eSTAR 03软启动器的开发和应用.doc

eSTAR 03软起动器的开发和应用申祥源 申屠华平(新冶电气工程有限公司)摘 要: 交流三相鼠笼式异步电动机的广泛使用，对电动机的起动提出了越来越高的要求。从原来的直接起动，到星三角起动，到自耦降压起动，直到现在的电子式软起动器。新冶电气公司结合多年实际应用的经验而开发的eSTAR 03系列电子式软起动器，很好地解决了电动机起动时对电网和机械设备的冲击，同时具备软停车、故障保护、节能、通讯等功能。可广泛应用于冶金、石化、市政、制造等行业。关键词: 软起动器 晶闸管 三相异步电动机 1. 起动方式的比较交流三相鼠笼式异步电动机，由于其简单、廉价、易维护的优点，已广泛应用于各行各业。近些年，由于国民经济的飞速发展，用电量的快速增长，对电网的稳定性提出了越来越高的要求。保守估计，交流三相鼠笼式异步电动机的用电量占整个电网的一半以上，由此对异步电动机的控制特别是起动的控制提出了相应的要求。异步电动机的起动控制方式有直接起动、星-三角起动、自耦降压起动和电子式软起动，下表是这几种起动方式的比较：表1 几种起动方式的比较直接起动变压器降压起动星-三角起动电子式软起动起动平滑性无（全转矩）有级有级无级起动转矩控制无有级（1级）有级（1级）无级可调典型起动转矩特性 （%满载转矩）180115，76，45 可选600-180起动电流限制无三个设置值单个设置全范围设置典型起动电流 （%全载电流）600480，390，300可选1980-600可设置起动方式全压有有减压有有有软起动有限流有自诊断无无无有技术机电机电机电电子软停止功能无无无有节能无无无有直接起动方式由于其对电网的巨大冲击、对负载设备的损伤和对其它负荷的不利影响，在10KW以上电机已很少采用。星-三角起动由于对电机六出线的要求和低可靠性，一般只在10KW以下小功率电机使用。自耦降压起动由于其实用性和低廉的价格得到了广泛的应用，但由于其对有色金属的大量耗费和落后的控制方式，在欧美已遭淘汰，在国内市场也日益萎缩。替代以上几种起动方式的正是日益流行的电子式软起动器。电子式软起动器是采用电力电子技术、自动化控制技术和微处理器技术而研制生产的新型控制设备。与传统起动设备相比，性能更可靠，使起动更平滑，对电网冲击更小，此外还具有限流调节、软停车、节能、智能通讯、智能保护等传统起动方式所没有的功能。2. 电子式软起动器市场分析电子式软起动器于上世纪八十年代初在国外得到应用，九十年代初由美国AB公司引入国内。但由于其相对昂贵的价格和国内认识的普及，近四五年才得到了广泛的应用。国内市场上，自藕方式每个千瓦6080元左右，磁控的每千瓦120元左右，自藕和磁控的体积较大且故障率较高，维修费较高。电子软起动器每个千瓦在100元到200元之间，其中国产的多在100到120元，而进口的多在200元左右。2001年，电子式软起动器国内销售额在4亿元左右。由于自耦起动方式和电子式软起动器之间显著的差价，自耦起动方式仍占据70%以上的市场份额。以水泵行业为例，全国有大小泵厂3000余家，其中规模较大的有300多家，这些泵厂每年配套的起动设备都在500台套以上，而绝大多数采用自耦起动方式。另外，压缩机、鼓引风机行业都是类似情况。具体到冶金行业，由于冶金行业的高能耗，以前对电动机的起动并没有引起很大的重视。但由于近两年的电网负荷紧张和技改投入的加大，起动设备的改进也受到越来越多的关注，电子式软起动器的采用日益普及。由于终端用户的要求的提高和电子式软起动器价格的逐步下降，电子式软起动器近几年一直保持30%以上的增长率。电子式软起动器最终必将替代自耦起动方式已为大家所公认。所以，估计在45年内，国内软起动器的市场销售额将达到10亿左右。3. 产品简介3.1 原理eSTAR 03软起动器结合了电力电子技术、控制技术和微处理器技术，是专为三相异步电动机而设计的一种全数字智能化起动设备。其基本原理是通过对功率器件即可控硅的控制而实现对电机的起动控制，采用电压斜率的工作原理，控制输出给电动机的电压从可整定的初始值经过可整定的斜率时间上升到供电电网全压。从而降低对电机电源的容量要求，并减少对供电电网的影响和机械传动的冲击。eSTAR 03系列软起动器主要由三部分组成： 主回路由六只晶闸管组成，以实现对交流三相电源进行斩波，控制电压幅度输出给电机； 控制和保护电路包括微控制器电路、光电隔离电路、过零检测电路、可控硅触发电路、电流检测电路、温度检测电路等等，是软起动器的核心部分，控制晶闸管的导通和关闭，从而完成对电机的起动和停车的理想化的控制； 人机界面单元用以实现用户的参数设置、显示设备的运行状态等，给用户提供简单易用的人机界面。图一、eSTAR 03软起动器原理示意图3.2 功能介绍eSTAR 03软起动器有限流控制和电压斜坡两种工作方式： 在限流控制工作方式时，设备可根据用户的限流值自动优化电机起动过程； 在电压控制工作方式时，根据用户设定的起动电压和起动时间控制电机的加速过程，同时对电机的起动电流进行监控和保护。eSTAR 03软起动器具备完善的保护功能，具有电源输入缺相检测、电机过流、过载保护、可控硅温升保护等保护措施。eSTAR 03软起动器除实现电机软起动功能，还具备软停车功能，可实现负载设备的平稳停车，有效消除泵类负载的水锤效应。3.3 应用eSTAR 03系列电子式软起动器可应用于各行各业，如冶金、石化、市政、建筑、消防、矿山等，典型应用是这类设备，如用三相异步电动机来驱动的鼓风机、泵和压缩机的软起动和软停止。也可用它来控制带有变速机构、皮带或链带传动装置的设备，如传送带、磨床、刨床、锯床、包装机和冲压设备等。由于eSTAR 03系列电子式软起