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精品文档常用的软启动器的类型及特点 软启动器以体积小,转矩可以调节、启动平稳冲击小并具有软停机功能等优点得到了越来越多的应用,大有取代传统的自耦减压、星-角等启动器的趋势.由于软启动器是近年来新发展起来的启动设备,在设计、安装、调试和使用方面还缺少指导性的规范与规程.我们在软启动器的安装、调试工作中也遇到了一些实际技术问题.例如:不同启动负载软启动器的选型、软启动冲击电流与过流保护定值的配合、软启动设备容量与变压器容量的关系等问题. 1、软启动器简介 目前,市场上常见的软启动器主要有电子式、磁控式和自动液体电阻式等类型.电子式以晶闸管调压式为多数.变频器在某种意义上也是一种软启动器,而且是能够真正地实现软启动的启动器,只是造价要高些. 晶闸管式软启动器是串接在电源与电动机之间的三组正反向并联的晶闸管,通过微电脑控制触发导通角实现交流调压.晶闸管式软启动器的启动方式有斜坡电压型、突跳加斜坡电压型和限流型等可供选择. 磁控式软启动器是利用磁放大器原理制造的串联在电源和电动机之间的三相饱和电抗器构成的软启动装置.启动时通过数字控制板调节磁放大器控制绕组的激磁电流,改变饱和电抗器的电抗值调节启动电压降,实现电动机软启动. 不论晶闸管式软启动器还是磁控式软启动器在启动时只能调节输出电压,达到控制启动时的电压降、限制启动电流的目的.一般的软启动器不能调节电源频率,也就不能象变频器那样从零频零压开始启动电动机,实现无冲击启动.实际上软启动器在启动设备时还是要产生一定的冲击电流的;斜坡电压型控制软启动器的启动时的电压、电流变化曲线见图1所示.晶闸管式软启动器采用斜坡电压启动时,开始时要使软启动器输出一个初始电压(初始电压在80280V之间可以调节),使电动机产生足以克服机械设备的静摩擦的初始转矩,拖动设备开始转动,启动电流为Is.在微电脑的控制下,继续增加输出电压使电动机加速.当软启动器的输出电压接近额定电压时,电动机就已达到额定转速,Is降为负荷电流In.启动时间t1结束时,软启动器输出额定电压并发出旁路信号,使旁路接触器闭合,软启动器停止输出电压,电动机转入正常运行.软启动的初始转矩可以通过给定初始电压和启动时间进行调节,控制启动电流在24.5倍电动机额定电流以内. 低压软启动器的停车方式主要有自由停车,软停车,制动停车三种.传统的电动机停车方式常用自由停车,但有许多应用场合,自由停车会产生很大问题,如高层建筑的水泵系统,如果采用自由停车,会产生巨大的“水锤”效应,使管道、水泵损坏.因此利用软停车可以消除自由停车带来的这种反惯性冲击.在停车时刻t2发出停车指令,电动机的端子电压从Un缓慢下降,在电压下降瞬间电动机电流会有一个小的电流冲击,然后电动机电流会随电压的下降而下降,直至电动机停下来. 2、低压软启动器选用时应注意的问题 21低压软启动柜电气接线与元件排列 一般低压软启动柜的电气接线如图2所示.柜内电气元件按图示顺序排列,作到主接线简短不交叉,便于铜排连接.软启动器安装在接触器的右侧不受其他元件发热的影响.软启动器与控制柜边壁及其他元件间距要求100mm,方便软启动器散热. 22软启动器选型 除了技术、性能、价格比较外,还要考虑设备现场的电网容量、设备启动负荷轻重、启动频繁程度等具体条件. 对于水泵类启动负载较轻的设备,可选择功能简单、价格较低、操作方便的软启动器.这类设备根据电动机额定功率,选用样本规定的相同容量的软启动器就能满足需要.对于大型风机、破碎机等启动负荷比较重的设备,应该选用启动功能比较多、有限流启动功能、自身保护比较齐全的软启动器.尤其功率比较大的设备(200KW以上),最好选用启动功能比较全的高性能软启动器. 23隔离器和熔断器选择 软启动柜中的隔离电器,可以选用隔离开关也可以选用具有隔离功能的塑壳断路器.小功率软启动柜宜选用隔离开关熔断器组合的刀熔开关.不但起到隔离保护作用,还可以降低工程造价.隔离开关的额定电流大于电动机额定电流就可以满足运行要求. 由于软启动器中晶闸管的浪涌焦耳积分(I2t)值有限,选用断路器做短路保护装置不能有效保护晶闸管元件.建议选用快速熔断器做短路保护装置.快速熔断器可选用aR或NGT型半导体保护熔断器.选用快速熔断器一般不用做分断能力校验,因为aR型熔断器的额定分断能力为50KA,NGT快速熔断器的分断能力为120KA,能够满足一般配电工程需要.另外熔断器还有限流功能,对晶闸管的保护要比断路器可靠. 快速熔断器的额定电流的选用原则是设备启动时不会熔断,设备安装处发生最小短路电流时必须可靠熔断.具体选用时可根据设备的负荷性质和电动机的启动电流,查阅熔断器制造厂提供的熔断器时间电流特性曲线、I2t值及晶闸管的I2t值进行计算选择.在缺少上述资料时也可按下述经验公式计算选用: Ifn(1.82.0)*Ie(A) Ifn快速熔断器额定电流(A) Ie电动机额定电流(A) 24旁路接触器的选择 软启动结束时电动机已在额定电压上运行,所以按电动机的额定电流选用交流接触器就能满足要求.要注意的是在配柜接线时,作到软启动器与接触器同相连接,不要接错相序. 25过负荷保护装置的选择 软启动装置的过负荷保护装置应该选用具有过载保护、断相保护和温度补偿功能的热过载继电器.具体选用时,要使电动机的工作电流在热元件整定电流范围以内.工作时容易过载的设备,要使电动机的额定电流值靠近热元件整定电流范围的下限. 26变压器负载能力及保护整定值校验 在软启动装置选用时除注意上述要求外,还要注意为设备供电的变压器的负载能力.如果事前变压器已接近满载,要慎重选用软启动设备.尤其是要增设功率比较大的设备时,更要核对校验变压器的荷载能力和保护的整定值; 增加软启动设备后,变压器二次侧断路器的短路短延时脱扣器的整定值Ir2为: Ir21.1(IL+1.35*K*Ie) A 式中:IL变压器正常运行时的负荷电流 A K新增加软启动设备的启动电流与电动机额定电流的比值(见表1); Ie新增加电动机的额定电流 A. 计算出的Ir2应小于变压器二次侧断路器现在的实际短路短延时脱扣器的整定值;否则,在新增加设备启动时,变压器二次侧断路器要分断跳闸.造成软启动器选用失败. 表1典型设备软启动效果及启动电流参考值 应用机械类型 选用功能 执行的功能 启动电流(%) 启动时间(秒) 离心泵 标准启动 减少冲击,消除水锤 300 515 螺杆式压缩机 标准启动 减少冲击,延长机械寿命 300 320 离心式压缩机 标准启动 减少冲击,延长机械寿命 350 1040 活塞式压缩机 标准启动 减少冲击,延长机械寿命 350 510 传送带运输机 标准+突跳 启动平稳,减少冲击 300 310 风机 标准启动 减少冲击,延长机械寿命 300 1040 搅拌机 标准启动 降低启动电流 350 520 磨粉机 重载启动 降低启动电流 450 560 3、典型应用 例:某市第二热源厂新增四台250KW循环泵,两台工作两台备用,变压器容量1250kVA,10/0.4kV,为降低电机启动电流及避免增容投资过大,我们根据用户要求采用软启动器.由于该负荷为水泵类,启动不是很频繁,所以采用性价比较优的SS2-250型软启动器.隔离开关采用HD17-630/3,熔断器采用NT4-1250A,旁路接触器采用CJ29-500/3,热继电器采用JRS2-630/3.两年来运行正常,能够很好的满足用户要求. 4、调整与试车 软启动控制柜安装完成后要进行认真地检查.按设计图纸核对接线是否正确,连接是否可靠.因为晶闸管等电子器件不允许做绝缘电阻测试,所以只能用数字万用表高阻档检查软启动器中晶闸管的绝缘情况.新的软启动器(冷态时)每组晶闸管输入输出端子间测量电阻值应指示1.3M左右,相间(相间未接控制回路时)、相对地测量电阻值应该指示无穷大.检查确认无误后,在软启动器输出端接上一台小功率电动机并设定启动方式、初始电压、启动时间和停机时间等技术参数.在电动机与软启动器连接前,必须用500V绝缘电阻测试器检查电动机和电缆的绝缘状态.只有绝缘电阻符合有关规定,才准许将电动机连接到软启动器输出端进行启动试验.第一次软启动前要对机械进行人力盘车,检查机械有无“卡堵”现象,然后进行设备启动试验并调节好启动参数后,就可以交付使用了. 总之,软启动器启动转矩大而且可以调节、设备启动时间短、有软停机功能、元件少维修量小,能够完成比较困难的设备的启动,是性能比较好的电动机启动控制设备,应该得到推广应用.什么是电动机软起动？ 软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。 软起动起动方式 引言 软起动装置的初级智能化1里曾经指出：所谓软起动方式是指按什么原则、规律将电动机从零升速至额定。 本文旨在进一步阐明我对软起动方式的观点，并对于一些文章中关于软起动方式的说法，提出质疑。 一、软起动方式的本质属性： 讨论软起动方式时，第一要说清楚的是软起动装置的控制机理：它是开环控制还是闭环控制，若是后者，它又是什么物理量闭环的系统，第二要说清楚的是反馈物理量是用什么传感手段检测和怎么检测到的，第三要说清楚的是闭环控制期望（基准）时间曲线形状是怎样设计和产生的。这3个问题说清楚了，软起动方式的本质属性就明白无误了。 基于这种认识，我把电压斜坡软起动理解为以斜坡状电压时间曲线为期望曲线的电压开环或闭环软起动方式，转矩控制起动理解为以电动机某转矩时间曲线为期望曲线的转矩开环或闭环软起动方式，恒流软起动理解为以不变电流值为期望值的电流开环或闭环软起动方式。 由于反馈控制抵御环境变化和干扰的能力强，闭环控制已成为软起动电控系统的主流控制方式，因而闭环控制也是人们在研究软起动方式时关心的重点。 二、电动机的各物理变量的映射关系： 在转速 条件下，电动机电压 和电流 ，和电磁转矩 ，和功率因数 ，都是互相对应的。某一软起动过程对应的电机电压时间曲线 是某个形状，在频率和电动机温度不变的条件下，它的 的形状就一定是一个与之相应的形状，就不会是另外的形状。 ， 等等亦然。 这就是客观存在着的电动机各物理变量之间的对应关系，我们称之为映射关系。映射关系是不以软起动方式为转移的电动机属性。 软起动过程可以用某一物理变量（例如电动机转速）的时间曲线描述。一般说来，某个特定的软起动过程并不是某种软起动方式所专有。以晶闸管软起动装置为例，装置对于输出的控制是通过唯一的控制手段（触发角 ）完成的。软起动过程可以用一条SCR触发角 的时间曲线描述，不论采用什么软起动方式，只要实现了同一的 ，也就实现了同一的软起动过程。 因此，我就不认同交流异步电机软起动及优化节能控制技术研究3（以下简称软起动研究）的观点，它在几种起动方式的讨论中认定某种软起动方式是起动时间长的，某种软起动方式是适合什么负荷的。例如，它认定限流软起动一定就起动时间长，认定双斜坡软起动就一定起动电流大和起动时间较短。认定电压控制起动是最优的轻载软起动方式。我注意到，持类似观点的文章不少，例如4。 我认为，限流软起动起动时间的长短与限流值大小密切相关：限流值大，则起动时间短，反之则长。双斜坡软起动也不一定起动电流大和起动时间较短，斜坡陡度大则然，斜坡陡度缓则不然。 三、不同软起动方式的比较标准： 不同软起动方式之间是可以和需要作比较的。本文提出以下3条标准： （1）、在负载、电网和环境等软起动外在条件变化时，对于变化的抵抗能力 软起动的典型负载是各种风机和泵，其负载转矩的大小受阀门开度、传动机械润滑情况变化的影响。电网电压和电网短路容量也是变化的，共网负载加重、加多，在电网调压系统不起作用的条件下，电网电压和短路容量都会有所减小，在调压系统起作用的条件下，电网电压不变而电网短路容量反而会有所增加。电动机绕组和铁芯温度的增高会引起电动机数学模型参数的变化。凡此等等，均可以概之为软起动外在条件的变化。在变化发生以后，描述软起动过程的所有变量（电压、电流、转矩、转速等）的时间曲线都会偏离其原来的曲线。其中，偏离最小的是系统的反馈变量曲线。比方说，转矩闭环控制软起动方式因为外在条件变化所引起的电动机转矩时间曲线对于变化前曲线的偏移是比较小的，比其它变量的偏移小。对于特定的工程实际，我们对软起动过程中各相关物理量的关切程度是不相同的。我们将最关切的曲线偏移小的软起动方式视为变化抵抗能力强。 （2）、不同的软起动方式反馈变量物理现实的难度 反馈变量的物理现实指的是传感、测量和安装手段。比方说，在调速控制里广为采用的转速闭环在软起动中就因为转速传感器的不易落实而很少被采用。配套传感器直接影响到软起动产品的成本、寿命、抗老化、抗腐蚀、安装、耐湿、耐温、耐寒、抗振等等。 （3）、输入到软起动装置的基准的设计和实现难度 一个好的软起动过程总是在一个好的输入基准的指挥下完成的，不同反馈闭环的好基准的形状是不同的。好基准的形状是需要人们设计的，其设计难度因软起动方式而异，设计好了要产生出来也会有难易之分。 需要强调的是：软起动时间长短，软起动电流大小，能否带动重载等等都没有被列为比较标准。其所以如此，是因为这些都不是软起动方式的本质特征。 四、对命题转矩控制起动 是最优的重载起动方式的质疑： 软起动研究3认为，如果采用转矩控制起动这样一种最优的重载起动方式（它已经包含或固化在他们研制成功的智能马达优化控制器（）里了），使软起动装置按起动转矩线性上升的规律控制输出电压就可以起动平滑、柔性好，对拖动系统有利，减少对电网的冲击。4的措辞大同小异：转矩控制起动将电动机的起动转矩由小到大线性上升，起动平滑、柔性好，对拖动系统有更好的保护，降低电机起动对电网的冲击，是最优的重载起动方式。 我的看法是：（1）能否胜任重载与软起动方式无关。重载需要电动机在低转速下产生出大的起动转矩，为此，软起动装置必须能够使电动机定子绕组流过足够大的电流。这与选用什么软起动方式是没有关系的。如果电动机的 （或）不够大，不论采用什么软起动方式，软起动都会是不成功的。反之，只要 （或）够大，起动转矩线性上升的规律控制输出电压，起动平滑、柔性好，减少对电网的冲击等等，通过其它的闭环控制，在赋予它一个较好形状的基准输入时间曲线以后，同样可以实现。 （2）在认定命题时的两个不可回避的问题： 第一个不可回避的问题是：转矩控制起动是不是以电动机电磁转矩为反馈变量的闭环系统。但是软起动研究和4均予以回避。不过，如果转矩控制起动要在对软起动外在条件变异的抵抗能力方面胜出的话，它只能是以电动机电磁转矩为反馈变量的闭环系统。 第二个不可回避的问题是：转矩控制起动是怎样克服电动机电磁转矩测量难题的。 电磁转矩的直接测量需要借特制的电动机电磁转矩传感器实现。目前似无定型产品。 电磁转矩的间接测量可以以下式1或式2为依据： （式1）， （式2）。但是，想借助这些公式换算出电动机电磁转矩 是困难的。因为用式1需要获知 、和 的信息（其中， 难以测量），用式2需要获知电动机转速 、 和 （其中， 难以测量）的信息。而且，由于事实上不是常数5，更给式2的应用带来了麻烦。 （3）、在软起动方式之间作比较时，应该按照本文 三的三条标准。转矩控制起动（如果确实是转矩闭环）的优势在于电磁转矩的守恒性，劣势在于硬件和软件的复杂化。 我与一些文章作者在软起动方式的不同观点可能是源于不同的立论方法。我不认为以某一公司某一型号产品为立论的基石是一个好的立论方法，尽管它能够照顾某一型号产品的个别特点，对于选型和菜单调用方面有一些指导意义和参考价值。但是，因为立足点不高，不免以偏概全，似是而非。另一种立论方法是从控制理论的基本概念出发，探讨各种软起动方式的本质属性。我的近作论电流闭环软起动的合理性2以及当前的这一篇都是在这方面的一个尝试。软起动的工作原理简述 软起动的工作原理软起动器实际上是一个晶闸管交流调压器。改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸 管调压电路的输出电压。在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压 过程（且可具有限流功能），直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。软启动器的作用 实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸 软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。 软启动在电动机中的运用 焦化生产工艺中广泛使用的风机、水泵和皮带输送机等设备，一般都需在重载下直接起动电动机，存在启动电流高达8 = ; 倍、供电网络电压降过大、对被带动设备的冲击力大和控制设备故障率高等问题。为解决大功率电动机的启动问题，一般采用频敏变阻器、自藕变压器、B C %转换和延边三角形等启动方式。但这些传统的降压启动方式普遍存在起动设备复杂、启动电流偏大和启动转矩偏小等弊端。而且在电机的运行保护方面，存在着功能不甚完善或不灵敏的情况。近年来，随着电力电子技术及其相关器件的发展，三相异步电动机的软启动技术已日趋完善，并已得到了广泛应用。软启动器由微处理器和大功率晶闸管组成，用微处理器控制晶闸管的导通角，以控制其输出电压。因此，软启动器实际上是可自动控制的降压启动器。由于能够随意调节输出电压，作电流闭环控制，因此要优于串电阻和自耦变压器等传统的降压启动方式。现以我厂鼓冷工段制冷机循环水泵电机为例，该电机功率56，供电线路755(，电缆主截面45(4 双并，供电主变压器容量I 4J6F， 电动机额定起