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1、软起动器的基本原理与应用软起动器的基本原理与应用 软起动器的基本原理与应用软起动器的基本原理与应用 一一 慨述慨述 交流异步电动机应用非常广泛，有许多不调速的场合，交流异步电动机应用非常广泛，有许多不调速的场合，仅需要对电机进行起动，由于起动电流过大，会对电网和仅需要对电机进行起动，由于起动电流过大，会对电网和其他用电设备造成冲击，受电网容量的限制和保护其他用其他用电设备造成冲击，受电网容量的限制和保护其他用电设备正常工作，应对电机的起动过程加以控制。电设备正常工作，应对电机的起动过程加以控制。传统的起动方式：传统的起动方式：低压电机：串电阻起动，自耦减压起动，星三角起动，低压电机：串电阻起动
2、，自耦减压起动，星三角起动，绕线式电机转子串电阻起动等。绕线式电机转子串电阻起动等。高压电机：串电抗器起动，绕线式电机转子串水阻起高压电机：串电抗器起动，绕线式电机转子串水阻起动器起动动器起动，频敏变阻起动等。，频敏变阻起动等。电机的传统起动方式缺点是明显的，即起动电流和机电机的传统起动方式缺点是明显的，即起动电流和机械冲击较大，起动器体积过大。随着电力电子技术，微机械冲击较大，起动器体积过大。随着电力电子技术，微机技术和现代控制技术的发展，电机软起动技术出现且成熟。技术和现代控制技术的发展，电机软起动技术出现且成熟。二二 软起动器基本原理软起动器基本原理 由图由图1交流异步电动机交流异步电动
3、机等值电路图，在忽略激磁等值电路图，在忽略激磁电流电流I0的条件下，有的条件下，有R1X110UIXm-E1ErRS22X2I1I 图图1 交流异步电动机等值电路图交流异步电动机等值电路图22122111)()(XXSRRUI（1）由由(1)式可知，电动机直接起动时，式可知，电动机直接起动时，n=0，S=1，定子，定子旋转磁场以同步转速切割转子线圈，在转子线圈中感应旋转磁场以同步转速切割转子线圈，在转子线圈中感应很大的电势，转子的等效阻抗很小，感应电流很大，则很大的电势，转子的等效阻抗很小，感应电流很大，则与之平衡的定子电流的负载分量也随之急剧增加；随着与之平衡的定子电流的负载分量也随之急剧增
4、加；随着转速的提高，转子等效阻抗逐渐增大，相应的定子电流转速的提高，转子等效阻抗逐渐增大，相应的定子电流也随之减小。也随之减小。式中，如不考虑温度的影响，电机的定式中，如不考虑温度的影响，电机的定 转子电阻和转子电阻和定子电抗为常数，转子的电抗随转速改变，无法进行控定子电抗为常数，转子的电抗随转速改变，无法进行控制，但电子电流与端电压成正比，控制端电压可控制定制，但电子电流与端电压成正比，控制端电压可控制定子电流。子电流。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:1-Apr-2009 Sheet of File:D:Design Explore
5、r 99Examples复件 PLC恒压供水1.ddbDrawn By:KM8KM9KM10M3D4D5D6L1L2L3DZ5RJ（1）星）星-三角起动器三角起动器1234ABCD4321DCBAKM9KM9KM9KM10SJ1SJ1KM8ZJ12ZJ12ZJ12KM8KM9ZJ12KM8KM10ZJ13535455565758596061L1NSASBKM81234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:1-Apr-2009 Sheet of File:D:Design Explorer 99Examples复件 PLC恒压供水1.ddbDrawn
6、 By:DZ5KM8KM9KM10M3ZOXD4D5D6L51L52L53L54L55L56L57L58L59L61L1L2L3自耦减压起动其电路图（2）自耦减压起动）自耦减压起动1234ABCD4321DCBAZJ9KM8KM9KM10SJ1SJ1KM9ZJ12ZJ12ZJ12KM8KM9ZJ12KM8KM10ZJ13535455565758596061L1NSASBKM81234ABCD4321DCBATitleNum berR evisionSizeA4Date:17-Dec-2005Sheet of File:D:Design Explorer 99 SELibrarySchB AC
7、KUP1.DDBDrawn B y:T1T2T3T4T5T6L1L2L3MT1T2T3T4T5T6L1L2L3MT1T2T3T4T5T6L1L2L3MT1T3T4T6L1L2L3ML1L2L3MT1T4L1L2L3M 图图2 软起动器电路拓扑方案软起动器电路拓扑方案(a)(b)(C)(d)(e)(f)利用双向（两只单向反并联）晶闸管的相控交流调压原理，通利用双向（两只单向反并联）晶闸管的相控交流调压原理，通过改变相控角来改变加在电机定子上电压的均方根值。晶闸管过载过改变相控角来改变加在电机定子上电压的均方根值。晶闸管过载能力强，价格便宜。能力强，价格便宜。三三 软起动器电路拓扑结构方案软起动器
8、电路拓扑结构方案 1 低压软起动器（低压软起动器（1100V以下）电路拓扑结构方案以下）电路拓扑结构方案 如图如图2有多种结构方案，有多种结构方案，(a)(b)方案对称性好谐波比较少。方案对称性好谐波比较少。（c）方案由晶闸管和二极管反并联构成，软启动器起动时，二）方案由晶闸管和二极管反并联构成，软启动器起动时，二极管导通角为极管导通角为180度，晶闸管导通角由小变大，逐渐增加，波形严度，晶闸管导通角由小变大，逐渐增加，波形严重不对称，谐波较大，且电流中既有交流分量又有直流分量，叠加重不对称，谐波较大，且电流中既有交流分量又有直流分量，叠加后的数值很大，引起电动机和输电线路发热。后的数值很大，
9、引起电动机和输电线路发热。（d）、（）、（f）方案只有两相（一相）有晶闸管，另一（二）相为）方案只有两相（一相）有晶闸管，另一（二）相为直通，对称性较差。直通，对称性较差。（c）、）、（d）、（）、（f）使用元件相对较少。）使用元件相对较少。（e）这种方案在同等容量下，晶闸管承受的电流小，承受的电）这种方案在同等容量下，晶闸管承受的电流小，承受的电压高，需引出六个端子。压高，需引出六个端子。另外，还由其他的电路拓扑结构方案，由于有这样或那样的缺另外，还由其他的电路拓扑结构方案，由于有这样或那样的缺点，最常用的是点，最常用的是(a)(b)方案。方案。2 高压软起动器电路拓扑方案（高压软起动器电路
10、拓扑方案（6000v以上）以上）这种结构由低压软起动演变而来，由于这种结构由低压软起动演变而来，由于SCR串联对器串联对器件的一致性和阀体均压性能要求较高，技术难度较大。件的一致性和阀体均压性能要求较高，技术难度较大。电压等级越高，技术难越大。电压等级越高，技术难越大。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:19-Dec-2005Sheet of File:D:Design Explorer 99 SELibrarySchPREVIO4.DDBDrawn By:T1T2T3T4T5T6L1L2L3T1nT2nT3nT4nT5nT6nM图图3
11、SCR直接串联形式直接串联形式 利用高压变频器作为软起动器。利用高压变频器作为软起动器。四四 软起动器的控制方式：软起动器的控制方式：1 电压斜坡式起动控制方式电压斜坡式起动控制方式电压斜坡式起动控制方式电压斜坡式起动控制方式是一种开环控制方式，是是一种开环控制方式，是软起动器最早起动方式。软起动器最早起动方式。它的电压按预先设定好的它的电压按预先设定好的曲线变化，其斜率由斜坡曲线变化，其斜率由斜坡上升的时间上升的时间t决定。另外，决定。另外，当起动之初电压低于一定当起动之初电压低于一定值时（一般为值时（一般为120v左右）左右）1234ABCD4321DCBATitleNumberRevis
12、ionSizeA4Date:19-Dec-2005Sheet of File:D:Design Explorer 99 SELibrarySchPREVIO41.DDBDrawn By:UeUaUbUo0tttkIt图图4 电压斜坡电压斜坡/电压突跳方式曲线电压突跳方式曲线电机转矩小于负载转矩，电机不能运转，反而使电机发电机转矩小于负载转矩，电机不能运转，反而使电机发热，因此电压斜坡式起动控制方式的电压不是从热，因此电压斜坡式起动控制方式的电压不是从0开始开始上升，而是有一初始电压上升，而是有一初始电压U0。这个电压通常要根据负载。这个电压通常要根据负载特性设定成能使电机起动所需的最小电压。也
13、可设置为特性设定成能使电机起动所需的最小电压。也可设置为按两段斜率起动。按两段斜率起动。起动效果受到负载和电源变化的影响，因此无法准确起动效果受到负载和电源变化的影响，因此无法准确地获得希望的效果，往往需要反复调试才能达到比较满地获得希望的效果，往往需要反复调试才能达到比较满意的起动效果。意的起动效果。2 电压突跳式起动控制方式电压突跳式起动控制方式 有些负载，在静止状态下有较大的静阻力矩，在电有些负载，在静止状态下有较大的静阻力矩，在电机起动初始需要很大的转矩使电机起动，当电机一旦转机起动初始需要很大的转矩使电机起动，当电机一旦转动起来，阻力矩反而减小。对此，起动时加一短时的高动起来，阻力矩
14、反而减小。对此，起动时加一短时的高电压电压Ub(其值和时间可以设置）以克服阻力矩，如图其值和时间可以设置）以克服阻力矩，如图4。3 电流限幅起动控制方式电流限幅起动控制方式 电压斜坡起动控制方式是开环控制，因此斜坡上升率电压斜坡起动控制方式是开环控制，因此斜坡上升率不能随系统的变化自动调节，往往电流会超出所希望的不能随系统的变化自动调节，往往电流会超出所希望的值，由此发展了电流限幅控制方式。值，由此发展了电流限幅控制方式。电流限幅起动控制方式是一种闭环控制方式。起动过电流限幅起动控制方式是一种闭环控制方式。起动过程中，需要不断地采样和调整电机电流，使之具有图程中，需要不断地采样和调整电机电流，
15、使之具有图5的电流曲线。这种控制方式特别适合恒转矩负载，限幅的电流曲线。这种控制方式特别适合恒转矩负载，限幅值值2.5IN5IN。在电网容量受限时时电机以最小的起动电。在电网容量受限时时电机以最小的起动电流快速起动。流快速起动。图图5 电流限幅电流限幅/电流斜坡方式曲线图电流斜坡方式曲线图1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:20-Dec-2005Sheet of File:D:Design Explorer 99 SELibrarySchPREVIO41.DDBDrawn By:IeIaIbIo0tttkIt电流限幅电流限幅电流突跳电流突
16、跳电流斜坡电流斜坡 4 电流斜坡起电流斜坡起动控制方式动控制方式 如图如图5所示，初所示，初始电流为使电机起始电流为使电机起动所需的最小电流动所需的最小电流这种控制方式使电这种控制方式使电机电流按照设定的机电流按照设定的曲线逐步上升，直达到设定的最大电流值，然后保持到起曲线逐步上升，直达到设定的最大电流值，然后保持到起动完成。电流斜坡起动控制方式同样可设置为多段，也可动完成。电流斜坡起动控制方式同样可设置为多段，也可加突跳电流。加突跳电流。这种控制方式是电流限幅起动方式控制方式的扩展，这种控制方式是电流限幅起动方式控制方式的扩展，特别适于具有平方转矩特性的风机特别适于具有平方转矩特性的风机 泵类负载，起动时所泵类负载，起动时所需要的转矩很小，随着转速的上升，所需转矩近似成平方需要的转矩很小，随着转速的上升，所需转矩近似成平方关系增加。因此，起动初始宜加小的起动电流，随着转速关系增加。因此，起动初始宜加小的起动电流，随着转速的上升，起动电流也随之上升，这样有利于负载的平稳起的上升，起动电流也随之上升，这样有利于负载的平稳起动，电机发热较少。动，电机发热较少。由于大型感应电机在起动过程后期
