电机软启动器的研究与控制探讨
【摘要】工业生产中的带负载较高的风机、水泵如果采取直接启动，对电机损伤很大，若采用电机软启动方式，按设定的加速度时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。提高设备使用寿命，利于生产维护，降低成本，产生一定的经济效益。 【关键词】软启动器；冲击电流；恒流起动 0.概述
带大负载的水泵、风机的启停对电网冲击较大，普通鼠笼式异步电动机在全压起动时会产生较大的电流，电机的功率一般都比较大，起动电流可达到额定电流的5-8倍，导致电网电压波动，影响供电线路上的其他电机设备运行，若起动时间过长，会引起其他设备停机，且对设备损伤巨大，因此采用电机软启动器可避免这一过程。软启动装置是在规定时间内，自动将启动电压连续平滑的升到电机额定电压，起到稳定启动，减少对电网冲击，保护电机的一种降压装置。电机软启动器是采用电力电子技术，微处理技术及现代控制理论而设计生产的具有当今国际先进水平的新型起动设备。该产品能有效地交流异步电动机起动时的起动电流，可广泛应用于风机、水泵、输送类及压缩机等负载，是传统的星/三角转换、自耦降压、磁控降压等降压设备的理想换代产品。 1.电机软启动器作用和特点 1.1软启动器作用
①降低电动机的起动电流，减少配电容量，避免增容投资。 ②减少起动应力，延长电动机及相关设备的使用寿命。 ③平稳的起动和软停车避免了传统起动设备的喘振问题、水锤效应。
④多种起动模式及宽范围的电流、电压等设定，可适应多种负载情况，改善工艺。
⑤完善可靠的保护功能，更有效的保护电动机及相关设备的安全；软起动器正常工作由交流。
⑥软起动部分完成起动功能，电磁起动器部分完成分断功能。 ⑦软起动器的电磁起动部分是由隔离换相开关、接触器组成；当软起动有故障时，将芯架上的旋钮置于直接起动位置，它就具有完备的电磁起动器功能。 ⑧可用于频繁起、停的场合。 1.2软启动器特点
①起动方式：根据负载特点选择不同的起动模式及参数设置，可最大程度的使电动机实现最佳的起动效果；三种起动方式：电压斜坡起动—可得到最大的输出扭矩；限流起动—可有效地起动电流；点动—可实现试车调试功能。
②高技术性能：由于采用了高性能微处理器及强大的软件支持功能使控制电路得以简化。无需对电路参数进行调整。即可获得一致、准确及快速的执行速度；高强度抗干扰功能。
③高可靠性：kmpr5电机软启动器所有电器元件均经过严格的筛
选，其主控板还须经过72小时高温循环试验和振动试验，从而保证了出厂产品的高可靠性。
④优化的结构：独特紧凑的模块化结构及上进线下出线的连接方式，非常方便用户的集成、成套。
⑤多重保护功能：电机软启动器对电动机的起动有多种保护功能(如过流、过载、缺相、过热等)，可降低集成或成套成本，简化电路。
⑥软起动器安装方便：只需将软起动器接于电机与馈电开关之间，电源馈电开关—软起动器—电动机。
⑦键盘设置功能：便捷直观的操作显示键盘，可根据不同负载，对起停、运行、保护等参数进行设置、修改。 2.软启动器的工作原理
软起动器(软启动器)是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，软启动器是降压起动器的一种，软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。软起动器的交流软起动部分是以反并联的三组大功率可控硅作为可控硅模块，其核心部件是采用特种双回路调节器；在电动机的起动过程中，可按用户要求预设的曲线对电动机进行自动控制，并保证起动器使其平滑可靠地完成起动过程；其工作原理是利用性能先进的微处理器，控制其内部大功率晶闸管的组件导通，使电机输入平滑的交流电压，按预先设定的方式和参数进行逐渐上升，待电机达到额定转数时，启动过程结束。当电动机
起动过程完成后，由调节器控制交流接触器吸合，短接所有的可控硅，使电动机直接投入电网全压运行。采用软启动器启动电机可减少机械震动和噪音，减少供电线路的电耗。 3.软起动器的控制方式 3.1电压斜坡式起动控制方式
电压斜坡式起动控制方式是一种开环控制方式，是软起动器最早起动方式。它的电压按预先设定好的曲线变化，其斜率由斜坡上升的时间t决定。另外，当起动之初电压低于一定值时（一般为120v左右）电机转矩小于负载转矩，电机不能运转，反而使电机发热，因此电压斜坡式起动控制方式的电压不是从0开始上升，而是有一初始电压u0。这个电压通常要根据负载特性设定成能使电机起动所需的最小电压。也可设置为按两段斜率起动。 图1 常用电压斜坡升压软起动曲线 3.2电压突跳式起动控制方式
有些负载，在静止状态下有较大的静阻力矩，在电机起动初始需要很大的转矩使电机起动，当电机一旦转动起来，阻力矩反而减小。对此，起动时加一短时的高电压ub(其值和时间可以设置）以克服阻力矩。
3.3电流限幅起动控制方式
电压斜坡起动控制方式是开环控制，因此斜坡上升率不能随系统的变化自动调节，往往电流会超出所希望的值，由此发展了电流限幅控制方式。电流限幅起动控制方式是一种闭环控制方式。起动
过程中，需要不断地采样和调整电机电流。这种控制方式特别适合恒转矩负载，限幅值2.5in-5in。在电网容量受限时电机以最小的起动电流快速起动。 3.4软起动器的停车方式
①自由停车。在这种停机模式下，软起动器接到停止命令后即断开旁路接触器并禁止晶闸管的调压输出，电机依负载惯性逐渐停车。适用于对停车时间和停车距离无要求的负载设备。 ②软停车。在这种停机模式下，电动机的供电由旁路接触器切换到晶闸管调压输出，输出电压由全压逐渐减小，使电机转速平稳降低，直至停止。适用于对停车时间有要求和柔性停机要求的泵类负载等场合。
③直流制动停机，又称为精确停车控制，一般软起动器不具备此种功能。软起动器接到停机信号后，由旁路接触器切换为晶闸管供电，由晶闸管主电路向电机输入（可控）直流电流，从而加快制动，制动时间可调，用于对停车时间和停车距离有要求的工作场合，在一定程度上代替了反接制动停车。 4.结束语
经现场实际生产应用得知，电机软启动器起动平滑，通过闭环控制，使电机恒流，起动平滑，减小了电网压降，大大减小了对风机机械传动系统的冲击，起动完成后短接已经充分饱和了的饱和电抗器，几乎不引起二次冲击电流，完全满足生产工艺要求，具有推广应用价值。
【参考文献】
［１］骆宝俊.异步电机软起动器研究[d].南京理工大学，2007. ［２］高淑萍.智能型交流异步电机软起动器的研究[d].西安理工大学，2005.
［３］厉无咎.智能化软起动器[j].低压电器，2000,(01). ［４］于小亿.异步电动机软起动控制研究[d].湖南大学，2002. ［５］徐甫荣.交流异步电动机软起动技术[j].电气时代，2003,(08).
