【干貨】軟啟動器工作原理及應(yīng)用詳解

軟啟動的必然性

        在工程中最常用的就是三相異步電機，由于其電機啟動特性，這些電動機直接連接供電系統(tǒng)啟動（硬啟動），將會產(chǎn)生高達電機額定電流5～7倍的浪涌（沖擊）電流，使得供電系統(tǒng)和串聯(lián)的開關(guān)設(shè)備過載。另一方面，直接啟動也會產(chǎn)生較高的峰值轉(zhuǎn)矩。這種沖擊不但會對驅(qū)動電動機產(chǎn)生沖擊，而且也會使機械裝置受損，還會影響接在同一電網(wǎng)上的其他電氣設(shè)備正常工作。

        鼠籠型異步電動機電子軟啟動器的誕生解決了這個問題。它既能改變電動機的啟動特性保護拖動系統(tǒng)，更能保證電動機可靠啟動，又能降低啟動沖擊。因此，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能型軟啟動器將會得到更廣泛的應(yīng)用。

軟啟動器的工作原理

         軟啟器采用三相反并聯(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。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。待電機達到額定轉(zhuǎn)速時，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)速逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

    ▲軟啟動器的典型控制圖

        ▲軟啟動器接線圖

直接啟動的危害性

（1）引起電網(wǎng)電壓波動

交流電動機在全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的4~7倍，當電機的容量相對較大時，該起動電流會引起電網(wǎng)電壓的急劇下降，影響同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運行。

軟啟動時，起動電流一般為額定電流的2~3倍，電網(wǎng)電壓波動率一般在10%以內(nèi)，對其它設(shè)備的影響非常小。

（2）對電網(wǎng)的影響

對電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：

1）超大型電機直接起動的大電流對電網(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對電網(wǎng)的沖擊，常常會引發(fā)功率振蕩，使電網(wǎng)失去穩(wěn)定。

2）起動電流中含有大量的高次諧波，會與電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護誤動作、自動控制失靈等故障。

軟起動時起動電流大幅度降低，以上影響可完全免除。

（3）傷害電機絕緣

1）大電流產(chǎn)生的焦耳熱反復(fù)作用于導(dǎo)線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。

2）大電流產(chǎn)生的機械力使導(dǎo)線相互摩擦，降低絕緣壽命。

3）高壓開關(guān)合閘時觸頭的抖動現(xiàn)象會在電機定子繞組上產(chǎn)生操作過電壓，有時會達到外加電壓的5倍以上，這樣高的過電壓會對電機絕緣造成極大傷害。

軟起動時，最大電流降低一半左右，瞬間發(fā)熱量僅為直起的1/4左右，絕緣壽命會大大延長；軟起時電機端電壓可以從零起調(diào)，可完全免除過電壓傷害。

（4）電動力對電機的傷害

大電流在電機定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會造成夾緊松動、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。

軟起動時，由于最大電流小，則沖擊力大大減輕。

（5）對機械設(shè)備的傷害

全壓直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩大約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機械設(shè)備上，會加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風(fēng)葉疲勞甚至折斷風(fēng)葉等等。

軟起動的轉(zhuǎn)矩不會超過額定轉(zhuǎn)矩，上述弊端可以完全克服。

軟啟動的特點

1）無沖擊電流。軟啟動器在啟動電機時，通過逐漸增大晶閘管導(dǎo)通角，使電機啟動電流從零線性上升至設(shè)定值。

2）恒流啟動。軟啟動器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機在啟動過程中保持恒流，確保電機平穩(wěn)啟動。

3）根據(jù)負載情況及電網(wǎng)繼電保護特性選擇，可自由地從無級調(diào)整至很佳的啟動電流。

4）降低電機啟動電流，降低配電容量，避免增容投資。

5）降低啟動機械應(yīng)力，延長電動機及相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

6）啟動參數(shù)可按負載調(diào)整，以達到很佳啟動效果。

7）多種啟動模式及保護功能，易于改善工藝，保護設(shè)備。

8）特有外控端子，可方便實現(xiàn)異地控制或自動控制。

9）全數(shù)字開放式用戶操作顯示鍵盤，操作設(shè)置靈活簡便。

10）高度集成的微處理器控制系統(tǒng)，性能可靠。

11）大電流無觸點交流開關(guān)無級調(diào)壓，調(diào)壓范圍寬，過載能力強。

軟啟動的啟動方式

（1）限流啟動

  顧名思義是限制電動機的啟動電流，它主要是用在輕載啟動的負載降低啟動壓降，在啟動時難以知道啟動壓降，不能充分利用壓降空間，損失啟動力矩，對電動機不利。

（2）斜坡電壓啟動

  電壓由小到大斜坡線性上升，這種啟動方式是在電動機啟動的初始階段啟動電壓逐漸增加，當電壓達到預(yù)先設(shè)定的值后保持恒定，直至啟動完畢。這種啟動方式最簡單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點是，由于不限流，在電機啟動過程中，有時要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網(wǎng)影響較大，實際很少應(yīng)用。

（3）轉(zhuǎn)矩控制啟動

  將電動機的啟動轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點是啟動平滑，柔性好，對拖動系統(tǒng)有更好的保護，延長拖動系統(tǒng)的使用壽命。同時降低電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊，是很優(yōu)的重載啟動方式，缺點是啟動時間較長。

（4）轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動

與轉(zhuǎn)矩控制啟動相仿也是用在重載啟動。不同的是在啟動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，干擾其他負荷，應(yīng)用時要特別注意。

（5）電壓控制啟動

用在輕載啟動的場合，在保證啟動壓降下發(fā)揮電動機的最大啟動轉(zhuǎn)矩，盡可能地縮短啟動時間，是很優(yōu)的輕載軟啟動方式。

軟啟動具有的保護

1）外部故障輸入保護。瞬停端子用于外加專用保護裝置，如熱繼電器等。

2）失壓保護。軟啟動器斷電且又來電后，無論控制端子處于何種位置，均不會自行啟動，以免造成傷害事故。

3）啟動時間過長保護。由于軟啟動器參數(shù)設(shè)置不當或其他原因造成長時間啟動不成功軟啟動器會自行保護。

4）軟啟動器過熱保護。溫度升至80±5℃時保護動作，動作時間＜0.1秒；當溫度降至55℃，過熱保護解除。

5）輸入缺相保護。滯后時間＜3秒。

6）輸出缺相保護。滯后時間＜3秒。

7）三相不平衡保護。滯后時間＜3秒，以各相電流偏差大于50%±10%為基準。

8）啟動過電流保護。啟動時持續(xù)大于電機額定工作電流5倍時保護動作。

9）運行過載保護。以電機額定工作電流為基準作反時限熱保護。

10）電源電壓過低保護。滯后時間：當電源電壓低于極限值50%時，保護動作，時間＜0.5秒，否則低于設(shè)定值時保護動作，時間＜3秒。

11）電源電壓過高保護。當電源電壓高于極限值130%時，保護動作，時間＜0.5秒，否則高于設(shè)定值時保護動作，時間＜3秒。

12）負載短路保護。滯后時間：＜0.1秒，短路電流為軟啟動標稱電機電流額定值10倍以上。

軟啟動器常見故障處理措施

（1）上電后不顯示

1）檢查控制電源是否接入。

2）檢查顯示屏連接線是否插緊。

3）檢查控制板有沒有問題。

（2）報缺相故障

1）啟動方式采用帶電方式時，操作順序有誤。正確操作順序應(yīng)為先送主電源，后送控制電源。

2）電源缺相或者三相電未上，軟啟動器保護動作（檢查電源）。

3）軟啟動器的輸出端未接負載。

4）控制板有問題。

（3）啟動完畢旁路接觸器不吸合

1）在啟動過程中，保護裝置因整定偏小出現(xiàn)誤動作（將保護裝置重新整定即可）。

2）在調(diào)試時，軟啟動器的參數(shù)設(shè)置不合理（主要針對的是55kW以下的軟啟動器，對軟啟動器的參數(shù)重新設(shè)置）。

3）控制線路接觸不良（檢查控制線路）。

4）接觸器有問題不能正常吸合。

5）控制板問題。

（4）空氣開關(guān)跳閘

1）空氣開關(guān)長延時的整定值過小或是空氣開關(guān)選型和電機不配（空氣開關(guān)的參數(shù)適量放大或空氣開關(guān)重新選型）。

2）軟啟動器的起始電壓參數(shù)設(shè)置過高或啟動時間過長（根據(jù)負載情況將起始電壓適當調(diào)小或者啟動時間適當縮短）。

3）在啟動過程中因電網(wǎng)電壓波動比較大，易引起軟啟動器發(fā)出錯誤指令，出現(xiàn)提前旁路現(xiàn)象（建議用戶不要同時啟動大功率的電機）。

4）啟動時滿負載啟動（啟動時盡量減輕負載）。

5）軟啟動額定電流設(shè)置有問題。

（5）軟啟動器啟動時報故障

1）電機缺相（檢查電機和外圍電路）。

2）軟啟動器內(nèi)主元件可控硅短路。

3）濾波板擊穿短路。

4）控制板問題。

（6）啟動超時

1）參數(shù)設(shè)置不合理（重新整定參數(shù)，起始電壓適當升高，時間適當加長）。

2）啟動時滿負載啟動（啟動時盡量減輕負載）。

3）機械故障。

4）控制板問題。

（7）啟動過程電流不穩(wěn)定

1）電流表指示不準確或與互感器不匹配。

2）電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，波動比較大，引起軟啟動器誤動作。

3）軟啟動器參數(shù)設(shè)置不合理。

（8）軟啟動器重復(fù)啟動

1）在啟動過程中外圍保護元件動作，接觸器不能吸合，導(dǎo)致軟啟動器出現(xiàn)重復(fù)啟動（檢查外圍元件和線路）。

2）中間繼電器有問題不能正常吸合。

3）控制板問題。

（9）短路

1）檢查電機聯(lián)線和電機是否損壞。

2）過電流將軟啟動器擊穿（檢查軟啟動器功率是否與電機的功率相匹配，電機是否是帶載啟動）。

3）軟啟動器的散熱風(fēng)扇損壞（更換風(fēng)扇）。

4）啟動頻繁，高溫將可控硅損壞（控制啟動次數(shù)）。

5）濾波板損壞（更換損壞元件）。

（10）啟動時過電流

1）檢查負載或電機的機械部件是否正常。

2）檢查電機是否短路。

3）檢查軟啟動的電流參數(shù)和功率是否正確。

（11）三相不平衡

1）檢查輸入三相電源是否異常。

2）檢查電機負載端是否異常。

3）軟啟動器可控硅擊穿短路。

4）控制板有問題。

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