软起动器.doc

课题一、软起动器
1.引言
根据统计，电动机的用电量占我国发电量的60%-70%，而电动机中的90%是交流电动机，因此优化对交流电动机拖动控制及保护可以达到优化控制、节约能源的目的。交流电动机面临的主要问题：
a、起动问题，如图1所示，在多数的机床控制电路中，采用直接启动方式（<7.5KW功率电机）。起动电流冲击及起动转矩冲击，是引起电动机故障和机械故障的主要原因之一，占总故障的10%以上（与汽车摩托车的启动同）。而且大功率电动机很多应该停机的时候不能停机。因起动困难，只能空转等待；

b、停机问题，包括根据生产及工序的要求需要延长停机时间或缩短停机时间，图1中不能做到；
c、综合保护问题，如过载、过流、短路、缺相等动态保护及特殊环境中的电动机除湿干燥等静态保护。
2.电动机的起动问题
交流电动机全压直接起动将产生过高的电动转矩与起动电流（4～7IN倍）。直接影响接在该电网上电气设备的运行。全压起动的电动机容量愈大，供电变压器容量愈小时，这种影响愈显著。通常认为电动机容量大于动力变压器容量的30%，不允许经常全压起动，否则在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压的降低，影响到电网内其他电气设备的运转，电压的降低可能引起电动机本身的起动无法正常完成，严重时，电动机可能烧毁。同时，全压起动产生过高的起动冲击转矩将引起一系列的机械问题，如连接件损坏、电动机机座变形、传送带撕裂，齿轮或齿轮箱损坏等。因此必须设法改善电动机的起动过程，使电动机平滑无冲击的完成起动过程。

解决此类问题的常用方法：
适当降低电动机的端电压，从而减少电动机的起动电流及过大的起动冲击转矩。交流电动机传统的起动方法有:
1）.三相异步电动机自耦变压器降压启动控制电路；

2）.星-三角起动；
3）.串电抗器起动；
4）.串电阻起动等。
5）．更好的办法是应用软启动器
随着晶闸管的问世，从二十世纪七十年代开始推广应用晶闸管交流调压技术的低压固态软起动器，之后随着电力电子控制应用技术的发展，软启动器得到广泛的应用。
3.软启动器与传统起动方式的比较
(1)串电抗器起动对于鼠笼异步电动机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线电动机采用转子回路串电抗器起动。起动方式属降压起动，起动有较大的功率损耗，分级起动引起起动特性不平滑。
(2)星-三角起动：起动时定子绕组星形连接，起动完成后三角形连接，起动的电流为三角形连接的1/3，同样起动转矩也降为三角形的1/3。同时从星三角接线切换到三角形接线过程中会出现二次冲击电流及转矩
(3)自耦变压器起动：电动机起动时，其定子通过自耦变压器连接到三相电源上，当起动完毕后，自耦变压器切除。当电动机容量较大时，变压器的体积增大，成本高，因变频器自身发热限制不允许频繁起动，而且起动特性不平滑。
以上几种传统的起动方式的共同特点是控制线路简单，起动转矩固定不变，起动过程中都存在二次冲击电流的问题，停机时都是瞬间断电，无法满足软停车的要求。 
软启动器是电力电子技术与自动化技术的综合产物，采用全数字控制，利于联网集中控制，并且具有体积小，功耗底，高可靠性，免维护，安装方便等特点。固态软起动器利用晶闸管的移相控制原理，控制晶闸管的触发角就可以控制输出电压的大小。在电动机起动过程中，软启动器按照预先设定的起动曲线增加电动机的端电压使电动机平滑加速，起动过程中的电流可以按照起动要求设定起动电压和电流进行控制，达到限流值后电流不再增加，随着转速的增加，为了维持限流值电压按照限流的要求逐步增加，从而减少了电动机起动时对电网电动机本身、相连设备的电气及机械冲击。电动机达到正常转速后，旁路接触器接通（可选起动完成的运行方式）。电动机起动完毕后，软起动器继续监控电动机并提供各种故障保护。

软起动器是低压一种鼠笼电机的起动器，它采用先进的可控硅控制技术，能根据电机功率及负载状况，将电机的起动电流控制在第一设定值上，实现电机的软起动。
固态软起动器具有以下优点：
1)、多起动方式：电流恒流起动、电压斜坡起动、脉冲突跳起动等起动方式可选，起动时间、起动电流可调，最大程度满足现场需求，达到最佳起动效果。
2)、强大的保护功能：具有电子过载保护和报警、限流保护、缺相保护、过热保护、密码保护等多种保护功能。
3)、远程通讯方式：具有通用RS485接口，方便实现通过通讯总线控制多台起动器。
4)、起动性能远优于频敏变阻器，油浸变阻器、铸铁电阻等起动器。
5)、起动电流小，空载时小于1Ie，轻载时小于1.5Ie，重载时小于3Ie
6)、恒流起动，确保起动过程电机安全。可根据需要方便调整起动电流和时间。无触点自动切换，安装方便，操作简单。

号
适配电机
功率
（KW）
装置式
外形尺寸
（宽×高×深）
柜式外形
尺寸
（宽×深×高）
备注
WGQ7-5.5～7.5
5.5～7.5
240×235
×200
650×750
×1360
柜式主回路空开配DZ20系列,交流接触配CJ20系列。
WGQ7-11～37
11～37
WGQ7-45～90
45～90
240×445
×236
WGQ7-110～160
110～160
280×450
×236
WGQ7-185～315
185～315
320×480
×236
WGQ7-355～500
185～315
430×555
×236
700×850
×1600

总体说来：软起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，国外称为Soft Starter。它的工作方式及过程如下：

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。

4、软启动器的软停车
软起动器可以使软停车过程中的输出电压逐渐减小，从而在停车过程中提供一个平滑递减的输出转矩。这样可以使停车的时间延长，减小负载停车时的机械冲击。固态软起动器的软停车功能用在离心式水泵中，可以避免正常停车时水锤现象造成阀门的损坏。因此水泵的软停车经常被称为水泵的保护控制。
软停的另一使用场合：在货物传送过程中，自然停车过程中，经常引起货物的碰撞或倒塌的事情，如果使用软停机器可以使停车过程变缓，从而避免此类生产故障发生。对于吊车、吊桥、运货车采用软停后可以防止运行中的不稳定以及突然停止所生产的故障。
    5、电动机的综合保护
交流电动机普遍用于各种工业传动系统，因运行在恶劣的工业环境中，由于环境温度湿度、负载过大、电动机老化、电网波动等因素造成电动机损坏，具有关权威部门统计数字表明，电动机烧坏绝大部分原因是由受潮、过载、过流、堵转、缺相及三相不平衡引起的。电动机的保护可分为机械保护和电气保护两大类。机械保护主要是大容量电动机运行时的轴承保护。电气保护主要有：短路保护、过负载保护、缺相保护、失压或欠压保护、接地或接零保护。