電動機軟啟動工作原理

PAGE6軟啟動工作原理--

軟啟動器電動機的應(yīng)用

1軟啟動器工作原理與主電路圖

軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路，主電路圖見圖1。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時，啟動過程結(jié)束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動機正常運轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。軟啟動與軟停車的電壓曲線見圖2，3。

2軟啟動器的選用

（1）選型：目前市場上常見的軟啟動器有旁路型、無旁路型、節(jié)能型等。根據(jù)負(fù)載性質(zhì)選擇不同型號的軟啟動器。

旁路型：在電動機達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時，用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的軟啟動器，降低晶閘管的熱損耗，提高其工作效率。也可以用一臺軟啟動器去啟動多臺電動機。

無旁路型：晶閘管處于全導(dǎo)通狀態(tài)，電動機工作于全壓方式，忽略電壓諧波分量，經(jīng)常用于短時重復(fù)工作的電動機。

節(jié)能型：當(dāng)電動機負(fù)荷較輕時，軟啟動器自動降低施加于電動機定子上的電壓，減少電動機電流勵磁分量，提高電動機功率因數(shù)。

（2）選規(guī)格：根據(jù)電動機的標(biāo)稱功率，電流負(fù)載性質(zhì)選擇啟動器，一般軟啟動器容量稍大于電動機工作電流，還應(yīng)考慮保護功能是否完備，例如：缺相保護、短路保護、過載保護、逆序保護、過壓保護、欠壓保護等。

3Alt48軟啟動器的特點Alt48軟啟動器啟動時采用專利技術(shù)的轉(zhuǎn)矩控制。轉(zhuǎn)矩斜坡上升更快速，損耗更低。具有電動機和軟啟動器綜合保護功能，能全時連續(xù)檢測電機電流，提供電機可靠和完整保護，這種保護功能在啟動結(jié)束旁路后仍能起作用，這是其它軟啟動器都不具備的。

Alt48在保持加速力矩的同時，實時計算定子和轉(zhuǎn)子的功率。在整個加速周期連續(xù)計算電機功率因數(shù)和定子損耗，通過檢測電壓和電流來計算功率因數(shù)，并扣除定子損耗，得到實際的轉(zhuǎn)子功率和電機力矩。

4Alt48軟啟動器的應(yīng)用

設(shè)計采用一拖二方案，見圖4，即一臺軟啟動器帶兩臺水泵，可以依次啟動，停止兩臺水泵。一拖二方案主要特點是節(jié)約一臺軟啟動器，減少了投資，充分體現(xiàn)了方案的經(jīng)濟性，實用性。

(1)啟動過程：首先選擇一臺電動機在軟啟動器拖動下按所選定的啟動方式逐漸提升輸出電壓，達(dá)到工頻電壓后，旁路接觸器接通。然后，軟啟動器從該回路中切除，去啟動下一臺電機。

(2)停止過程：先啟動軟啟動器與旁路接觸器并聯(lián)運行，然后切除旁路，最后軟啟動器按所選定的停車方式逐漸降低輸出電壓直到停止。

5應(yīng)用效果

通過一年的運行，表明該裝置可靠性高，性能完善，能滿足生產(chǎn)要求。主要體現(xiàn)在以下幾點：

(1)使用軟啟動器后，啟動電流明顯降低，減少配電容量與增容投資。

(2)軟啟動器實現(xiàn)平穩(wěn)啟動，對水泵及管道無沖擊，提高供電可靠性和供水可靠性。

(3)采用軟停車方式減少對機械的沖擊，防止水錘效應(yīng)，延長水泵及其相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

(4)多種啟動模式及保護功能融于一體，防止事故的產(chǎn)生。

軟起動可減小電動機硬起動（即直接起動）引起的電網(wǎng)電壓降，使之不影響共網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運行，可減小電動機的沖擊電流，沖擊電流會造成電動機局部溫升過大，降低電動機壽命，可減小硬起動帶來的機械沖力，沖力加速所傳動機械（軸、嚙合齒輪等）的磨損，減少電磁干擾，沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運行。軟起動使電動機可以起停自如，減少空轉(zhuǎn)，提高作業(yè)率，因而有節(jié)能作用。

軟起動的分類

軟起動可分為有級和無級兩類，前者的調(diào)節(jié)是分檔的；后者的調(diào)節(jié)是連續(xù)的。傳統(tǒng)的軟起動均是有級的，如星/角變換軟起動，自耦變壓器軟起動，電抗器軟起動等等。連續(xù)調(diào)節(jié)的主要有三種：以電解液限流的液阻軟起動，以晶閘管（SCR）為限流器件的晶閘管軟起動，以磁飽和電抗器（SR）為限流器件的磁控軟起動。

變頻調(diào)速裝置也是一種軟起動裝置，它是比較理想的一種，它可以在限流的同時保持高的起動轉(zhuǎn)矩。價格貴是制約其推廣應(yīng)用的主要因素。人們購置變頻調(diào)速裝置一般都是著眼于調(diào)速，所以，常常不把它歸類于軟起動裝置。

在電動機定子回路，通過串入有限流作用的電力器件實現(xiàn)軟起動，叫做降壓或限流軟起動。它是軟起動中的一個主要類別。高壓降壓軟起動又是其中的一個重要類別。

軟起動過程描述參數(shù)與軟起動裝置優(yōu)劣評分項目

為了能夠客觀地對軟起動過程以及裝置做出比較和評價，提出以下15條。不言而喻，所有的比較和評價只有在電網(wǎng)、電動機、負(fù)載相同的條件下才有意義。

1.軟起動能否完成，以及起動（完成）時間；

2.軟起動過程中的電動機最大電流（標(biāo)幺值）；

3.軟起動過程中的最大電網(wǎng)電壓降（標(biāo)幺值）；

4.軟起動過程中電動機有否機電共振等異?，F(xiàn)象；

5.軟起動過程中電流的高次諧波含量（標(biāo)幺值）；

6.軟起動裝置的價格（常以單位容量的人民幣表示）；

7.軟起動裝置允許的連續(xù)起動次數(shù)；

8.軟起動裝置占用的空間大小；

9.軟起動裝置限流器件開度的易控性：調(diào)節(jié)是否平滑、快速；

10.軟起動裝置對使用環(huán)境要求的裕度；

11.軟起動裝置的起動重復(fù)性（相連兩次軟起動“過程描述參數(shù)”的守恒性）；

12.軟起動裝置所提供的起動和停止方式的多樣性；

13.軟起動裝置所具備的對于裝置本身以及電動機綜合保護功能的完備性（包括過流、過載、欠相、起動超時、接地等，包括故障提示和顯示、診斷、記憶等）；

14.軟起動裝置在起動過程中的噪聲大小；

15.軟起動裝置所需要的輔助電源功率的大小。

注：上述項目均屬于“裝置評分項目”，前五項屬于“過程描述參數(shù)”。

液阻軟起動

液阻是一種由電解液形成的電阻，它導(dǎo)電的本質(zhì)是離子導(dǎo)電。它的阻值正比于相對的二塊電極板的距離，反比于電解液的電導(dǎo)率，極板距離和電導(dǎo)率都便于控制。液阻的熱容量大。液阻的這兩大特點（阻值可以無級控制和熱容量大），恰恰是軟起動所需要的。加上另一個十分重要的優(yōu)勢即低成本使液阻軟起動得到廣泛的應(yīng)用。

液阻軟起動也有缺點：

◎液阻箱容積大，其根源在于阻性限流，減小容積引起溫升加大。一次軟起動后電解液通常會有10°C~30°C的溫升，使軟起動的重復(fù)性差。

◎移動極板需要有一套伺服機構(gòu)，它的移動速度較慢，難以實現(xiàn)起動方式的多樣化。

◎液阻軟起動需要維護，液箱中的水，需要定期補充。電極板長期浸泡于電解液中，表面會有一定的銹蝕，需要作表面處理（一般2至3年一次）。

◎液阻軟起動裝置不適合于置放在易結(jié)冰或顛簸的現(xiàn)場。

近年有所謂的熱變液阻軟起動裝置，通過液阻本身在軟起動過程中的溫升，借助電解液電導(dǎo)率與溫度的正相關(guān)性實現(xiàn)無極板伺服機構(gòu)的軟起動。但是，其可行性大可質(zhì)疑：它的限流器件不具備限流能力易控性，裝置對使用環(huán)境溫度要求高，軟起動重復(fù)性差。

液阻軟起動裝置可以串在繞線電動機轉(zhuǎn)子回路實現(xiàn)重載軟起動，售價低廉，在軟起動過程中不產(chǎn)生高次諧波等等，則是它突出的優(yōu)點。預(yù)言它即將被淘汰，肯定是為時過早。

液阻軟起動裝置國外早已使用。至今，在國內(nèi)仍然運行著不少國外的液阻軟起動產(chǎn)品，來自日本、加拿大、意大利等國。出廠日期從60年代到90年代均有。國產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家很多，知名度較高的有湖北襄樊的追日公司、大力公司、雷諾爾公司、沈陽前特蘭公司以及上海的幾家公司等。

晶閘管軟起動

晶閘管軟起動產(chǎn)品問世不過30年左右的時間。它是當(dāng)今電力電子器件長足進(jìn)步的結(jié)果。10年前，電氣工程界就有人指出，閘管軟起動將引發(fā)軟起動行業(yè)的一場革命。目前在低壓（380伏）范圍內(nèi)，晶閘管軟起動產(chǎn)品價格已經(jīng)下降到液阻軟起動的大約2倍。而其主要性能卻大大優(yōu)于液阻軟起動。與液阻軟起動相比，它的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，幾乎免維護，功能齊全，菜單豐富，起動重復(fù)性好，保護周全，這些都是液阻軟起動難以望其項背的。

但是晶閘管軟起動產(chǎn)品也有缺點。一是高壓產(chǎn)品的價格太高，是液阻的5~10倍，二是晶閘管引起的高次諧波較嚴(yán)重，三是對于繞線轉(zhuǎn)子異步機無所作為。在這幾個缺點中，價格高是制約其發(fā)展的主要因素。對于貧者，無力選用它；對于富者，何不直接選用高壓變頻裝置？這就是高壓晶閘管軟起動比較受冷落的原因。

生產(chǎn)高壓晶閘管軟起動裝置的廠家主要是：Rockwell、Motortronics、Benshaw等三家國外廠家，國內(nèi)據(jù)說某研究所近期會有此類產(chǎn)品問世。據(jù)調(diào)查，國外廠家截至2001年9月在中國大陸的高壓晶閘管軟起動裝置銷售量僅僅為30多臺。

磁控軟起動的工作原理和結(jié)構(gòu)

磁控軟起動是從電抗器軟起動衍生出來的。用三相電抗器串在電動機定子實現(xiàn)降壓是兩者的共同點。磁控軟起動不同于電抗器軟起動的主要點是其電抗值可控?？傮w說來，起動開始時電抗器的電抗值較大，在軟起動過程中，通過反饋調(diào)節(jié)使電抗值逐漸減小，及至軟起動完成后被旁路。

電抗值的變化是通過控制直流勵磁電流，改變鐵芯的飽和度實現(xiàn)的，所以叫做磁控軟起動。因為磁飽和電抗器的輸出功率比控制功率大幾十倍，它也可以稱為“磁放大器”。由于它不具有零輸入對應(yīng)零輸出的特點，所以，不建議采用“磁放大器”這一詞。

磁飽和電抗器有三對交流繞組（每相一對）和三相共有的一個直流勵磁繞組。在交流繞組里流過的是電動機定子電流，它必然會在直流勵磁繞組上感應(yīng)出電勢。后者會影響勵磁回路的運行。用一對交流繞阻的主要原因就是為了抵消這種影響。

顯然，電抗值的調(diào)節(jié)是靜止的、無接觸的、非機械式的。這就為微電子技術(shù)的介入打開了大門。所以，在工作原理上磁控軟起動與晶閘管軟起動是完全相同的。說磁控軟起動能夠?qū)崿F(xiàn)軟停止，能夠具有晶閘管軟起動所具有的幾乎全部功能，其原因蓋出于此。

高壓磁飽和電抗器在原理和結(jié)構(gòu)上與低壓（380伏）磁飽和電抗器沒有本質(zhì)區(qū)別，但是在某些方面采取了一些特殊處理。

磁飽和電抗器具有0.1秒量級的慣性，這使得磁控軟起動的快速性比晶閘管軟起動慢一個數(shù)量級。對于電動機系統(tǒng)的大慣性來說，磁控軟起動的慣性是不足為慮的。

有人說磁控軟起動不產(chǎn)生高次諧波。這是錯誤的。只要飽和，就一定會有非線性，就一定會引起高次諧波。只是磁飽和電抗器產(chǎn)生的高次諧波會比工作于斬波狀態(tài)的晶閘管要小一些。磁控軟起動裝置需要有相對較大功率的輔助電源，噪聲較大則是其不足之處。

QS為高壓隔離開關(guān)，QF為真空斷路器，SR為磁飽和電抗器，M為電動機

磁控軟起動裝置現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國家很少有這類產(chǎn)品，這可能與發(fā)達(dá)國家的國情有關(guān)。

在國內(nèi)，西安某公司生產(chǎn)磁控軟起動已有4年以上的歷史。但該公司不生產(chǎn)高壓磁控軟起動裝置，僅僅生產(chǎn)不大于330KW的低壓磁控軟起動裝置。它的產(chǎn)品分成二個類別，即高于160KW和低于160KW。前者需要與星/角轉(zhuǎn)換配合（因此，也只適合于定子角接的電動機）；后者則單一地靠磁飽和電抗器。其控制系統(tǒng)仍停留在模擬集成電路階段。

天津市先導(dǎo)機電有限公司研制的高壓磁控軟起動裝置在濟源鋼鐵公司順利投產(chǎn)，標(biāo)志著磁控軟起動已經(jīng)踏入了高壓的門坎。該裝置的起動對象是煉鐵廠高爐的4#風(fēng)機異步電動機（6KV、2MW），軟起動方式是3.2倍額定的恒流軟起動，軟起動時間為34秒，軟起動重復(fù)性好，滿足了生產(chǎn)工藝要求。

高壓磁控軟起動前瞻

什么是高壓磁控軟起動裝置？它是一種兼具高壓晶閘管軟起動裝置性能和高壓液阻軟起動價格的裝置。所以，它有可能成為國內(nèi)乃至國外高壓軟起動裝置市場上的主流產(chǎn)品。

從高壓磁控軟起動今后發(fā)展看，要解決兩個問題：一是將交流電壓等級從目前的6KV提高到10KV，預(yù)計這不會遇到大的困難。二是將容量從目前的2MW提高到20MW。

據(jù)調(diào)查，特大容量（20MW以上）電動機的軟起動至今還沒有一種圓滿的技術(shù)手段。采用專建一個變電站的辦法和重金購買特大容量的高壓變頻裝置的辦法，都是出于無奈的辦法。

因此，液阻軟起動、晶閘管軟起動、磁控軟起動都面對著特大容量電動機起動的挑戰(zhàn)。特大容量往往要求將限流電力器件安裝在主電室外甚至戶外，液阻軟起動裝置將不得不面對戶外環(huán)境的問題，特大箱體、特大極板的問題，晶閘管軟起動將不得不面對串、并聯(lián)高壓晶閘管的均壓、均流問題。

磁控軟起動面臨的主要問題將是如何在有效防干擾的前提下把磁飽和電抗器的容量做大。特大容量磁飽和電抗器在世界上并非沒有先例。70年代末，在武漢鋼鐵公司1米7工程熱軋廠引進(jìn)的比利時ACEC公司無功補償裝置里，就包含了一臺這樣的飽和電抗器：10KV，30MVA，它一直運行至今。

因此，磁控軟起動裝置攻克特大容量電動機軟起動難題指日可待。

軟起動相關(guān)問題

◎降壓或限流軟起動的作用？

用它可減小電動機硬起動（即直接起動）引起的電網(wǎng)電壓降，不會影響共網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運行，可減小電動機的沖擊電流，沖擊電流會造成電動機局部溫升過大，降低電動機壽命，可減小硬起動帶來的機械沖力，沖力加速所傳動機械（軸、嚙合齒輪等）的磨損，減少電磁干擾，沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運行。

◎磁控軟起動的適用范圍和不適用范圍？

適用范圍：籠形轉(zhuǎn)子的異步電動機或同步電動機；

不適用范圍：繞線轉(zhuǎn)子的異步電動機。

◎是不是磁控軟起動不適用于重載軟起動？

不是。只要用戶選用了籠形轉(zhuǎn)子的異步電動機或同步電動機，就可以選用磁控軟起動，不論載荷是輕或是重。

◎什么叫做軟起動的起動方式？

軟起動的起動方式是指用什么方法使電動機由靜止態(tài)到穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)態(tài)。例如恒電流起動，斜坡電壓起動，電流帶沖擊的（“踢一腳”）起動（這個沖擊有助于克服靜阻矩），以及這些方式的交替或組合。開環(huán)軟起動也是一種軟起動方式。

◎什么是軟起動的起動方式菜單化？

菜單化表示可選，可以由按鍵輸入，通過計算機軟件完成軟起動的起動方式的選擇。

◎什么是軟起動仿真？

將用戶提供的數(shù)據(jù)，輸入到計算機內(nèi)，從而得到輸出——軟起動相關(guān)機電變量：轉(zhuǎn)速、電流、電壓等的時間曲線，以及描述曲線特征的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。軟起動仿真給出的結(jié)果雖然只是一種預(yù)測，但對用戶和設(shè)計均有重要的參考價值。

◎磁控軟起動是否只適合于大容量電動機？

否。只要用戶有需求，不論大小均可采用磁控軟起動。但是，如果磁控軟起動用在高壓、大容量電動機場合，它的性能價格比優(yōu)勢會更明顯。

◎列表比較電抗器軟起動、液阻軟起動、晶閘管軟起動和磁控軟起動晶閘管移相式軟啟動原理質(zhì)疑劉志斌摘要：晶閘管移相式交流調(diào)壓電路不能應(yīng)用于異步電動機的啟動和運行，所謂的軟啟動原理在理論上是不成立的。關(guān)鍵詞：園旋轉(zhuǎn)磁場、平滑轉(zhuǎn)矩；幅值高次振動的旋轉(zhuǎn)磁場、非平滑沖動式轉(zhuǎn)矩；低功率因數(shù)、高無功損耗；高次諧波污染…。三相異步電動機啟動電流大，對供電電網(wǎng)、同網(wǎng)設(shè)備、電動機本身的危害不言而諭。多少年來人們在解決異步電動機啟動課題上，不斷研究、實踐，取得了很多科學(xué)的、實用的、巧妙有效的方法和設(shè)備。近年來，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，人們早就期盼的科學(xué)、簡單、有效、實用的變頻設(shè)備成為現(xiàn)實，隨心所欲地異步電動機變頻調(diào)速、變頻軟啟動技術(shù)在自動化、智能化控制及自動化設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用?！败泦印背蔀楝F(xiàn)代工控技術(shù)最時髦的代名詞。晶閘管移相式直流調(diào)壓、交流調(diào)壓技術(shù)多年來廣泛應(yīng)用于直流電機調(diào)速，交、直流電焊等諸多方面。過去誰也沒想著把它用到異步電機的啟動上，因為大家都明白異步電機用的是正弦交流電?？墒乾F(xiàn)在工控市場上有了晶閘管移相式軟啟動設(shè)備和相關(guān)生產(chǎn)廠家，它們把晶閘管移相式交流調(diào)壓技術(shù)用到異步電機的啟動上，并冠以軟啟動這樣最時髦的代名詞。更叫人不惑的是廣告、說明書上那些做宣傳的忽悠之詞，黑白不分、利弊顛倒叫人上當(dāng)。從三相異步電動機的工作原理看：只有三相對稱正弦交流電產(chǎn)生的是園旋轉(zhuǎn)磁場；產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是連續(xù)、平滑的；影響異步電動機電流大小的主要因素是：①轉(zhuǎn)差率S；②電源電壓Um；③阻抗Z；④功率因數(shù)COSφ。采用最新最先進(jìn)電力電子技術(shù)的變頻器，在對異步電動機軟啟動過程中電機電流可以控制的很小IQ≤IN，原因是它實現(xiàn)了平滑地、隨意地改變、控制三相對稱正弦交流電源的頻率f，從而平滑地改變定子園旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1，使其跟隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n2，始終保持其有一個非常小的轉(zhuǎn)差率S≤SN，常用的傳統(tǒng)降壓啟動設(shè)備是把電源電壓Um降低，使電動機在低電壓下啟動，減小電機啟動電流，啟動電流降為IQ=（3-4）IN高壓鼠籠異步電動機啟動方式中定子回路串電抗器、定子回路串液態(tài)電阻、轉(zhuǎn)子回路串電阻，都是通過改變電動機阻抗Z、提高功率因數(shù)COSφ的方式減小啟動電流。總之，傳統(tǒng)降壓啟動方法，不改變單一正弦交流電的基本性質(zhì)（既頻率不變），保證了園旋轉(zhuǎn)磁場、連續(xù)平滑的電磁轉(zhuǎn)矩的異步電機的根本屬性不變，啟動過程異步電機的原有機械特性不改變。而晶閘管移相式軟啟動是改變正弦交流電壓的波形，使之變?yōu)榉钦颐}沖式交流電，通過調(diào)節(jié)其占空比（如圖所示），來改變交流電的平均電壓。其平均電壓是可控的、平滑變化的。它加在異步電動機繞組上產(chǎn)生的磁場是一個旋轉(zhuǎn)的幅值高次振動的磁場；其轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩是一個大小高次振動的非平滑變化的沖動式的破壞性轉(zhuǎn)矩。在機械方面產(chǎn)生（轉(zhuǎn)子高頻機械沖動，其沖動頻率f機械=2f電源）震動，對電機和生產(chǎn)機械形成機械損害；在定子電磁轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生過電壓，直接損害電機絕緣，減少電機使用壽命；從電能利用效率看，啟動過程中電機處于低功率因數(shù)、高無功損耗、高有功損耗（轉(zhuǎn)子高頻機械震動）的狀態(tài)。特別是平均電壓越低（既控制角α越大，導(dǎo)通角β越小）存在的上述問題就愈加嚴(yán)重。有的生產(chǎn)廠家聲稱自己生產(chǎn)的軟啟動箱具有節(jié)電、節(jié)能功能。實際上，這種占空比不斷變化的非正弦脈沖式交流電作用在異步電動機上，與傳統(tǒng)啟動設(shè)備相比，功率因數(shù)COSφ更低，無功損耗更大。而且在負(fù)載率低時，晶閘管移相交流調(diào)壓輸出波形的占空比更小，高次諧波幅值比例增大，上述情況表現(xiàn)得更分明，不但不能節(jié)電，而是損耗更厲害。異步電動機降低啟動電流的一個主要目的就是減小大電流對電網(wǎng)的沖擊，減小對同網(wǎng)設(shè)備的影響。而晶閘管移相交流調(diào)壓電路輸出的占空比變化的非正弦脈沖式交流電中，高次諧波對電網(wǎng)存在有害污染；對同網(wǎng)電氣設(shè)備和通信、電視等系統(tǒng)的正常工作存在影響。不但不起好作用，而是起壞作用?？死斠烙吞锲髽I(yè)，有很多單位高價進(jìn)了這種所謂軟啟動箱，沒用幾天，很快就被淘汰出局，統(tǒng)統(tǒng)換上了真正的軟啟動設(shè)備—變頻器。晶閘管移相式軟啟動這種未經(jīng)過國家權(quán)威機構(gòu)科學(xué)論證、實際檢驗的不成熟產(chǎn)品，違反了國家機電產(chǎn)品生產(chǎn)、銷售的基本法規(guī)。它的流行將給企業(yè)正常生產(chǎn)造成不良影響，將造成社會財富的巨大浪費。無刷自控電機軟起動器原理及應(yīng)用摘要：本文先簡要介紹繞線電機常用的起動方法和存在的主要缺點，后介紹無刷自控電機軟起動器的原理、結(jié)構(gòu)特點、主要性能及典型應(yīng)用效果，說明無刷自控電機軟起動器的優(yōu)勢和代替其它電機起動裝置的必然性.。

關(guān)鍵詞：軟起動器起動電流起動轉(zhuǎn)矩?zé)o刷自控電機繞線電機

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，生產(chǎn)設(shè)備越來越大型化。工業(yè)領(lǐng)域的球磨機、破碎機、風(fēng)機、水泵、打漿機、軋鋼機等設(shè)備中的電動機容量越來越大。三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動機因轉(zhuǎn)子可外接電阻、頻敏變阻器，且有較高的起動轉(zhuǎn)矩、起動功率因素和較小的起動電流，故在大容量、大轉(zhuǎn)矩的電機中得到廣泛應(yīng)用。

1繞線電機常用起動方法和存在的主要問題

繞線電機常用的起動方法有：

A、頻敏變阻起動柜：它是將繞線式電機轉(zhuǎn)子回路通過滑環(huán)、碳刷引入地面的頻敏變阻起動柜內(nèi)，在電機起動時，串入頻敏變阻器，隨著電機轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)子電流頻率的降低，頻敏變阻阻抗逐步減少，達(dá)到連續(xù)限制電機起動電流的目的。電機起動結(jié)束后、還需通過接觸器或短路環(huán)將頻敏變阻短接（部分中小型電機在轉(zhuǎn)子上裝有短路環(huán)）。串頻敏變阻器起動，由于頻敏變阻器實際上是一個電感元件，它降低了電機起動時的功率因數(shù)。即如要產(chǎn)生電機額定轉(zhuǎn)矩的起動轉(zhuǎn)矩，電機起動電流須是電機額定電流的2.5倍以上。因此，它一般用在對起動轉(zhuǎn)矩要求不太高的風(fēng)機、水泵、空壓機和球磨機電機上。它的變形產(chǎn)品：無刷無環(huán)起動器是將頻敏變阻器直接安裝在電機轉(zhuǎn)子上，實現(xiàn)電機無刷運行。無刷無環(huán)起動器存在：（1）起動電流一經(jīng)出廠，就無法調(diào)整。（2）重量是無刷自控電機軟起動器的1.8倍以上，且起動器最大功率無法越過500KW。（3）電機正常運行時，頻敏變阻器不短接，會產(chǎn)生一定的功率損耗。

B、繞線式異步電機串電阻多級起動柜，它也是將電機轉(zhuǎn)子電流引入起動柜內(nèi)，通過時間、電流或凸輪控制器改變電阻的大小，達(dá)到增加電機起動轉(zhuǎn)矩、減少起動電流的目的。但復(fù)雜的起動控制裝置，且起動過程中需頻繁切換起動電阻，造成多次沖擊電流，因此，它只用在對起動轉(zhuǎn)矩要求特高的起重機，軋鋼機等設(shè)備上。它的變型產(chǎn)品是：繞線式異步電動機液態(tài)電阻起動柜，它是將繞線式電機轉(zhuǎn)子回路通過滑環(huán)、碳刷引入地面，將液體電阻串入電機的轉(zhuǎn)子回路，通過伺服電機改變液體電阻的大小，達(dá)到無級連續(xù)調(diào)整電機起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的目的。它與凸輪控制器改變電阻相比，最大的優(yōu)點是：無級連續(xù)調(diào)整電機電流；缺點是：常見的繞線式異步電動機液態(tài)電阻起動柜，沒有考慮液體電阻對極板及其傳動設(shè)備的腐蝕作用、沒有考慮裝置的密封和防爆、沒有考慮環(huán)境溫度對起動裝置的影響，造成壽命低，應(yīng)用范圍小，不能安裝在有振動的地方（如行車上）和北方的室外和造價高等缺點。

柜式起動設(shè)備均需將轉(zhuǎn)子電流通過電刷、滑環(huán)、電纜等引到地面控制柜，電刷與滑環(huán)間磨下的碳粉會導(dǎo)致電機絕緣的降低，引發(fā)電動機故障?；h(huán)、電刷壓力彈簧銹蝕，引起電刷與滑環(huán)間打火。因?qū)﹄姍C保養(yǎng)提出了更高的要求。同時電機起動過程人為給定，不能適應(yīng)不同負(fù)載；起動裝置元器件多、二次回路復(fù)雜、故障率高、維護保養(yǎng)技術(shù)要求高、拖動系統(tǒng)綜合價格高是它們共同的另一個通病。

由于上述起動裝置一些無法克服的缺陷，為滿足用戶的要求，開發(fā)了無刷自控電機軟啟動器。

2無刷自控電機軟起動器工作原理及結(jié)構(gòu)特點

2.1無刷自控電機軟起動器簡介

無刷自控電機軟起動器是將起動電阻直接安裝在電動機的轉(zhuǎn)軸上，利用電機旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力作為動力，控制電阻的大小，達(dá)到減少電機起動電流、增加起動轉(zhuǎn)矩，使繞線式異步電動機實現(xiàn)無刷自控運行的裝置。它主要由機殼、電解液、動極板、彈簧、接線柱、安全閥、排氣閥等構(gòu)成。它的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，當(dāng)電機起動時，一方面，隨著電機轉(zhuǎn)速的升高，動極板在離心力的作用下，逐步靠近機殼，串入電機轉(zhuǎn)子內(nèi)的電阻逐步減少，并在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，與外殼短接，電阻降為零；另一方面，動極板與機殼間的水電阻，因通過電流而發(fā)熱，在水電阻負(fù)溫度特性的作用下，電阻也會逐步減少。在上述兩方面的作用下，使電動機以恒定電流、恒定轉(zhuǎn)矩起動。

2.2無刷自控電機軟起動器工作原理

無刷自控電機軟起動器控制原理如圖2所示，它與繞線式交流異步電動機轉(zhuǎn)子串入可變電阻相當(dāng)。在電機起動過程中，水電阻大小通過下述方法進(jìn)行調(diào)節(jié)：

a）改變極板的距離：隨著電機轉(zhuǎn)速的升高，離心力加大，水電阻極板距離逐步減少，并在電機轉(zhuǎn)速達(dá)到電機額定轉(zhuǎn)速經(jīng)過一段延時后，將水電阻極板距離降為零。

b）改變水電阻的溫度：水電阻通過電流后溫度自動升高，在水電阻負(fù)溫度特性的作用下，電阻逐步減少。

2.3無刷自控電機軟起動器結(jié)構(gòu)特點

為保證水電阻能在電機轉(zhuǎn)子上長期免維護運行，無刷自控電機軟起動器在整體設(shè)計上應(yīng)用了以下技術(shù)：

1、選用具有下述特性的電解液為水電阻：A、對金屬（銅和鋼）具有防銹作用；B、通過大電流后，不發(fā)生電解液變質(zhì)、極板腐蝕、產(chǎn)生氣體的化學(xué)反應(yīng)；C、電解液的冰點為-25℃，沸點為120℃，以滿足不同環(huán)境下安全工作的要求。2、起動器采用金屬全密封結(jié)構(gòu)，盡可能減少密封面數(shù)量。3、設(shè)置安全排氣閥，在電機轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，自動打開排氣閥，保證正常運行時，起動器內(nèi)部的壓力與大氣壓一致；同時，為避免因電機長時間堵轉(zhuǎn)，電解液燒開、起動器內(nèi)部壓力升高，設(shè)置了安全閥，保證電機及起動器的安全。

3達(dá)到的效果

無刷自控電機軟起動器實現(xiàn)了繞線式異步電動機無刷自控運行，避免了繞線式異步電機因存在滑環(huán)、碳刷，造成運行維護工作量大、故障率高的缺點，達(dá)到了以下效果：

a)無刷自控電機軟起動器能以額定電流、額定轉(zhuǎn)矩起動電動機，同時啟動電流啟動轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)負(fù)載性質(zhì)，通過改變電解液內(nèi)電解質(zhì)的濃度，方便無級調(diào)整。避免了高壓鼠籠式異步電動機液態(tài)電阻（熱變電阻）、磁控電抗器、固態(tài)（晶閘管）軟起動設(shè)備，起動轉(zhuǎn)矩與起動電流的平方成正比，當(dāng)電流降低50%時，起動轉(zhuǎn)矩降低75%的影響，起動電流必須大于電機額定電流3倍以上，才能起動輕載電機這一缺點。

b)無刷自控電機軟起動器起動過程是電機根據(jù)本身的轉(zhuǎn)速自動完成，無需人去干涉。其它起動裝置一般靠時間繼電器、電流繼電器等間接控制；電機起動結(jié)束后，還要靠人去將起動裝置退出運行（特別是高壓電機），如退出時機不對，會威脅電機、機械、供電和起動設(shè)備的安全運行。

c)當(dāng)電網(wǎng)電壓較低或負(fù)載較重，造成電機輸出轉(zhuǎn)矩不足時，水電阻的溫度會因通過電流而升高，電阻自動降低，從而逐步提高電機電流，電機起動轉(zhuǎn)矩自動增加，確保電機一次起動成功。

d)無刷自控電機軟起動器使電機的起動電流限制在額定電流附近，避免過大的起動電流對電機造成的各種危害。

e)如電機出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，電機