电动机软启动技术与运用

电动机软启动技术与运用 摘要 传统的电动机软启动控制技术存在启动电流大 使用设备多 启动特性不理想等问 题 软启动技术是近几年发展起来的新技术 采用晶闸管作为电动机主回路的控制器件 通过单片机控制晶闸管的导通角 达到不同的启动控制特性 与传统电动机控制相比有很 多优点 文章论述了电动机软启动控制的工作原理 控制电路组成 工作特性曲线 1 引言 随着电力电子器件的参数性能的提高 使用电力电子器件构成的软启动电控设备的故 障率大大降低 甚至比传统电控设备故障率还低 基本做到了免维护运行 在电网容 量小 电动机功率较大时或需软启动的场合 应首选软启动电控设备 软启动电控设 备已成大中型电动机启动的主流设备 2 工作原理 软启动器控制是将电力电子 与自动控制技术相结合的设备 主电路与控制电路的相 互关系如图 1 所示 主电路用三组反向并联晶闸管串联与电源与被控电动机之间 设 备启动时 由电子控制电路控制晶闸管的导通角 使加在电动机端得电压有低到高逐 渐升高 直到达到额定转速 实现电动机的软启动 设备停机时 则控制晶闸管的导 通角 使电动机端得电压由全电压逐渐降至 o 实现软停车 3 软启动的优点 异步电动机在直接启动时 施加额定电压 启动电流将达到 5 7Ie 这样大的电流将会 给供电系统造成很大的冲击 所以 除了小容量电机外 一般都采用不同的启动方式以降 低电动机的启动电流 传统的方式有 Y 启动 窜电电抗启动 自藕变压器起启动 延 边三角形启动等 传统的方式 在电动机启动过程中 都有一个电圈电压切换的流程 因 而对电网造成二次冲击 软启动设备控制则不存在该现象 常用启动方式电流曲线如图 2 所示 4 软启动的类型 1 不限流软启动特性曲线见图 3 启动时 是启动电流以一定斜率不断上升 直至启动 完毕 期间对启动电流不加任何限制 应场合 重载启动 2 小斜性软启动启动特性见图 3 这种启动的特点是电流上升速率缓慢 di dt 变化率小 适应场合 对电机转矩 速率变化敏感的场合 例如 小张力绕机构 3 阶跃恒流启动见图 4 启动一开始在极短的时间里 使晶闸管接近于全导通 然后恢 复至极小导通角 进行正常的软启动 适应场合 启动时静摩擦力较大的场合 4 恒流软启动特性曲线见图 2 中软启动曲线 启动时 电流以一定斜率上升至设定值 其后维持恒定 直至启动结束 适用场合 绝大多数应用场合 5 停车 停机时 控制晶闸管导通角以一定斜率减小 使电机端电压逐渐降至 0 减缓了电机停 车时对机械负载的冲击 下降斜率无极可调性曲线图见图 5 还可以根据需要引入电流负 反馈 目前常见的软停车时间在 0 60s 6 软启动器的应用 1 将断路器 软启动器 旁路接触器和控制电路组成电动机控制中心 MMC 这是目 前最流行的 推广最多的做法原理见图 6 其特点 在启动和停车阶段 晶闸管投入工作 实现软启动 停车 启动结束 旁路接触器合闸 将晶闸管短接 电机接受全电压 投入 正常运行 这种组合的优点是 运行期间 电机直接与电网相连 无谐波 旁路接触器还 可以作为一种备用手段 紧急关头或晶闸管故障时 使电机直接投入使用 增加了运行的 可靠性 应用场合 绝大多数工况适用 图 5 软启动和软停方式特性 图 6MCC 原理图 2 软停车 在泵类负载系统中 例如高程扬水泵 大型泵站 污水泵站 电动机直接停车 时 在有压管路中 在流体的运动速率发生急剧变化 引起动量急剧变化 管路中出现水 击现象 对管道 阀门 和泵形成很大的冲击 此即 水锤 效应 严重时 会对大楼 造成很大的震撼与巨响 甚至造成管道与阀门的损坏 采用软停车 停车时软启动器由大到小逐渐减小晶闸管的导通角 使被控电机的端电压 缓缓下降 电机转速有一个逐渐降低的过程 这样就避免了管道里流体动量的急剧变化 抑制了 水锤 效应 3 正反转无触点电子开关 软启动器串接与供电电源与被控电机之间 当晶闸管全导通 时 电机得到全电压 晶闸管关断时 电机被切断电源 起作用类是与一个无触点电子开 关 如果在增加两组反并联晶闸管 组成如图 7 的电路 当 A1 B1 C2 三组晶闸管投入运 行时 三相电源 L1 L2 L3 与电机的 U V W 端相连 电机顺时针旋转 那么当 A2 B1 C1 三组晶闸管投入运行时 由于电机输入反相序电源而逆时针旋转 交替的使上述二套晶 闸管投入运行 即可实现被控电机的正反转运行 由于不使用接触器切换电源 故设备可 靠性很高 应用场合 需要频繁正反转的金属型材压扎制机构 5 软启动器与 PC 结合组成复合功能 以一台 PC 程控器与两台或多台软启动器组合 可完成一用一备或一用两备 甚至多用多备的方案 与 PC 结合 可同时实现软启动 软停车 一用一备 与中央控制室组成遥控监视系统 在许多大型排水系统中 平时排水量不大 仅需要少量排水泵运行 有时则需 要根据水位 逐级增加使用的水泵 直至全部水泵投入运行 反之 则需要逐级减少投 入运行的水泵数量 其结合的方案有二 其一如图 8 该方案采用一台 pc 控制一台软启动器 软启动器始终与一台电机相连 当 需要时 pc 控制首先启动电机 M1 启动结束 合上旁路接触器KM10 使电机直接 与电网相连 然后通过接触器 KM11 使软启动器与该电机分离 与下一台电机相连 由 pc 控制启动下一台电机 M2 此方法可以根据上下水位逐一启动各台电机 停机时 除与 软启动器相连的电机可以实现软停车外 其余电机都是直接停车 该方案优点 一次投资省 控制柜结构紧凑 缺点 一旦软启动器故障 会影响全部电 机的启动与运行 其方案二如图 9 该方案每台电机都配备一台软启动器 由 PLC 程控器根据水位或其他控 制量依次逐一启动各台电机 直至全部投入运行 反之 逐一关闭各台电机 该方案优点 可靠性比前一方案高 即使有一台软启动器故障 也不会影响其他电机的 运行 如果 PC 程控器发生故障 不能进入自控状态 那么采用柜台手动控制的方式 照 样可以是每台电机投入运行 7 与变频控制器的比较 软启动器与变频控制器均使用晶闸管模块作为执行器件 成本上变频器要比软启动器 高 变频器由于可以无级调速 目前在需要调速的场合以取代的原来直流电机占据的位 置 例如 目前大力推广的生活住宅恒压供水系统 广泛使用变频器 但是在某些工况下变频器也有弱点 目前的变频器 无论是交 直 交还是交 交变 频 在工作过程中 始终产生谐波 为了减轻对电网的污染 必须增加滤波措施 其次 变频器的输出 与电网电源已经不是同相同序的关系 因此在诸如图 10 的方案中 不能 在变频器尚未和电机分离前 先合上旁路接触器 必必须先将变频器与电机断开 在合 上旁路接触器 否则 会烧毁变频器的执行器件 这样 电机短时间内会经历一个全电 压 断电 全电压的在启动过程 对转速稳定性要求较高的场合 显然不能使用这样的 方案 软启动器的成本比变频器低 它仅在启动与停车时使用 启动结束 合上旁路接触 器 电机直接接受电网电压 因而运行期间不存在谐波问题其次 启动结束 晶闸管全 导通 相当于一个电子开关合闸 导通电阻极小 两端的压降在 1 2V 之间 因而并联的 接触器由于同相同序 合闸没有问题 电机不存在瞬间断电额的问题 另外 如果遇到 负载过重 需强行启动 而原设定电流不够大时 通过提前使旁路接触器合闸 让电机 得到全电压 可以确保顺利启动 可以看到软启动器 变频器各自的优点 在需要调速的场合 亦优先考