軟啟動器講座資料講解學習

軟啟動器講座資料2、原理圖1.電動機直接啟動

電動機直接啟動也稱全壓啟動，電動機直接接入電網(wǎng)額定電壓，電動機三相定子繞組在獲得全部電壓下啟動。優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、可靠缺點:(1)啟動電流大IS≥（5-8）Ie

啟動轉矩并不大TS≥（0.9-1.3）Te

則①啟動轉矩較小TS＞1.1Te,重載時，電機出現(xiàn)堵死現(xiàn)象，電機啟不動，時間長后損壞電機。2023年2月7日6

②.電流過大會使電源變壓器輸出電壓下降，嚴重時出現(xiàn):A.啟動轉矩嚴重下降（T∝U12），可能無法啟動。

B.影響同一電網(wǎng)的其它電氣設備正常運行。

C.嚴重時使供電系統(tǒng)因為過載跳閘。

(2).產(chǎn)生峰值轉矩（突發(fā)轉矩）：對電機本身和負載傳動產(chǎn)生沖擊，產(chǎn)生不良后果。2023年2月7日72.采用啟動器啟動

希望啟動電流小，啟動轉矩大，減少沖擊。由電機理論可知采用啟動器啟動可以實現(xiàn)。（1).降低啟動電流方法：①降低電源電壓②加大定子或轉子邊的電阻或電抗。（2）.增大啟動轉矩方法，①適當增大轉子電阻②減少電源頻率（3）減少沖擊方法：啟動轉矩斜坡式增大。2023年2月7日83.啟動方式的選擇依據(jù)

采用直接啟動必須滿足的三個條件：（1）變壓器與電動機容量比夠大，保證啟動時電源電壓降在允許范圍內(nèi)。供電系統(tǒng)的壓降要求：①頻繁啟動：電壓波動＜10%②不頻繁啟動：電壓波動＜15%（無敏感負載＜20%）2023年2月7日9

③單臺變壓器供電由負載要求的啟動轉矩決定電壓降估算公式：式中：

Kst----啟動電流倍數(shù)

Soth----其它負載容量

STe----變壓器容量

KU----變壓器阻抗電壓降（4.5%）2023年2月7日106KV以上高壓電動機直接啟動條件：

(1)經(jīng)驗公式（其它負荷0.55STe）①.頻繁啟動②.不頻繁啟動式中Ste----變壓器額定容量式中Pe----電動機額定功率2023年2月7日11(2).啟動轉矩滿足條件:TS≤1.1Te(或TL)(3).啟動沖擊要能滿足負載機械的要求。2023年2月7日124.電動機啟動的原理,種類及選用

（1）.電動機的啟動特性①電動機的等效電路

啟動瞬間n=OS=1

2023年2月7日13②電動機的機械特性TS---啟動轉矩（瞬間）Tm---最大轉矩TL---負載轉矩IS---啟動電流（瞬間）n---轉速（瞬間）

T=f(n)機械特性

I=f(n)電流與轉速關系2023年2月7日14電磁轉矩基本公式電磁轉矩計算公式電磁轉矩實用公式電磁轉矩磁通表示公式2023年2月7日15最大轉矩公式（r12不超過（x1+x2’）2的5%），r1忽略)

過載能力K=Tm/Te

啟動轉矩公式（瞬間）∵n=0s=12023年2月7日16定子電流公式（忽略勵磁電流）啟動電流公式（瞬間）S=1可見IS↓與U2↓,X1、X2’、r1、r2’↑相關2023年2月7日17（2）啟動器的種類

①降低電壓U1A.星三角啟動（延邊三角）

B.自藕變壓器啟動器

C.開關變壓器啟動器

D.晶閘管軟啟動器②加大定子邊電阻或電感（串入）

A.定子串電抗器啟動器

B.定子串電阻啟動器（液組啟動器、熱變阻啟動器、磁控式啟動器）

2023年2月7日18③加大轉子電阻或電感（串入）

A.轉子串電阻啟動器

B.頻敏電阻啟動器2023年2月7日19（3）啟動器的選用

根據(jù)不同的供電電網(wǎng)容量，不同的負載及不同的啟動性能要求，選擇不同類型的啟動器，同時考慮啟動器的簡單、經(jīng)濟、可靠、耐用等因素?？蓞⒖急?-1，P132023年2月7日205.啟動器的現(xiàn)狀和發(fā)展方向

軟啟動器是一種時尚，所有的啟動器都冠名“軟啟動器”。理論上分:(1).變頻器屬于變頻啟動裝置

(2).其它啟動器屬降壓啟動裝置控制方式分:(1).有極(2).無極調(diào)節(jié)原件物理形態(tài)分:(1).固態(tài)(2).液態(tài)軟啟動器指：晶閘管電機軟啟動器，國家文件稱“交流電動機電力電子軟啟動器裝置”。2023年2月7日21（1）目前國內(nèi)啟動器的應用狀況①.低壓啟動器：軟啟動器為主星三角、頻敏變阻啟動器少數(shù)②高壓啟動器：液阻啟動器為主磁控式啟動器少數(shù)軟啟動器不多，勢在增多2023年2月7日22（2）高壓軟啟動器的產(chǎn)品現(xiàn)狀

產(chǎn)品成熟公司：美國AB、英國CT、法國TE，施耐德、瑞典ABB、德國西門子，AE等。國內(nèi)處于起步階段：奧托3KV-15KV、摩鷹2023年2月7日23（3）晶閘管電機軟啟動器是目前最先進的也是今后的發(fā)展方向

采用了現(xiàn)代控制理論，計算機技術和電力電子技術相結合的高科技產(chǎn)品。優(yōu)勢：

1.根據(jù)不同負載要求設置啟動電流、轉矩、時間及停機時間等參數(shù)。

2.啟動平滑性能好。

3.較強的保護功能、維護少、壽命長。2023年2月7日24

不足：

1.啟動過程中產(chǎn)生高次諧波較多,影響電機性能，易發(fā)熱。

2.目前性價比較高。本次重點講解：晶閘管電動機軟啟動器，簡稱軟啟動器（非其它形式的啟動器）2023年2月7日25二.軟啟動器的原理與主電路的結構

晶閘管電機軟啟動器實質(zhì)就是晶閘管交流調(diào)壓器，通過這個交流調(diào)壓器來改變加到電機上的電源電壓。

1.晶閘管交流調(diào)壓器的原理及特點。如圖所示，每相由二只晶閘管反并聯(lián)連接串入，通過對晶閘管的控制就可以對交流電壓進行調(diào)壓。2023年2月7日26（1）晶閘管的控制方法①相位控制

相位控制是通過控制晶閘管的通斷控制電源電壓的輸出波形的控制方式。

不同的控制角α可以得到不同的輸出電壓。U=f(α),從而起到調(diào)壓的作用?？刂平铅?/p>

φ≤α≤150°過零點為0°

導通角θ

θ=180°-α+φ

續(xù)流角φ

功率因數(shù)角

2023年2月7日27

當α≤φ時，每只晶閘管導通角為180°，不起調(diào)壓作用。當α≥150°時，從三相電壓波形可知，當A相相位大于150°以后，UA＜UB，晶閘管上是反電壓，不導通，不起調(diào)壓作用。

2023年2月7日28②通斷控制

這種方法是控制晶閘管的同或斷，使電源電壓波形在控制周期T內(nèi)通過幾個周期，關斷幾個周期達到調(diào)壓的目的。晶閘管的控制角一般為0°。優(yōu)點：產(chǎn)生諧波少缺點：A.通斷交替周期較長，輸出電壓波動大

B.電源斷開間隙，電機處于發(fā)點電狀態(tài)電源接通瞬間產(chǎn)生較大的電沖擊，不適合用作電機軟啟動。2023年2月7日292.軟啟動器主電路結構（1）低壓軟啟動器主電路結構

VT1、VT4兩個晶閘管反并聯(lián)、調(diào)壓元件

L1、L2互感器二次信號輸出（電流）

R、C吸收電路，吸收瞬態(tài)電壓尖峰，抑制正向電壓上升率du/dtRV壓敏電阻，過壓保護2023年2月7日30①三相全控Y接法。電源正負半圓對稱，負載只產(chǎn)生奇次諧波電流，無偶次諧波電流和直流分量②三相全控△接法，無中性線性能同Y接法。2023年2月7日31③.三相全控內(nèi)△接法特點是晶閘管上的電流小，耐壓高（線電壓）引線端多，使用較少其它方式的實用價值不大2023年2月7日32（2）高壓軟啟動器的主電路結構具有兩種軟啟動器結構形式：晶閘管直接串聯(lián)形式和開關變壓器形式①晶閘管直接串聯(lián)形式這是由低壓軟啟動器演變而來，工作原理與結構形式相同，只是單個晶閘管耐壓達不到水平，因此，每個臂由多只晶閘管串聯(lián)組成，稱為高壓晶閘管閥。2023年2月7日33下圖為6KV高壓軟啟動器的結構

KM：真空接觸器，晶閘管旁路接觸器。三只晶閘管相串聯(lián)，共18只晶閘管。2023年2月7日34特點要求：A.晶閘管的一致性盡量好B.采取均壓措施，解決晶閘管靜態(tài)和動態(tài)均壓問題。C.同一臂各個晶閘管的觸發(fā)信號同步性要好。D.晶閘管閥的額定電壓要足夠高，一般是電壓幅值的

3倍以上。突出的問題是均壓問題，技術難度較大，成本較高，高壓變頻器采取了其它多種方案，避免這問題，其它方案在研究之中。開關變壓器形式只是其中一種方式。2023年2月7日353.軟啟動器的系統(tǒng)結構（1）基本配線圖2023年2月7日36（2）系統(tǒng)框圖

2023年2月7日37

同步檢測：找出電源的過零點作為控制角的起始點。觸發(fā)脈沖系統(tǒng)：根據(jù)微電腦發(fā)出的控制信號，形成觸發(fā)脈沖，經(jīng)隔離放大后，控制晶閘管門極。

電流檢測：測出輸出電流值送入微電腦，用作控制計算參數(shù)（觸發(fā)角，保護等）。操作盤：用作參數(shù)設置和操作。顯示：顯示相關功能和參數(shù)值。接口電路：處理I/O信號。2023年2月7日38（3）電動機軟啟動時的機械特性電動機不同電壓的機械特性nO=60f1/p=CT∝U22023年2月7日39三.軟啟動器的控制方式控制方式的幾個發(fā)展階段:①電壓斜坡控制式②電流斜坡控制③閉環(huán)電壓，電流限幅控制④閉環(huán)轉矩控制發(fā)展方向：自適應控制、模糊控制、智能控制、不斷提高性能。2023年2月7日401.電壓斜坡控制方式電壓斜坡控制方式是原始的控制方式，其他方式都是在此基礎上發(fā)展的。Ud作為積分電路輸入斜坡斜率決定于積分時間，可設定無反饋系統(tǒng)，僅過電流保護。電壓斜坡式控制原理框圖2023年2月7日41U0為初始

電壓，能使負

載轉動所需要

的最小電壓值。

需反復調(diào)

試確定合理的

U0后才能達到

較理想的效果。2023年2月7日42附加功能①電壓突跳功能：在斜坡啟動方式的電壓曲線上疊加一個短時脈沖電壓UK。啟動初始產(chǎn)生一個較大的啟動轉矩。解決具有較大靜轉矩負載的啟動，如：球磨機。②電流限幅功能：限制啟動電流值不超過希望值。2023年2月7日43A.直接限制電流

2023年2月7日44電流限幅控制方式原理框圖2023年2月7日45B.通過控制啟動電壓來限制電流

適用于恒轉矩負載。電網(wǎng)容量有限，在允許電流下啟動。2023年2月7日462.電流斜坡控制方式

在電流限幅控制的基礎上，在啟動初始階段t1，啟動電流按電流斜坡線上升，直至電流限幅值。適用于風機水泵類負載，啟動初始需要啟動轉矩較小，這種有較好的啟動平滑性。2023年2月7日473.轉矩控制方式

大功率電動機啟動過程后期，由于功率因數(shù)變化較大，電機轉速經(jīng)常超過同步轉速，經(jīng)震蕩過程后方穩(wěn)定運行的“超標”現(xiàn)象。慣性越小越嚴重，電流閉環(huán)控制會造成輸出電流下降，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后，反而增大輸出，使電機輸出轉矩更大，加增“超標”造成系統(tǒng)震蕩，采用轉矩控制方式可解決這個問題是顯而易見的。2023年2月7日48TF電機實際轉矩TD為設定的轉矩斜率與限幅曲線轉矩傳感器檢測相關參數(shù)計算這樣的軟啟動器能使在啟動過程中，電機的輸出轉矩與設置的轉矩一致。達到滿意的啟動效果。2023年2月7日494.運行控制方式

晶閘管全通運行旁路運行（按旁路接觸器）選用合適功率電機降壓運行（1）全壓運行（2）節(jié)能運行（輕載）2023年2月7日505停車方式(1)自由滑行，停車時斷開電源TB=TL

能耗制動機械動能耗于轉子反接制動①制動轉矩較大TB=(-TN1)+TL②沖擊電流較大③n=0斷開電源

(3)軟停車：停車時輸出電壓按斜坡曲線下降TB↑=TC-TM↓，停車時間大于自由滑行，非常緩慢。(2)制動停車2023年2月7日51四.軟啟動器的保護（晶閘管）1.過電流保護措施①常規(guī)保護:斷路器、過電流繼電器、過載熱繼電器、熔斷絲。②內(nèi)部過電流保護功能。2.過壓保護①盡量減少通斷大電感、大電流設備。②采取壓敏電阻、RC吸收等措施。3.抑制電壓電流的變化率（di/dtdu/dt）①du/dt--RC緩沖電路②di/dt--串電感2023年2月7日52五軟啟動器的選用1.選型根據(jù)“交流電動機電力電子啟動裝置”的規(guī)定選擇。

AC52（a/b）滑環(huán)電動機

AC53（a/b）籠型電動機

AC58（a/b）封閉制冷壓縮機中電動機（自動復位過載脫扣）2023年2月7日53其中a：全壓軟啟動器控制

b：全壓接觸器控制

2.結構選擇：現(xiàn)場實際選擇

3.外殼防護等級選擇：現(xiàn)場實際選擇

4.容量選擇：一般按表7-21選擇2023年2月7日54下列情況需適當加大容量①.重載狀態(tài)運行（軟啟動全壓運行，節(jié)能運行）晶閘管長期處于工作狀。②.電機頻繁啟動，周期小于廠家規(guī)定值。③.供電電源容量太小，啟動時降壓過大，啟動時間過長。④.啟動時間短，負載慣性大。⑤.啟動過程中具有較大沖擊電流的負載。2023年2月7日55六軟啟動的應用舉例1.應用的基本電路種類全壓軟啟動控制旁路接觸器控制

(2)正反轉控制

(3)多速電機控制

(4)一拖幾控制①多臺電機并聯(lián)啟動②多臺電機順序啟動

(1)一般軟啟動2023年2月7日562.軟啟動器在變頻恒壓供水上的應用（1）水泵的水錘效應及空化現(xiàn)象由于水（液體）流動性、壓縮性較小，當水泵快速啟動時，供水量猛增，短時間內(nèi)水流量巨大變化引起管道壁壓強過大的沖擊，引起聲響如錘擊，稱水錘效應（現(xiàn)象）。空化現(xiàn)象是水流量巨大變化，引起管道壁壓強突減的現(xiàn)象。自由停車時也有水錘效應和空化現(xiàn)象。水錘效應及空化現(xiàn)象會使管道和閥門受到?jīng)_擊而損壞，顯然軟啟動器啟動和停車可抑制水錘效應及空化現(xiàn)象。2023年2月7日57（2）軟啟動器在變頻恒壓供水上的應用

所謂恒壓供水是指通過恒壓供水系統(tǒng)控制使供水管道內(nèi)的供水水壓始終保持在恒定值，其關鍵是由變頻器對水泵變頻調(diào)速實現(xiàn)的。變頻調(diào)速恒壓供水的方案很多，其中有一種較理想的典型方案是變頻器調(diào)速和軟啟動器軟啟動相結合的恒壓供水方式。2023年2月7日58變頻調(diào)速和軟啟動恒壓供水原理框圖2023年2月7日59可以三種運行方式①.一臺變頻器對四臺電機循環(huán)調(diào)速，軟啟動（停車）。②.一臺變頻器對一臺電機調(diào)速，三臺由軟啟動器控制軟啟動（停車）亦可循環(huán)③.一臺軟啟動器對四臺電機軟啟動（停車）。系統(tǒng)由PC或PLC協(xié)調(diào)控制。2023年2月7日60七.軟啟動器應用中的主要問題及其處理1.電磁兼容問題電磁兼容（性）：設備或系統(tǒng)在其環(huán)境下能正常工作，且不對該環(huán)境中任何其它設備或系統(tǒng)構成不能承受的電磁干擾的能力。軟啟動器的電磁兼容性應是生產(chǎn)商使自己的產(chǎn)品符合國家規(guī)定的指標。作為用戶只能在使用過程中采取相應措施減小對外部的電磁干擾和增強自身的抗干擾能力，確保設備的正常運行。2023年2月7日61

(1)減小對外部的干擾措施

①增加隔離變壓器②增加輸入輸出電抗器③提高接地性能

④選用屏蔽電纜。

(2)增強抗干擾的能力（控制信號）對檢測和控制信號引線采?。孩倨帘谓拥?，②合理布線，③隔離變壓器，④濾波，⑤外套鋼管。2023年2月7日622.如何看待軟啟動器的節(jié)能問題

軟啟動器的優(yōu)勢在于使電動機具有良好的啟動性能，利用軟啟動器節(jié)能運行要慎重考慮。一些廠家宣稱70%以下的負載，可節(jié)能20%-50%是虛假說詞。實際節(jié)電效果70%負載節(jié)電小于2%。10%的負載才節(jié)電20%（不可能有這樣的負載）微小的節(jié)電效果又帶來極大的副作用，電機轉子發(fā)熱量大，電網(wǎng)高次諧波污染嚴重，軟啟動器長期工作發(fā)熱等。2023年2月7日633.軟啟動器能應用到繞線式電動機上么?

繞線式電機采用轉子串接電阻的啟動方式既能增大啟動轉矩（理論上可達到電機的最大轉矩）又有限制啟動電流的作用，是個較完善的方式。提高運行性能可選用變頻調(diào)速或繞線電動機調(diào)速控制器。2023年2月7日644.軟啟動器接通電源，在未運行時，有輸出電壓，甚至能使小功率風機運轉，正常么？

正常，這是由于可控硅半導體器件處于關斷狀態(tài)具有正反向漏電流，mA級，這與可控硅的額定電流相關，一般額定電流越大，漏電流也就越大，較大時會傷害人體。2023年2月7日655.提高軟啟動器工作可靠性的關鍵是什么?

(1).選好設備信譽好的品牌放寬裕量(2).提供較好的使用環(huán)境，溫度、濕度、清潔度。包括采取防雷措施，接地符合規(guī)定要求。(3).做好日常維護工作。軟啟動器接觸器2023年2月7日66八.軟啟動器常見故障判斷及處理1.軟啟動器系統(tǒng)常見故障（1）上電跳閘或熔斷體熔斷（短路現(xiàn)象）電源輸入端短路軟啟動器損壞（2）上電直接啟動（電機全壓啟動）觸點損壞閉合控制