鼠笼式异步电动机软启动器的研究

电动机软启动在建滔化工有限公司的应用建滔（河北）化工有限公司赵永坤摘要：本文分析了鼠笼式三相异步电动机传统的星三角起动、自耦减压起动等启动器的缺点，介绍了一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制器，软启动器。关键词：星三角起动、自耦减压起动、软启动器一、引言鼠笼式三相异步电动机是应用最为广泛的用电设备，传统的起动方式有星三角起动、自耦减压起动、电抗器减压起动、延边三角形减压起动等，这些起动方式都属于有级减压起动。它们的共同特点是控制电路简单，但起动转矩不可调，起动过程中存在较大的冲击电流，使被拖动负载受到较大的机械冲击，且易受电网电压波动的影响，一旦电网电压波动，会造成起动困难，甚至使电机堵转。停机时几种起动方法都是瞬间停电，也将会造成剧烈的电网电压波动和机械冲击。软起动器除克服上述缺点外，还具有过流、过载、缺相等多种保护。下面本文将介绍软起动器的工作原理、主要功能及适用场合和在建滔化工的应用典型。二、软起动器的工作原理软起动控制器是利用电力电子技术与自动控制技术，将强电和弱电结合起来的控制技术，其主要结构是一组串接于电源和被控电机直接的三相反并联晶闸管及其电子控制电路，利用晶闸管移相控制原理，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，从而实现不同的起动功能。起动时，使晶闸管的导通角从0开始，逐渐前移，电机的端电压从零开始，按预设函数关系逐渐上升，直至达到满足起动转矩而使电动机顺利启动，再使电机全电压运行，这就是软起动器的工作原理。三、软起动器的主要功能软起动器借助单片机进行控制，它通常具备以下主要功能。（1）自检功能。软起动器通电后，系统内部进行自检，如果有故障则立即告警。（2）额定电流设定。电动机额定电流应为软起动器额定电流的70%-100%。（3）软起动功能。接到起动命令，软起动器自动进入起动程序，再规定时间（ts一般为0-60s可调）内输出一个呈线性上升的电压给电动机。其初始电压即为电动机的起动电压。初始电压一般设定为30%-80%的电动机额定电压；终止电压为电动机的额定电压。（4）脉冲突跳起动功能。在启动开始阶段，晶闸管在极短时间内以较大电流导通，经过一段时间后回落，再按原设定值线性上升，进入恒流起动状态。（5）软停止功能。当电动机需要停机时，不是立即切断电动机的电源，而是通过调节晶闸管的导通角，从全导通状态逐渐地减小，从而使电动机的端电压逐渐降低而切断电源的，这一过程时间较长故称为软停控制。停车的时间（Tf）根据实际需要可在0-120s范围内调整。传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的。但有许多应用场合，不允许电机瞬间关机。例如：高层建筑、楼宇的水泵系统，如果瞬间停机会产生巨大的“水锤”效应，使管道甚至水泵遭到损坏。为减少和防止“水锤”效应，需要电机逐渐停机，采用软起动器能满足这一要求。（6）快速停止功能。该功能用在比自由停车快的场合。当电动机需要快速停车时，软起动器具有能耗制动功能，即当接到制动命令后，软起动器改变晶闸管的触发方式，使交流电转变为直流电，然后在关闭主电路后，立即将直流电压加到电动机定子绕组上，利用转子感应电流与静止磁场的作用达到制动目的。制动电流的大小可在电机额定电流的150%-400%之间调整。（7）节能功能。软起动器可以根据电动机功率因数的高低，自动判断电动机的负载率，当电动机处于空载或负载率很低时，通过相位控制使晶闸管的导通角发生变化，从而改变输入电动机的功率，以达到节能目的。节电效果大致如下：当负载率＜35%时，电动机节电率可达20%-50%。负载率大于50%时节电率几乎为零。（8）保护功能。1过载，软起动器具有设定电子过载保护器的功能。2过流，一旦负载太重瞬间电流超出电机额定电流500%，控制输出停车。3缺相，当电源或软起动器内部晶闸管损坏时，软起动器报警停车。4过热，当软起动器散热器的温度超过设定值时，温度传感器动作，保护电路切断软起动器输出。四、适用场合软起动器在各类电力拖动中可全面取代传统的星三角起动器、自耦减压起动器等。根据软起动器的功能，尤其适用以下场合：(1)正常运行时电动机不需要具有调速功能，只解决起动过程的工作状态。(2)在正常运行时负载不允许降压、减速。(3)电动机功率较大，起动时，会给主变压器运行造成不良。(4)电动机运行对电网电压要求严格，电压降≤10%Ue。(5)设备精密，起动不允许有起动冲击。(6)设备的起动转矩不大，可进行空载或轻载起动。(7)大中型电动机需要节能起动。从初投资看，功率在75KW以下的电动机采用传统起动器比较经济。功率在90-250KW的电动机采用软起动器比较合算。(8)短期重复工作的机械。指长期空载，短时重载，空载率较高的机械，或者负载持续率较低的机械。如：输送机械、破碎机、压缩机等。(9)需要具有平滑加速、平滑减速、突跳起动、快速停止等的工作机械。五、在建滔化工有限公司的典型应用建滔化工有限公司根据应用环境和工艺要求，上海雷诺尔JJR系列软起动器在各工段得到广泛应用，如：防止产生水锤效应，软起动器在185KW熄焦泵的应用;不允许电压波动对转速、流量、压力有影响的220KW的工艺给水泵、160KW的母液循环泵、75KW的高压氨水泵等泵类，又如，要求能实现平滑、渐进的起动过程，紧急情况又能紧急停车的煤焦运输皮带，和要求堵转能快速保护的低压破碎机等。因各个电机软起外围控制均有不同，但原理相同。故本文不再一一细述，下面是本厂雷诺尔JJR5000系列软起动器的控制原理图。M~JJR5000说明：1和2为控制旁路接触器无源接点。3和4，5和6均为内部无源接点。3和4故障时闭合，5和6运行时闭合。8断为瞬停输入，9点断为软停，10接通为软起。7闭合可解除故障状态。4~20mA为模拟信号输出。起动方式（电压斜坡起动可得到最大起动转矩，限流起动可限制最大起动电流），启动时间（0-100s），停车时间（0-60s），控制方式（操作面板，外控，pc）各种保护的设定等等均可用操作面板设定。本机并增加RS485物理接口以便客户能实现通讯控制。结束语：近年来国内外软起动器技术发展很快，软起动器从最初的单一软起动功能，发展至具有过载、堵转过流、欠流、不平衡或缺相、漏电、欠压等保护功能，同时具有运行和故障状态监视、保护通信单元、显示操作、编程模块，具有DP协议接口，可直接与DP协议总线组网。是传统起动方式的理想替代品。参考文献：《现代电工知识》、雷诺尔软起动器说明书2009年9月20日