软启动技术在电机控制中的应用

3  软启动技术及其优点　　

软启动是电动机启动的一种新技术，完全取代Y—△起动、自藕变压器启动等传统起动器，广泛应用于工业各领域。软启动器是微处理器和大功率晶闸管相结合的新技术，用微处理器控制晶闸管导通角，从而改变晶闸管的输出电压来达到降压启动的功能。　　

软启动器在电动机控制的应用中有以下优点：　　

3.1  提供灵活的启动方式选择及优异的启动特性　　

可提供软启动、带可选突跳启动的软起动、限流起动及双斜坡启动和全压启动等启动方式选择，用户可根据自身要求及系统电网要求来选择相应的启动方式并设置起动参数，以达到最佳的启动效果，常用的有以下几种启动方式：　　

(1)  限流启动：该方式为电动机提供一个固定电压的降压启动，当必须限制最大启动电流时，可选用该方式。电流限制水平可由用户在电机满载电流的50％～60％之间调节。　　

(2)  软启动：适用不同斜率电压增量起动时，是较为常用的启动方式，电机得到预设定的初始转矩，该转矩可由用户在转子堵转转矩的0％～90％范围内自行设定。在斜坡加速期间，输出给电机的电压是无级递增的，当软启动器的控制器检测到电机已达到额定转速时，输出电压自动切换为全电压。　　

(3)  脉冲突跳启动：适用需要较高启动转矩的设备，以帮助电机较快地完成启动过程，它可附加在限流及软启动方式中。脉冲时间可由用户自行选择。　　

3.2  全功能保护系统　　

软启动器不仅能提供过载保护，而且可提供各种操作故障状态下的保护，诸如输入/输出缺相、电机堵转、晶闸管短路及失压、过压、短路等保护，其中，内置的过载保护功能可省去热继电器，使配电柜内布线更加简单、迅速。此外，不需增加任何传感器或仪表，可读取电机的运行参数，如：电流、电压、功率．千瓦时及运行时间等。除了拥有强大的保护功能之外，软启动还具有故障自诊断功能，大大减少了以往故障查找与检修的时间，节省了人力。　　

3.3  运行可靠，维修方便　　

软启动器大电流运行无触点，采用交流开关无级调压，消除了系统中产生接触不良的影响，且调压范围宽，过载能力强，人性化的菜单界面可极为方便地查阅参数或修改参数，通过附加的通信网络接口达到自动化集中控制。　　

3.4  节能运行　　

随着电机负载率的变化，软启动自适应控制自动调整电机的转速，使电机运行功率因素相应提高，同时降低电机运行时的功率损耗。对经常启动且负载变化频繁的电机，节能效果显著。电机在负载到满载范围内的最高综合节电效果可达损耗的40％左右。　　

3.5  延长设备使用寿命，提高生产率　　

电动机的软启动能有效降低启动机械应力，减少对传动元件的机械冲击，在液流系统中能有效消除喘振或液击问题，提高设备利用率，提高生产率。　　

4  软启动方式与传统降压起动在实际应用中的比较　　

以我厂的一台离心式通风机电机起动为例：该电机容量160kW，额定电流300A，额定电压380V，供电线路300m，电缆主截面120mm²双并，供电主变压器容量1000kVA，电机为重载起动，在采用全压直接启动时计算情况如下：　　

供电变压器一次侧短路容量　　

S=S_jX_js=S_j/(X_1max+X₁)＝100/(1.088+0.143)＝81.2MVA　　

电动机额定起动容量　　

电机电缆线路电抗　　

X₁＝(X₀+5/S)×1/2＝(0.07+5/120)×0.3/2　　

  ＝0.0168　　

电机启动回路额定输入容量　　

S_q=1/[(1/S_qd)+(X₁/U²_m)]=1.19MVA　　

母线短路容量　　

S_d1=sb/[X_b+(sb/S′)]=1/[0.0663+(1/81.2)]=12.7MVA　　

预接负荷的无功功率　　

Q_fh＝0.6(S_b－0.7S_ed)＝0.517MVA　　

电机启动时母线电压　　

U_qm=[(S_d1+Q_fh)+(S_d1+Q_fh+S_q)]×0.38=0.917×0.38=0.34KV　　

电机启动时的端子电压　　

U_qd＝U_qm×(S_q/S_qd)×0.38=0.917×(1.19/1.38)×0.38=0.30kV　　

注：K_q(电机额定启动电流倍数)；X1—线路阻抗，计入电阻后取(X₀+5/S)/1，S—电缆截面；U_m—母线额定电压(取6.3kV)，S_b—供电变压器额定容量；S′—供电变压器一次侧短路容量；S_ed—电机额定容量，S_j—基准容量(取100MVA)；GD²—机组的总飞轮距；n_e—电机额定转速；m_qp—电机平均起动转矩相对值；m_j—机组的静阻转矩相对值　　

该电机起动时，系统母线电压下降了40V左右，电机的端子电压只有原电压的79％左右，低于电机直接起动所需85％端子电压的要求，不符合启动要求。