浅谈电机控制中软启动技术的应用

浅谈电机控制中软启动技术的应用

田雪阳

上海振华重工（股份）有限公司长兴分公司上海200441

摘要：近年来，随着对电气自动化技术研究的不断深入，大量电气自动控制设备不断被投入到生产实际中。电机控制作为电气自动控制技术的核心之一，在相关领域占据了非常重要的地位。电机的启动方式作为电机控制的基础，对其进行较为深入的分析研究和讨论，具有极高的重要性。与传统电机启动方式相比，软启动技术具有不可替代的优势，在现代化的工业生产过程中有着广泛的应用前景。本文对电机控制中软启动技术的应用进行了分析，并与传统的电机启动方式进行了对比，提出了在现代电机控制中软启动技术的优越性。并通过实例对软启动技术的应用方法进行了分析。

关键词：电机控制；软启动；电动机

引言：自21世纪以来，交流异步电动机因其结构简单、体积小、价格低廉、运行可靠、维修简便、运行效率较高、工作特性较为稳定等优势在现代工农业生产和交通运输中被广泛使用，使用率达到了70%以上，交流异步电动机的启动技术理论也得到了成果显著的研究和发展。简单来说，电机的启动就是指电机在接入电网时转子的转速从静止加速到额定转速的过程，常规的交流异步电动机的启动控制分为全压直接启动和降压启动两大类，作为传统的启动方式，其应用范围非常广阔，但对于一些较为复杂特殊的使用场合，仍然存在着很多弊端。近几年以来，随着对电子电力计算研究的不断深入，很多电机控制上的难题已经从根本上得到解决，其中软启动技术在解决大、中功率电机的启动问题方面的作用尤为突出。

1传统电机启动方式的弊端

1.1全压直接启动

全压直接启动方式是目前最为简单的一种电机启动方式，一般是通过闸刀的闭合或者接触器的闭合将电动机直接接入电网，这种方式的操作方法简单，对控制设备要求较低，并且启动消耗的时间短。但在电机的启动过程中会产生很大的电流，产生很大的危害。

（1）电网冲击：一般的鼠笼式异步电机直接启动的电流是额定电流的4-7倍，某些国产电机甚至可达8-12倍。过大的启动电流会使电网电压下降，影响接入电网的其他设备稳定运行，还可能激发欠电压保护机制，造成有害的跳闸。同时还会使电机的转子和定子绕组发热，造成电机老化，甚至出现故障，降低电机的使用寿命。

（2）机械冲击：一般的交流异步电机直接启动的转矩是额定转矩的1-2倍，过大的启动转矩可能会使电机转子笼条和端环断裂、定子端部绕组绝缘零件磨损，导致电机击穿；使转轴出现扭曲，联轴器、齿轮出现损伤以及皮带撕裂等问题。而且会对以电机作为原动力的机械设备造成冲击，压力的突变经常会使泵系统管道、阀门造成损伤，降低使用寿命和传动精度，降低设备运行的安全性和稳定性。对于需要频繁启停的设备还会造成启动能量的大量消耗，浪费资源。

1.2降压启动

为了把全压直接启动方式的各种弊端解决，各种降压启动技术不断的出现。老式的降压启动方式在很大程度上缓解了大容量电机在相对较小容量电网上启动时的矛盾，但没有从根源上解决问题，仅仅是缩短了大电流存留的时间。传统的降压方法如下：

（1）星形/三角形转换器：这种方法适用于正常运行时定子绕组采用接法的电动机。定子有六个接头引出，接到转换开关上，起动时采用星形接法，起动完毕后再切换成接法。这种设备有着结构简单能耗低的优势，但是因为这种设备有二次的电流冲击，并且故障率较高，需要经常的检修，不宜使用在启停频繁的电机上。

（2）自耦变压器：三相自藕变压器（也称补偿器）高压边接电网，低压边接电动机，一般有几个分接头，可选择不同的电压比，相对于不同起动转矩的负载。在电动机起动后再将其切除。因其有着多种启动电压可供选择，所以可以在不同负载的情况下使用。但是设备体积较大，质量较重，而且需要使用较多的有色金属，成本和维修费用都较高。

（3）磁控软起动器：磁控软起动器是利用控磁限幅调压的原理，在电动机起动过程中电压可由一个较低的值平滑地上升到全压，使电动机轴上的转矩匀速增加，起动特性变软，并可实现软停车。但其起控电压在200V左右，用户不可调整，会有较大的电流冲击，且体积较大。

（4）定子串电控降压启动：这种方法就是在电机的转子绕组中串联一个三相电抗器，简单来说电抗器可以理解为线圈，通过产生感应电动势来抵消一部分直接输入的工频电压。使用这种启动方式时，由于电抗需要产生感应电动势，所以会消耗一部分能量，而且会散发热量。这种启动方式的控制线路还容易发生故障，如发生时间继电器的线圈断线或者机械卡住，可能会造成电抗烧毁，使电机长时间欠电压运行，导致出现严重后果。这种启动方式因其具有上述的各种弊端，所以近年来的使用的越来越少。

2软启动技术及其优点

软启动技术作为一项新型的电机启动技术是以电力电子技术、微处理技术以及现代控制理论等技术理论为基础研究出来的。这种技术能够有效的控制交流异步电动机的启动电流，在风机、水泵、输送类及压缩机等设备的负载电机启动中广泛使用。相对于星形/三角形转换器、自耦变压器、磁控软起动器以及定子串电控降压启动等传统启动方式有着明显的优势。

2.1灵活的启动方式

软启动技术有着限流启动、软启动、脉冲突跳启动等启动方式供使用者选择，使用者可以根据实际的使用情况以及接入电网的要求来选择适用的启动方式并设置启动参数，具有良好的灵活性和适应能力，常见启动方式如下：

（1）限流启动：该方式为电动机提供一个固定电压的降压启动，当必须限制最大启动电流时，可选用该方式。电流限制水平可由用户在电机满载电流的50％～60％之间调节。

（2）软启动：适用不同斜率电压增量起动时，是较为常用的启动方式，电机得到预设定的初始转矩，该转矩可由用户在转子堵转转矩的0％～90％范围内自行设定。

（3）脉冲突跳启动：适用需要较高启动转矩的设备，以帮助电机较快地完成启动过程，它可附加在限流及软启动方式中。脉冲时间可由用户自行选择。

2.2全功能保护

软启动器不仅能提供过载保护，而且可提供各种操作故障状态下的保护，诸如I/O输出缺相、电机堵转、晶闸管短路及失压、过压、短路等保护，其中，内置的过载保护功能可省去热继电器，使配电柜内布线更加简单、迅速。此外，不需增加任何传感器或仪表，可读取电机的运行参数，如：电流、电压、功率．千瓦时及运行时间等。除了拥有强大的保护功能之外，软启动还具有故障自诊断功能，大大减少了以往故障查找与检修的时间，节省了人力。

2.3运行能耗低

随着电机负载率的变化，软启动自适应控制自动调整电机的转速，使电机运行功率因素相应提高，同时降低电机运行时的功率损耗。对经常启动且负载变化频繁的电机，节能效果显著。电机在负载到满载范围内的最高综合节电效果可达损耗的40％左右。

3在实际应用中软启动方式与降压启动方式的比较

以岸边集装箱起重机的起升应急电机启动为例：该电机容量160kW，额定电流300A，额定电压380V，供电线路300m，电缆主截面120双并，供电主变压器容量1000kVA，电机为重载起动，下表为两种启动方式的特性比较：

表1启动方式特性比较

结语：通过本文的论述，可以得出当下在实际生产中使用最多的电机启动方式虽然仍以传统的启动方式为主，但软启动技术因其所特有的良好的启动特性和保护功能，已渐渐被各行各业所认可。在今后的电机控制中，在合适的条件下合理的使用软启动技术（如岸桥的起升应急电机），可以有效的延长设备的使用寿命，提高设备运行的稳定性和可靠性，从而更好的生产生活服务。

参考文献：

[1]蒋晓雁.几种常见的软启动技术及其特性比较[J].榆林学院学报，2009，19（06）：41-42.

[2]梁南丁.基于软启动技术的电动机控制[J].机电一体化，2007（03）：68-70.