，力矩匀速平滑上升；自耦变压器降压启动装置力矩跳跃上升，常规有2次冲击转矩。启动方式：电动机软启动装置启动模式有5种，图4和图5为最常规的限流启动和电压斜坡启动；磁控降压启动装置区域恒流软启动；自耦变压器降压启动装置分段式恒压启动。重量／体积：电动机软启动装置轻而小；磁控降压启动装置较重／较大；白耦变压器降压启动装置重而较小。控制元件和控制方式：电动机软启动装置采用高性能单片逻辑控制；磁控降压启动装置采用继电器及电子元件继电电子控制；自耦变压器降压启动装置采用继电器继电控制。

5电动机软启动装置在风机辅机系统中的应用

电动机软启动装置是采用电力电子、微处理器及现代控制理论等先进技术设计制造的高技术产品，它从根本上改变了传统降压启动设备在电动机启动时产生的电压、电流突变而带来的不良后果（如启动时母线电压过低、电机启动电流过大等因素，影响母线上其他用电设备的正常工作）。因此，公司在对电动机软启动装置的选择上也有不同的要求，如盘车电机。盘车电机的主要作用就是在机组开机前，先用盘车电机把风机主轴拖动起来（转速很小），使它在主轴上形成一层油粘膜，减少机组的静阻力矩，便于机组启动。原先都是采用直接启动方式，由于直接启动会对与主轴相联的齿轮造成冲击，甚至损坏。同时叉要考虑到盘车电机启动瞬间需要克服很大的静阻力矩，故现在采用了突跳启动控制模式的电动机软启动装置，效果非常好。又如润滑油泵和液压油泵等设备，由于正常情况下是两台油泵（一主一备，互为备用），如果在油压低的情况下，备用泵要在晟短的时间内完成启动，建立油压，但又必须考虑到电网的要求，故选用了电压控制启动模式的电动机软启动装置。

电动机软启动装置常规有两种接线方式，一种是带旁路，另一种是不带旁路，如图6和图7所示。带旁路回路的接线方式，在电动机启动结束后，可以通过旁路回路把软启动装置旁路掉，使其不带电，便于维护、检修。因此，我公司在软启动设计时选用第一种接线方式。

下面结合盘车电机（功率为15kW，电压380VAC，额定电流32A）简单叙述一下工作原理：配置了三相断路器、运行接触器、旁路接触器、热继电器，并且设计控制按钮、停／运指示灯等。见图6。

电动机启动时，首先把三相断路器QA、运行接触器KMl、KMl闭合；再接通软启动装置，软启动装置

检查内部元器件，内部继电器R．输出允许启动信号给控制回路；最后软启动装置带电进行启动，当电

机转速达到额定转速时，内部继电器R：输出启动结束指令给旁路接触器KM2，KM，闭合使软启动装

置离线，启动结束。

6结束语

电动机软启动装置于2004年第一次在AV63轴流压缩机盘车电机上使用，现场调试结束后，效果十分理

想，随后在我公司大多数风机机组上推广应用。现已在德州RIKl25、兖矿R1K125等大型空分机组中的

润滑油泵和液压油泵等设备上应用。

软启动的原理与运行特点

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智能软启动器交流异步电动机电机起动性MCC控制柜

一、前言

异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。然而由于其起动时要产生较大冲击电流（一般为Ie的5～8倍），同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低。国家有关部门对电机起动早有明确规定，既电机起动时的电网电压降不能超过15%。

解决办法有两个：

1、增大配电容量；

2、采用限制电机启动电流的起动设备；

如果仅仅为起动电机而增大配电容，从经济角度上来说，显然不可取。为此，人们往往需要配备限制电机起动电流的起动设备，过去人们多采用Y/△转换、自藕降压、磁控降压等方式来实现。这些方法虽然可以起到

一定的限流作用，但没有从根本上解决问题。

随着电力电子技术的快速发展，智能型软起动器得到广泛应用。智能型软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电机控制装备，又称为Soft Starter。它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。

此外，它还具有多种对电机保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。

二、起动性能的比较

软起动与传统的降压起动的性能指标见表1

三、工作原理与运行特点

三相交流异步电动机的起动转矩Ma直接与所加电压的二次方有关，也就是说，只要降低电机接线端子上的电压就会影响这些值。（见图1）软起动的工作原理是通过控制串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管的导通角使电机的端子电压从预先设定的值上升到额定电压。

1、软启动的主要起动方式有：

（1）电压双斜坡起动：如图3所示，在起动过成中，电机的输出力矩随电压增加，在起动时提供一个初始的起动电压Us,Us根据负载可调，将Us调到大于负载静摩擦力矩，使负载能立即开始转动。这时输出电压从Us开始按一定的斜率上升（斜率可调），电机不断加速。当输出电压达到达速电压Ur时，电机也基本达到额定转速。软起动器在起动过程中自动检测达速电压，当电机达到额定转速时，使输出电压达到额定电压。

（2）限流起动：就是电机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值（Im）的软起动方式。其输出电压从零开始迅速增长，知道输出电流达到预先设定的电流限值Im，然后保持输出电流I〈Im的条件下逐渐升高电压，直到额定电压，使电机转速逐渐升高，直到额定转速。

这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整。对电网影响小，其缺点是在起动时难以知道起动压降，

不能充分利用压降空间。

（3）突跳起动：这些起动开始阶段，让晶闸管在极短的时间内全导通后回落，再按原设定的值线性上升，进入恒流起动，该起动方法适用于重载并需克服摩擦的起动场合。如我公司450HP的空压机电机的启动采用

此方式，这样可以减少启动时的振动。如图4所示

2、软起动运行特点

（1）能使电机起动电压以恒定的斜率平稳上升，起动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击。（2）起动电压上升斜率可调，保证了起动电压的平滑性，起动电压可依据不同的负载在30%～70%Ue(Ue 为额定电压)范围内连续可调。

（3）可以根据不同的负载设定起动时间。

（4）起动器还具有可控硅短路保护、缺相保护、过热保护、欠压保护。

四、软起动的应用场合

现在市场有多种型号的软起动可供用户选择，不同产品所具功能也不仅相同，选择是建议遵循下述原则。

原则上，异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可使用，适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车（解决水锤效用）对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于满负荷运行场合，应用软起动器（不带旁路接触器）则具有轻载节能的效果。

五、软起动MCC控制柜

MCC（Motor Control Center）控制柜，既电动机控制中心。软起动控制柜由以下几部分组成：

（1）输入端断路器；

（2）软起动器；

（3）软起动器旁路接触器；

（4）上侧控制电路（完成手动起动、遥控起动、软起动及直接起动等功能的选择与运行），有电压、电流显示和故障、运行、工作状态等信号显示。

软起动MCC控制柜进一步加以组合或用PLC逻辑控制，可以实现多种复合功能。用于大楼的消防系统与喷淋泵、生活泵等系统可以实现消防泵定时自动检测，定时自动关闭；加上相应的控制逻辑，则可以对消防泵及各个系统运转是否正常，实施平时检测时，定时低速低水压运行；在灭火时，则实施全速满载运行。将若干台电动机控制逻辑组合，可以组成生活泵系统或其他专用系统，按需要量逐次起动各台电机，也可逐次减少电机，实现最佳效率运行。还可以实现多台电机自动转换运行，使各电机都处于同等的运行寿命。

六、结束语

软起动器现已广泛用于冶金、钢铁、油田等各行各业，随着我国的经济的快速发展，高层建筑、商贸大厦、娱乐中心的现代化建筑越来越多。其空调和消防要求越来越高，而传统的降压起动设备由于固有的弱点，已无法满足现代化建筑的需要，所以选择智能型电动机起动设备，将是必然的发展方向。