軟啟動(dòng)器在大功率電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

＊段宗兵

（河南龍宇煤化工有限公司 河南 476600）

軟啟動(dòng)器在大功率電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用

＊段宗兵

（河南龍宇煤化工有限公司 河南 476600）

電動(dòng)機(jī)行業(yè)出現(xiàn)了一款新產(chǎn)品，那就是軟啟動(dòng)器。軟啟動(dòng)器是一款有相關(guān)功能的軟硬件以及可控硅為核心部件的產(chǎn)品。軟啟動(dòng)器內(nèi)部有串接組合的三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管，改變其輸入電壓的方式是通過(guò)觸發(fā)角進(jìn)行操作，這樣就可以讓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性凸顯出來(lái)。軟啟動(dòng)器與一些負(fù)載的啟動(dòng)，還有傳統(tǒng)接觸器、自耦降壓?jiǎn)?dòng)等比較起來(lái)有很大的優(yōu)勢(shì)。軟啟動(dòng)器具有啟動(dòng)和調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)的功能，所以和傳統(tǒng)的電機(jī)啟動(dòng)器相比，它在使用環(huán)境、安裝以及調(diào)試上都有不同的地方。

軟啟動(dòng)器；電動(dòng)機(jī)；觸發(fā)角；自耦降壓

引言

從1970年晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)出現(xiàn)依賴，電子軟啟動(dòng)器便相應(yīng)而出。人們開(kāi)始廣泛關(guān)注這種擁有良好啟動(dòng)性能的起動(dòng)方式。之所以電子軟啟動(dòng)器在水處理系統(tǒng)和工業(yè)中被廣泛應(yīng)用，這是因?yàn)樗粌H對(duì)電機(jī)的使用增添了很多保護(hù)的功能，而且還改善了電機(jī)的起、停特性。在世界上很多知名的電氣生產(chǎn)公司都生產(chǎn)軟啟動(dòng)器，例如法國(guó)的Schneider公司生產(chǎn)了一款軟啟動(dòng)器叫做Altistart48，它的額定電壓達(dá)到了690V，額定電流達(dá)到了1260A。還有丹麥的Danfoss公司也生產(chǎn)了一款低壓的軟啟動(dòng)器MCD3000，這款軟啟動(dòng)器的額定電壓達(dá)到了690V，額定電流達(dá)到了1600A，以及以色列的Solcon公司生產(chǎn)的軟啟動(dòng)器，它的額定電壓達(dá)到了690V，額定電流更是達(dá)到了2600A。世界上先進(jìn)公司生產(chǎn)的軟啟動(dòng)器設(shè)備，基本上都是有人機(jī)界面的，這樣就可以讓用戶對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，還便于用戶設(shè)置一些參數(shù)，此外還可以對(duì)各種通訊協(xié)議進(jìn)行兼容，具備保護(hù)電機(jī)功能，而且還有節(jié)能設(shè)備。

1.關(guān)于國(guó)內(nèi)軟啟動(dòng)器的研究

軟啟動(dòng)器在我國(guó)的發(fā)展相對(duì)來(lái)說(shuō)比較晚，因此在基礎(chǔ)方面也就略微薄弱，與國(guó)外的產(chǎn)品相比，在技術(shù)和可靠性能方面還有一定的差距。我國(guó)生產(chǎn)軟啟動(dòng)器的公司有上海山芋科技股份有限公司，西安西普電力電子有限公司，西安西馳電氣有限公司等廠家。雖然軟啟動(dòng)器的發(fā)展前景因?yàn)樽冾l器的出現(xiàn)而蒙上了一層陰影，不過(guò)軟啟動(dòng)器還是有價(jià)格低廉和啟動(dòng)性能良好的優(yōu)勢(shì)，但它在對(duì)調(diào)速?zèng)]有需求的領(lǐng)域依舊很有優(yōu)勢(shì)。如今現(xiàn)代的控制理論不斷發(fā)展，以及各個(gè)國(guó)家技術(shù)人員的研究也越來(lái)越深入，軟啟動(dòng)器必然會(huì)出現(xiàn)更加優(yōu)異的性能。

現(xiàn)在看來(lái)，軟啟動(dòng)器主要有以下三點(diǎn)發(fā)展方向：

(1)體積變小。新型的，大功率的功率半導(dǎo)體不斷研發(fā)和應(yīng)用，會(huì)讓生產(chǎn)出來(lái)的新型產(chǎn)品的體積以及系統(tǒng)的消耗越來(lái)越來(lái)低，就會(huì)使軟啟動(dòng)器的運(yùn)行效率得到本質(zhì)性的提高。

(2)智能化。集成電正在飛速的發(fā)展，更為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力將是新型軟處理器的發(fā)展目標(biāo)，對(duì)于控制的高水平的追求也能提高軟啟動(dòng)器的精度以及智能化的水平高度。

(3)轉(zhuǎn)矩的趨勢(shì)化。軟啟動(dòng)技術(shù)中的變頻啟動(dòng)將成為主流。降壓軟啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩都是在啟動(dòng)時(shí)浪費(fèi)的，對(duì)于節(jié)能十分不利。但是變頻軟啟動(dòng)器啟動(dòng)時(shí)的矩大而且廣，十分利于軟啟動(dòng)器的發(fā)展。

2.關(guān)于軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式的應(yīng)用分析

(1)斜坡電壓起動(dòng)方式

電動(dòng)機(jī)的定子端進(jìn)行加壓控制就是我們所說(shuō)的斜坡電壓軟啟動(dòng)。這一種方式里晶閘管輸出電壓呈現(xiàn)出線性變化。通過(guò)之前的分析我們可以知道，當(dāng)斜坡電壓?jiǎn)?dòng)的時(shí)候，對(duì)電機(jī)的沖擊電流有效的減小效果，電壓的線性升高可以帶動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的快速增大。

(2)斜坡電壓加限電流起動(dòng)方式

斜坡電壓加限電流起動(dòng)的作用主要是控制電機(jī)的啟動(dòng)電流，讓它不超過(guò)某一個(gè)限定的值。在電機(jī)起動(dòng)的時(shí)候，軟啟動(dòng)器的輸出電流會(huì)伴隨著啟動(dòng)電壓的增加而快速上升，如果電流達(dá)到了之前系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，就會(huì)調(diào)入PI來(lái)控制下一個(gè)子程序，這時(shí)輸出的電壓是保持不變的，直到電機(jī)電流會(huì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升而下降，這時(shí)再對(duì)觸發(fā)角的大小進(jìn)行調(diào)整，直到電機(jī)的啟動(dòng)完成。這個(gè)啟動(dòng)方式的優(yōu)勢(shì)是它對(duì)電網(wǎng)的沖擊比較小。比較適用于一些負(fù)載比較大，需要考慮慣性，需要對(duì)起動(dòng)電流加以限制但是對(duì)啟動(dòng)時(shí)間沒(méi)有嚴(yán)格要求的情形中。起動(dòng)過(guò)程的長(zhǎng)短與限定電流設(shè)定值及負(fù)載的輕重有關(guān)。它的缺點(diǎn)是損失起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。

(3)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)方式

轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)主要就是利用了PI調(diào)節(jié)，可以控制電機(jī)起動(dòng)和停機(jī)的時(shí)間，在這一期間里負(fù)載特性的變化會(huì)導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化。PID 控制器有兩個(gè)輸入變量：一個(gè)是通過(guò)電路輸入的電壓電流的動(dòng)態(tài)值經(jīng)過(guò)計(jì)算之后得到的實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)矩；而另一個(gè)則是理想的程序設(shè)定轉(zhuǎn)矩值，一般通過(guò)實(shí)踐檢測(cè)來(lái)獲得這一數(shù)值。然后通過(guò)MCu的主控芯片，經(jīng)過(guò)一系列的控制算法程序，就能得出控制晶閘管導(dǎo)通的觸發(fā)角的大小。

轉(zhuǎn)矩控制方式的特點(diǎn)在于起動(dòng)曲線十分平滑，而且柔性度也相較好。因?yàn)檫@種方式在其起動(dòng)和停機(jī)的過(guò)程里都可以對(duì)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，從而減少了它對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)機(jī)械的沖擊。所以特別適合那些穩(wěn)壓供水系統(tǒng)里面的應(yīng)用，可以有效地對(duì)水錘效應(yīng)進(jìn)行削弱，從而讓水系統(tǒng)對(duì)閥門(mén)的沖刷破壞作用適當(dāng)減少。根據(jù)一些實(shí)際情況我們可以看出，斜坡電壓在停機(jī)的時(shí)候，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩是呈線性下降的，所以不能按照負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化再進(jìn)行靈活的調(diào)整。

(4)軟啟動(dòng)器保護(hù)功能齊全

現(xiàn)在的軟啟動(dòng)器具有完善的保護(hù)功能，保護(hù)軟啟動(dòng)和電動(dòng)機(jī)的使用安全。在使用中應(yīng)根據(jù)不同的情況恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置保護(hù)級(jí)別和保護(hù)參數(shù)。

①軟啟動(dòng)器過(guò)熱保護(hù)：溫度升至80℃±5℃時(shí)保護(hù)動(dòng)作，當(dāng)溫度降至55℃時(shí)（最低）過(guò)熱保護(hù)解除。②輸入缺相保護(hù)滯后時(shí)間：＜3秒。③輸出缺相保護(hù)滯后時(shí)間：＜3秒。④三相不平衡保護(hù)滯后時(shí)間：＜3秒。以各相電流偏差大于50%±10%為基準(zhǔn)，當(dāng)基準(zhǔn)電流低于軟啟動(dòng)器標(biāo)稱額定值的30%時(shí)，判斷基準(zhǔn)偏差將增大。⑤啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)時(shí)間：持續(xù)大于最大工作電流的5倍時(shí)的保護(hù)時(shí)間。⑥運(yùn)行過(guò)載保護(hù)時(shí)間：以最大工作電流為基準(zhǔn)作反時(shí)限熱保護(hù)，脫扣保護(hù)時(shí)間。⑦電源電壓過(guò)低保護(hù)滯后時(shí)間：當(dāng)電源電壓低于極限值40%時(shí)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間＜0．5秒否則低于設(shè)定值時(shí)動(dòng)作時(shí)間＜3秒。⑧電源電壓過(guò)高保護(hù)滯后時(shí)間：當(dāng)電源電壓低于極限值130%時(shí)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間＜0．5秒否則高于設(shè)定值時(shí)動(dòng)作時(shí)間＜3秒。⑨以上參數(shù)是從檢測(cè)到有效信號(hào)開(kāi)始到發(fā)出脫扣保護(hù)指令為止，參數(shù)值僅供參考。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電子軟啟動(dòng)器具有更大的優(yōu)勢(shì)，尤其是在控制三相異步電動(dòng)機(jī)的起、停方面，不過(guò)它也有缺點(diǎn)，就是性能和可靠性以及可操作性上都有欠缺。通過(guò)本文我們了解了一些關(guān)于軟啟動(dòng)器的知識(shí)，從而看出了一些軟啟動(dòng)器在應(yīng)用里的不足，對(duì)于軟啟動(dòng)器在一些大功率電動(dòng)機(jī)里面的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，發(fā)展的前景還是很廣泛的，最重要的就是需要技術(shù)人員對(duì)軟啟動(dòng)器的深入研究，從而產(chǎn)生一些更加適合軟啟動(dòng)器在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)良性能。

[1]楊光紅．軟啟動(dòng)器在三相異步電動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用[J]．華東科技：學(xué)術(shù)版, 2013(6):370-370．

[2]李進(jìn)．基于交流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器技術(shù)的研究[J]．中國(guó)電子商情：科技創(chuàng)新, 2013(18):57-57．

(責(zé)任編輯：牛玉娟)

Application of Soft Starter in Large-power Motor

Duan Zongbing

（He’nan Longyu Coal Chemical Industry Co., ltd, He’nan, 476600）

There is one new product appearing in motor industry, that is the soft starter. Soft starter is the product with relevant software and hardware function and it takes the SCR as the core component. There is three pairs of antiparallel thyristor in series combination in the interior of soft starter and the method changing its input voltage is operating through the fring angle, in which way, it can highlight the starting property of motor. Compared with some laden starters, some traditional contactors and auto-induction voltage-reduction starters, the soft starter has great advantages. Soft starter has the function of starting and regulating relevant parameters, therefore, compared with the traditional motor starters, it has different settings about the using environment, installation and debugging.

soft starter；motor；fring angle；auto-induction voltage-reduction

T

A

段宗兵（1986～)，男，河南龍宇煤化工有限公司；研究方向：化工企業(yè)低壓安全供電。