软启动器工作原理与主电路图.doc

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软启动简介及工作原理
　　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。这就是软启动。
　　软启动器（soft starter）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，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。电动机软起动器是运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。
　　软起动一般有下面几种起动方式：
　　（1）斜坡升压软起动。
　　（2）斜坡恒流软起动。
　　（3）阶跃起动。
　　(4) 脉冲冲击起动
　　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。待电机达到额定转数时，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，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。软起动与传统减压起动方式的不同之处是：
　　（1）无冲击电流。软启动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。
　　（2）有软停车功能，即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击，避免高程供水系统的水锤效应，减少设备损坏。
　　（3）起动参数可调，根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。
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几种大型电机起动方法之比较
　　当前我国经济已经进入了一个新的发展阶段，大型企业和大型装备越来越多，大型电机（5000kW～60000kW）的应用越来越多，大型电机的起动方法也越来越受到人们的重视。
　　社会发展是有阶段性的。在不同阶段，人们的生产手段、生产工具和生活用品都有很大的不同。上世纪80～90年代，我国的经济实力尚较薄弱，当时的小水泥和小钢铁发展很快，1000kW～4000kW电机的应用增长很快，与当时的经济基础相适应的液态起动装置出现，它经济实用，解决了电机起动中的一些问题。对当时的经济发展起到了一定的作用。到世纪之交时期，我国经济实力已有较大的发展，生产手段和生产工具亦有了较大发展，电机容量也有了很大增长，人们开始不满足液态起动装置的低性能，于是晶闸管串联式（固态）软起动装置的应用开始增加，继而又出现了开关变压器式软起动装置和磁饱和电抗器式（磁控）起动装置，变频装置用于电机软起动的情况也越来越多，当前这四种产品是大型电机起动市场的主流产品，液态起动装置则应用在小型（5000kW以下）电机上较多。另外，两种老式起动方法（自耦变压器和变压器-电动机组）也常常出现在20000kW以下电机的起动上。
　　大型电机驱动的设备一般都是企业的核心设备，直接影响企业的生产状况，因此人们应该对其起动给予特别的关注，合理的选择起动装置将给企业带来很大的经济效益。但是电机起动技术毕竟不是一个企业的核心技术，许多企业的电气工作者很少有时间来研究各种起动方法之间的差别，往往会造成不恰当的选择，有时甚至不得不做出第二次选择，给企业造成不应有的损失。因此，如实地说明各种起动方法的性能及其差别是非常重要的。
　　一、电动机直接全压起动的危害性及软起动好处
　　⒈ 引起电网电压波动，影响同电网其它设备的运行
　　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。
　　软起动时，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。
　　⒉ 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。
　　⒊ 伤害电机绝缘，降低电机寿命
　　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。
　　⒋ 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。
　　⒌ 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。
　　当采用减压起动时，上述危害只有一定程度的降低；当采用软起动时，上述危害几乎完全消失；独立变压器供电方式直接起动只能在电网电压波动方面有所缓解，而其它方面的危害都照样存在。
　　超大型电动机的价值都很高，在生产中也都起着核心作用。它的一点故障便会造成很大的经济损失，对它采用完善的保护是非常必要的。比如说对一台电机我们不能指望它的各处绝缘都是完全一致的，可能在某一点就有个薄弱环节，出厂试验时它能通过，但在长时间的冲击下这个薄弱环节会逐渐首先显露出来，使其寿命缩短。如果我们采取软起动，则可以大大延长电机的使用寿命，这两种方案哪一个合算呢？这是显而易见的。
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软启动器型号的详细介绍

HPS2D常规型软启动器
HPS2D常规型软启动器：HPS2D75…840型电机软起动器，是一种全数字控制的软起动器。控制功能十分完善并有多种保护功能,在省级新产品鉴定会上，被评定为国际水平国内领先产品。它采用16位单片机，数据处理实现全部数字化，起动和停止时的电压斜坡由单片机控制。具有脉冲突跳、大电流断开、泵停止、内置电子过载保护(可选)、断相保护、过流保护、过温保护，并具有自诊断和节能功能。可消除电动机起动、停止过程中的电流冲击，减小电网容量，避免电机起动时机械冲击，保护电机和负载。是传统星--三角、自耦降压起动器的最佳换代产品，可广泛应用于纺织、冶金、石油化工、水处理、食品和保健品加工、采矿和机械等行业。

HPMV-DN中、高压固态软启动器
HPMV-DN中、高压固态软启动器 是用多只可控硅串并联而成，可以满足不同的电流及电压等级要求，控制可控硅的触发角就可以控制输出电压的大小。在电机起动过程中，HPMV-DN按照预先设定的起动曲线增加电机的端电压使电机平滑加速，从而减少了电机起动时对电网、电机本身和相连设备的电气及机械冲击。当电机达到正常转速后，旁路接触器接通。电机起动完毕后，HPMV-DN软启动器继续监控电机并提供各种故障保护。在软停机时首先按照预先设定好的停机曲线平滑地降低电机的端电压直到电机停机。软停可以解决突然停机引起的水泵水锤现象及机械冲击等相关问题。

HPS2S经济型软启动器
经济型软起动器 HPS2S18/30…300/515是一款灵活多用的电机软启动器。可以取代Y/△起动,适用于大多数应用场合。它安装调节方便，所有控制连接及参数调节均在正面上完成。前面板上给出清晰的工作状态及故障指示。该软启动器在安装后用户仍可方便就地改造，如：附加限流功能和内接外接转换选择。该软启动器可不带旁路持续在线运行。软启动器为旁路和故障单独设置了控制继电器。该软启动器所有参数均通过前面板上的三只旋钮电位计和一只拔码开关设定,直观准确。它甚至可以工作在有振动和环境温度较高的应用场合。当该软启动器用于内接时因可控硅模块上承受的是三角形接法时的相电流，所以相同电流的软启动器在内接时可以负载比外接时大1.73倍的电机。如一台58A的S型软启动器内接应用时可以负载100A的电机。
　　HPS2S18/30...300/55的特色
　　安装容易，调节方便.
　　灵活选型，自由选择内接/外接方式；
　　产品性能稳定可靠；
　　带LED指示,电源和工作状态及故障分析一目了然
　　在常规负荷的应用中，如泵、压缩机、升降机、电梯、短距离输送带和船头推进器等，可以根据电动机的额定功率来选择HPS2S软起动器。
　　对于负荷的应用，如离心机，混合机，压碎机，搅拌机和距离输送带，建议你选择不电动机额定功率大一个规格的软启动器。
　　参数
　　主电压范围：220~690VAC
　　主电流范围：18~300A外接；300~515A内接。
　　控制电压：110~120VAC或220~240VAC
　　软启时间：0~30sXWD-6-1/47
　　软停时间：0~30s
　　初始电压：30~70%Ue；1.5~4Ie
　　旁路方式：外置可不带旁路运行

HPS2DB型汉显智能经济型软启动器
HPS2DB型汉显智能经济型软启动器HPS2DB型汉显智能经济型软启动器在秉承和平电气其他型号软启动器优良的起动、停止特性的基础上，采用双MCU形式，主芯片采用新型微处理完成通讯、故障处理、信号采集、参数给定等功能；而从芯片完成可控硅的触发控制，预置出厂参数，适合于大多数负载需要，可通过键盘轻松将当前参数恢复到出厂值。内置非易用失性存储器，确保参数不会丢失。全面的保护功能。支持通讯功能-可通过现场总线与软启动器通讯，可以支持Modbus，Profibus,DeviceNet等通讯协议。可选带模拟输出功能，可在线升级软启动器控制程序。
　　型号说明
　　(1)起动器额定流 18,30,37,44,50,60,72,85,105,142,175,210,250,300 370,470A
　　(2)主电压 等级 适用范围
　　50/60Hz 230VAC 220~240VAC
　　400VAC 380~420VAC
　　500VAC 480~520VAC
　　690VAC 660~690VAC
　　(3)控制电压 等级 适用范围
　　50/60Hz 115VAC 110~120VAC
　　230VAC 220~240VAC
　　(4)任选件 代号 说明
　　A Modbus
　　B Profibus
　　C DeviceNet
　　D RS232C选件
　　E 模拟输出选件
　　注：若HPS2DBXXX后面三项均未填，则默认为：主电压400VAC，控制电压230VAC，无选件。
　　选型指导
　　电机功率的最大额定值(KW) 电机额定电流Ie 软起动器规格型号 重量
　　230V 400V 500V 690V A 主电压 控制电压 类型 Kg
　　4 7.5 11 15 18 HPS2DB 18 - x - x - x 4.5
　　7.5 15 18.5 25 30 HPS2DB 30 - x - x - x 4.5
　　9 18.5 22 30 37 HPS2DB 37 - x - x - x 4.5
　　11 22 25 37 44 HPS2DB 44 - x - x - x 4.5
　　12.5 25 30 45 50 HPS2DB 50 - x - x - x 4.5
　　15 30 37 55 60 HPS2DB 60 - x - x - x 4.5
　　18 .5 37 45 59 72 HPS2DB 72 - x - x - x 4.5
　　22 45 55 75 85 HPS2DB 85 - x - x - x 5.5
　　30 55 75 90 105 HPS2DB 105 - x - x - x 5.5
　　37 75 90 132 142 HPS2DB 142 - x - x - x 5.5
　　45 90 110 160 175 HPS2DB 175 - x - x - x 22.7
　　55 110 132 200 210 HPS2DB 210 - x - x - x 22.7
　　75 132 160 220 250 HPS2DB 250 - x - x - x 22.7
　　90 160 200 257 300 HPS2DB 300 - x - x - x 22.7
　　110 200 250 355 370 HPS2DB 370 - x - x - x 24.8
　　132 250 315 450 470 HPS2DB 470 - x - x - x 24.8
　　性能参数
　　主电压范围 230V~690VAC 50/60Hz
　　主电流范围 18~470A
　　控制电源 110V~127VAC 50/60HZ或 220~240VAC 50/60HZ
　　起动时间 0~30s
　　停止时间 1~30s
　　初始电压 30~50%Ue
　　限流倍数 1.5~4Ie
　　起动频繁 在最大起动电流时4次/小时
　　保护功能 缺相、过压、欠压、过流、欠流、过温
　　模拟输出 1~5V DC或4~20mA DC
　　通讯功能 1~5V DC或4~20mA DC
　　模拟输出： Modbus、Profibus、DeviceNet等
　　显示语种 中、英文可选可扩展其他语言
　　主要特色：
　　● LCD菜单显示，中英文语言可选，可扩展其它语言；
　　● 体积小巧、结构紧凑、安装方便；
　　● 起╱停控制平稳，保护功能全面完善；
　　● 支持通讯功能，通讯协议多种可选；
　　● 具有旁路工作状态监控保护功能

HPS2DN数字式智能型软起动器
HPS2DN数字式智能型软起动器HPS2DN15…840数字式智能型软起动器是在原有HPS2S、HPS2D/DH基础上新开发的一种基于最先进的数字处理器的调压、限流式智能电机软启动器，其独特的智能电子电路提供完美的控制及保护功能：线性加速起动、泵起、泵停控制，预置低速运行(可在低速下短时电子控制式正反转调试)，可预置双重起停参数自由切换，能监测负载状况并自动实现轻载节能模式运行。电机绝缘检测保护功能及缺相、短路、相序及电子过载等保护。可带RS 485通讯接口，使用Modbus /Profibus协议，实现全面微机远控和监测。可广泛用于纺织，冶金、石油化工、水处理、船舶、运输、医药、食品加工，采矿和机械设备等行业。新一代HPS2DN是现代工业信息化，自动化技术应用中极为方便采用的“积木”式IT元件。
　　HPS2S经济型软启动动器HPS2S经济型软启动动器：按其功率大小主要分为四种於DIN35毫米导轨上。这种小型软起动器具有内置的旁路接点。HPS2S18/30... 300/515用於一般启动， 可用“外接”和“内接”两种连接方法（可与标准的Y/D起动器相比较）。采用“内接”可减少42%流经软启动器的电流。也就是说使用户有可能用58A的软启动器来启动和运行100A的电机。限流功能可作为选件提供, 标准的配置是有两个内装的信号继电器。这种软启动器的功率为1.15, 意即其最大电流等於额定电流lex1.15。
　　电动机属感性负载，电流滞后电压，大多数用电器都属此类。为了提高功率因数须用容性负载来补偿，并电容或用同步电动机补偿。降低电动机的激磁电流也可提高功率因数（HPS2节能功能，在轻载时降低电压，使激磁电流降低，使COS∮提高）。
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软启动节能
　　节能运行模式：轻载时降低电压减少了激磁电流，电机电流分为有功分量和无功分量（激磁分量）提高COS∮。
　　节能运行模式：当电动机负载轻时，软启动器在选择节能功能的状态下，PF开关热拨至Y位，在电流反馈的作用下，软启动器自动降低电动机电压。减少了电动机电流的励磁分量。从而提高了电动机的功率因数（COS∮）。（国产软启动器多无此功能）在接触器旁路状态下无法实现此功能。TPF开关提供了节能功能的两种反应时间；正常、慢速。节能运行模式：自动节能运行。（正常、慢速两种反应速度）空载节能40%，负载节能5%。
软启动器工作原理与主电路图

1 软启动器工作原理与主电路图

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。这种电路如三相全控桥式整流电路，主电路图见图1。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。待电机达到额定转数时，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，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。软启动与软停车的电压曲线见图2，3。

2 软启动器的选用
（1） 选型：目前市场上常见的软启动器有旁路型、无旁路型、节能型等。根据负载性质选择不同型号的软启动器。
旁路型：在电动机达到额定转数时，用旁路接触器取代已完成任务的软启动器，降低晶闸管的热损耗，提高其工作效率。也可以用一台软启动器去启动多台电动机。
无旁路型：晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，忽略电压谐波分量，经常用于短时重复工作的电动机。
节能型：当电动机负荷较轻时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，提高电动机功率因数。
（2） 选规格：根据电动机的标称功率，电流负载性质选择启动器，一般软启动器容量稍大于电动机工作电流，还应考虑保护功能是否完备，例如：缺相保护、短路保护、过载保护、逆序保护、过压保护、欠压保护等。
3 Alt48软启动器的特点
Alt48软启动器启动时采用专利技术的转矩控制。转矩斜坡上升更快速，损耗更低。具有电动机和软启动器综合保护功能，能全时连续检测电机电流，提供电机可靠和完整保护，这种保护功能在启动结束旁路后仍能起作用，这是其它软启动器都不具备的。
Alt48在保持加速力矩的同时，实时计算定子和转子的功率。在整个加速周期连续计算电机功率因数和定子损耗，通过检测电压和电流来计算功率因数，并扣除定子损耗，得到实际的转子功率和电机力矩。
4 Alt48软启动器的应用

设计采用一拖二方案，见图4，即一台软启动器带两台水泵，可以依次启动，停止两台水泵。一拖二方案主要特点是节约一台软启动器，减少了投资，充分体现了方案的经济性，实用性。
(1) 启动过程：首先选择一台电动机在软启动器拖动下按所选定的启动方式逐渐提升输出电压，达到工频电压后，旁路接触器接通。然后，软启动器从该回路中切除，去启动下一台电机。
(2) 停止过程：先启动软启动器与旁路接触器并联运行，然后切除旁路，最后软启动器按所选定的停车方式逐渐降低输出电压直到停止。
5 应用效果
通过一年的运行，表明该装置可靠性高，性能完善，能满足生产要求。主要体现在以下几点：
(1) 使用软启动器后，启动电流明显降低，减少配电容量与增容投资。
(2) 软启动器实现平稳启动，对水泵及管道无冲击，提高供电可靠性和供水可靠性。
(3) 采用软停车方式减少对机械的冲击，防止水锤效应，延长水泵及其相关设备的使用寿命。
(4) 多种启动模式及保护功能融于一体，防止事故的产生。