软启动器工作原理及应用详解

导读软启动是指电机的电压由零慢慢提升到额定电压，这样电机在启动过程中的启动电流，就由过去过载冲击电流不可控制变成为可控制。并且可根据需要调节启动电流的大小。电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。本期专题将对软启动器的工作原理和应用进行全面解析。软启动的必然性在工程中最常用的就是三相异步电机，由于其电机启动特性，这些电动机直接连接供电系统启动（硬启动），将会产生高达电机额定电流5～7倍的浪涌（冲击）电流，使得供电系统和串联的开关设备过载。另一方面，直接启动也会产生较高的峰值转矩。这种冲击不但会对驱动电动机产生冲击，而且也会使机械装置受损，还会影响接在同一电网上的其他电气设备正常工作。鼠笼型异步电动机电子软启动器的诞生解决了这个问题。它既能改变电动机的启动特性保护拖动系统，更能保证电动机可靠启动，又能降低启动冲击。因此，随着电力电子技术的快速发展，智能型软启动器将会得到更广泛的应用。软启动器的工作原理软启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。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转速时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转速逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。▲软启动器的典型控制图▲软启动器接线图直接启动的危害性（1）引起电网电压波动交流电动机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的4~7倍，当电机的容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压的急剧下降，影响同电网其它设备的正常运行。软启动时，起动电流一般为额定电流的2~3倍，电网电压波动率一般在10%以内，对其它设备的影响非常小。（2）对电网的影响对电网的影响主要表现在两个方面：1）超大型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定。2）起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。软起动时起动电流大幅度降低，以上影响可完全免除。（3）伤害电机绝缘1）大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。2）大电流产生的机械力使导线相互摩擦，降低绝缘寿命。3）高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。软起动时，最大电流降低一半左右，瞬间发热量仅为直起的1/4左右，绝缘寿命会大大延长；软起时电机端电压可以从零起调，可完全免除过电压伤害。（4）电动力对电机的伤害大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。软起动时，由于最大电流小，则冲击力大大减轻。（5）对机械设备的伤害全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。软起动的转矩不会超过额定转矩，上述弊端可以完全克服。软启动的特点1）无冲击电流。软启动器在启动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机启动电流从零线性上升至设定值。2）恒流启动。软启动器可以引入电流闭环控制，使电机在启动过程中保持恒流，确保电机平稳启动。3）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地从无级调整至最佳的启动电流。4）降低电机启动电流，降低配电容量，避免增容投资。5）降低启动机械应力，延长电动机及相关设备的使用寿命。6）启动参数可按负载调整，以达到最佳启动效果。7）多种启动模式及保护功能，易于改善工艺，保护设备。8）特有外控端子，可方便实现异地控制或自动控制。9）全数字开放式用户操作显示键盘，操作设置灵活简便。10）高度集成的微处理器控制系统，性能可靠。11）大电流无触点交流开关无级调压，调压范围宽，过载能力强。软启动的启动方式（1）限流启动顾名思义是限制电动机的启动电流，它主要是用在轻载启动的负载降低启动压降，在启动时难以知道启动压降，不能充分利用压降空间，损失启动力矩，对电动机不利。（2）斜坡电压启动电压由小到大斜坡线性上升，这种启动方式是在电动机启动的初始阶段启动电压逐渐增加，当电压达到预先设定的值后保持恒定，直至启动完毕。这种启动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机启动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。（3）转矩控制启动将电动机的启动转矩由小到大线性上升，它的优点是启动平滑，柔性好，对拖动系统有更好的保护，延长拖动系统的使用寿命。同时降低电机启动时对电网的冲击，是最优的重载启动方式，缺点是启动时间较长。（4）转矩加突跳控制启动与转矩控制启动相仿也是用在重载启动。不同的是在启动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，干扰其他负荷，应用时要特别注意。（5）电压控制启动用在轻载启动的场合，在保证启动压降下发挥电动机的最大启动转矩，尽可能地缩短启动时间，是最优的轻载软启动方式。软启动具有的保护1）外部故障输入保护。瞬停端子用于外加专用保护装置，如热继电器等。2）失压保护。软启动器断电且又来电后，无论控制端子处于何种位置，均不会自行启动，以免造成伤害事故。3）启动时间过长保护。由于软启动器参数设置不当或其他原因造成长时间启动不成功软启动器会自行保护。4）软启动器过热保护。温度升至80±5℃时保护动作，动作时间＜0.1秒；当温度降至55℃，过热保护解除。5）输入缺相保护。滞后时间＜3秒。6）输出缺相保护。滞后时间＜3秒。7）三相不平衡保护。滞后时间＜3秒，以各相电流偏差大于50%±10%为基准。8）启动过电流保护。启动时持续大于电机额定工作电流5倍时保护动作。9）运行过载保护。以电机额定工作电流为基准作反时限热保护。10）电源电压过低保护。滞后时间：当电源电压低于极限值50%时，保护动作，时间＜0.5秒，否则低于设定值时保护动作，时间＜3秒。11）电源电压过高保护。当电源电压高于极限值130%时，保护动作，时间＜0.5秒，否则高于设定值时保护动作，时间＜3秒。12）负载短路保护。滞后时间：＜0.1秒，短路电流为软启动标称电机电流额定值10倍以上。软启动器常见故障处理措施（1）上电后不显示1）检查控制电源是否接入。2）检查显示屏连接线是否插紧。3）检查控制板有没有问题。（2）报缺相故障1）启动方式采用带电方式时，操作顺序有误。正确操作顺序应为先送主电源，后送控制电源。2）电源缺相或者三相电未上，软启动器保护动作（检查电源）。3）软启动器的输出端未接负载。4）控制板有问题。（3）启动完毕旁路接触器不吸合1）在启动过程中，保护装置因整定偏小出现误动作（将保护装置重新整定即可）。2）在调试时，软启动器的参数设置不合理（主要针对的是55kW以下的软启动器，对软启动器的参数重新设置）。3）控制线路接触不良（检查控制线路）。4）接触器有问题不能正常吸合。5）控制板问题。（4）空气开关跳闸1）空气开关长延时的整定值过小或是空气开关选型和电机不配（空气开关的参数适量放大或空气开关重新选型）。2）软启动器的起始电压参数设置过高或启动时间过长（根据负载情况将起始电压适当调小或者启动时间适当缩短）。3）在启动过程中因电网电压波动比较大，易引起软启动器发出错误指令，出现提前旁路现象（建议用户不要同时启动大功率的电机）。4）启动时满负载启动（启动时尽量减轻负载）。5）软启动额定电流设置有问题。（5）软启动器启动时报故障1）电机缺相（检查电机和外围电路）。2）软启动器内主元件可控硅短路。3）滤波板击穿短路。4）控制板问题。（6）启动超时1）参数设置不合理（重新整定参数，起始电压适当升高，时间适当加长）。2）启动时满负载启动（启动时尽量减轻负载）。3）机械故障。4）控制板问题。（7）启动过程电流不稳定1）电流表指示不准确或与互感器不匹配。2）电网电压不稳定，波动比较大，引起软启动器误动作。3）软启动器参数设置不合理。（8）软启动器重复启动1）在启动过程中外围保护元件动作，接触器不能吸合，导致软启动器出现重复启动（检查外围元件和线路）。2）中间继电器有问题不能正常吸合。3）控制板问题。（9）短路1）检查电机联线和电机是否损坏。2）过电流将软启动器击穿（检查软启动器功率是否与电机的功率相匹配，电机是否是带载启动）。3）软启动器的散热风扇损坏（更换风扇）。4）启动频繁，高温将可控硅损坏（控制启动次数）。5）滤波板损坏（更换损坏元件）。（10）启动时过电流1）检查负载或电机的机械部件是否正常。2）检查电机是否短路。3）检查软启动的电流参数和功率是否正确。（11）三相不平衡1）检查输入三相电源是否异常。2）检查电机负载端是否异常。3）软启动器可控硅击穿短路。4）控制板有问题。