摘要：本文介紹了軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn)，對(duì)比了交流電動(dòng)機(jī)各種起動(dòng)方式的特性，對(duì)軟起動(dòng)器的起、停方式進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。并通過(guò)軟起動(dòng)器在電廠的應(yīng)用實(shí)例，給出了軟起動(dòng)器在該控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果。 關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)，軟起動(dòng)器，應(yīng)用 　　 1 引言 　　異步電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)良的性能及無(wú)需維護(hù)的特點(diǎn)，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而由于其起動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生較大沖擊電流，同時(shí)由于起動(dòng)應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。國(guó)家有關(guān)部門(mén)對(duì)電機(jī)起動(dòng)早有明確規(guī)定，既電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電網(wǎng)電壓降不能超過(guò)15%。人們往往需要配備限制電機(jī)起動(dòng)電流的起動(dòng)設(shè)備，過(guò)去人們多采用Y/△轉(zhuǎn)換、磁控降壓起動(dòng)器、自藕降壓等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些方法雖然可以起到一定的限流作用，但沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。 　　 隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟起動(dòng)器得到廣泛應(yīng)用。它不僅實(shí)現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑的起動(dòng)電機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)，如限流值、起動(dòng)時(shí)間等。此外，它還具有多種對(duì)電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備的諸多弊端。 　　 2、軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn) 　　 軟起動(dòng)器是一種用來(lái)控制交流異步電動(dòng)機(jī)的新設(shè)備，它是集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱(chēng)為Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不 同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。以上海山宇公司生產(chǎn)的軟起動(dòng)器來(lái)說(shuō)明軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn)。山宇公司的軟起動(dòng)器主要由雙CPU的主控板、電機(jī)主控制回路及供電變壓器構(gòu)成，具有控制功能、電機(jī)保護(hù)功能以及顯示、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置等功能。 　　 2.1軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)起動(dòng)方式的比較 　　表1給出了軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)起動(dòng)器的比較，從起動(dòng)電流的波形可以看出軟起動(dòng)器啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊電流，而傳統(tǒng)的起動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)有1-2次的沖擊電流。而且從起始電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性、能否頻繁起動(dòng)方面對(duì)比情況看，軟起動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)有傳統(tǒng)起動(dòng)器無(wú)法比擬的優(yōu)越性。 　　表1軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)起動(dòng)器的比較 　　 　　 　　 　　 　　 2.2啟、停控制模式 　　山宇公司SJR2軟起動(dòng)器有完美的起動(dòng)模式，收到外部起、停命令后，按照預(yù)先設(shè)定的起、停方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。可選的起、停控制模式有以下幾種： 　　（1）限流軟起動(dòng)控制模式：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其輸出電壓從零迅速增加，直至輸出電流達(dá)到設(shè)定的電流限幅值Ｉm ，然后保證輸出電流在不大于該值的情況下，電壓逐漸升高，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，旁路接觸器吸合，輸出電流迅速下降至電機(jī)額定電流Ie以下，完成起動(dòng)過(guò)程。如圖1所示。 　　 　　 　　圖1 限流軟起動(dòng)示意圖 　　 　　 　　 　　（2）電壓斜坡起動(dòng)控制模式 : 當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)電流不超出額定值400%的范圍內(nèi)，軟起動(dòng)器的輸出電壓迅速上升到整定值U1，然后按設(shè)定的速率逐漸增加，電動(dòng)機(jī)隨電壓的上升不斷平穩(wěn)加速，直至達(dá)到額定電壓后，電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，旁路接觸器吸合，起動(dòng)過(guò)程完成。起動(dòng)時(shí)間T是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下所得的控制參數(shù)，SJR2系列軟起動(dòng)器以此參數(shù)為基準(zhǔn)，通過(guò)控制輸出電壓使電機(jī)平穩(wěn)加速以完成起動(dòng)過(guò)程，并非機(jī)械的控制時(shí)間T而不論電機(jī)加速是否平穩(wěn)，鑒于此，在負(fù)載較輕時(shí)，起動(dòng)時(shí)間往往小于設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間，只要能順利起動(dòng)則屬正常，這也是山宇變頻器智能化的表現(xiàn)之一。一般而言，電壓斜坡起動(dòng)模式適用于對(duì)起動(dòng)電流要求不嚴(yán)對(duì)起動(dòng)平穩(wěn)性要求較高的場(chǎng)所。輸出特性曲線(xiàn)如圖2所示。 　　 　　 　　圖2電壓斜坡起動(dòng)輸出特性曲線(xiàn) 　　 　　 　　 　　（3）突跳+限流或突跳+電壓起動(dòng)模式：圖3給出了突跳起動(dòng)模式的輸出變化波形，在某些重載場(chǎng)合下，由于機(jī)械靜摩擦力的影響而不能起動(dòng)電機(jī)時(shí)，可選用此種起動(dòng)模式。在起動(dòng)時(shí)，先對(duì)電動(dòng)機(jī)施加一個(gè)較高的固定的電壓并持續(xù)有限的一段時(shí)間，以克服電動(dòng)機(jī)負(fù)載的靜摩擦力使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后按限制電流或電壓斜坡的方式起動(dòng)。在選用此模式前，應(yīng)先用非突跳模式起動(dòng)電機(jī)，若電機(jī)因靜摩擦力太大不能轉(zhuǎn)動(dòng)，再選用此模式，否則應(yīng)避免用此模式起動(dòng)，以減少不必要的大電流沖擊。 　　 　　 　　 　　 　　（a）突跳+限流 (b)突跳+電壓起動(dòng) 　　圖3 突跳起動(dòng)輸出特性曲線(xiàn) 　　(4) 電流斜坡起動(dòng)模式。圖4為電流斜坡起動(dòng)模式的輸出電流波形，其中I1為限流值，T1為設(shè)置的時(shí)間值。電流斜坡起動(dòng)模式具有較強(qiáng)的加速能力，適用與兩極電動(dòng)機(jī)，也可在一定范圍內(nèi)縮短起動(dòng)時(shí)間 　　 　　圖4電流斜坡起動(dòng)輸出特性曲線(xiàn) 　　 　　 　　 　　（5）軟停車(chē)模式：在這種停車(chē)模式下，電動(dòng)機(jī)的供電有旁路接觸器切換到軟起動(dòng)器的晶閘管輸出，軟起動(dòng)器的輸出電壓由全壓逐漸減小，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)降低，以避免機(jī)械震蕩，直到電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。 　　（6）自由停車(chē)：在這種停車(chē)模式下，軟起動(dòng)器接到停止命令后立即斷開(kāi)旁路接觸器并禁止軟起動(dòng)器晶閘管的電壓輸出，電動(dòng)機(jī)依負(fù)載慣性逐漸停車(chē)。 　　 2.3電機(jī)保護(hù)功能 　　山宇SJR2系列軟起動(dòng)器具有完善的保護(hù)功能，保護(hù)軟起動(dòng)器和電機(jī)的安全。包括：過(guò)熱保護(hù)、輸入缺相保護(hù)、輸出缺相保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、起動(dòng)過(guò)流保護(hù)、運(yùn)行過(guò)載保護(hù)、電源電壓過(guò)低保護(hù)、電源電壓過(guò)高保護(hù)、負(fù)載短路保護(hù)等。每種保護(hù)動(dòng)作時(shí)都有相應(yīng)的代碼，用戶(hù)可以方便的判斷故障原因和采取相應(yīng)解決辦法。由于SJR2軟起動(dòng)器為三進(jìn)六出的設(shè)計(jì)，當(dāng)起動(dòng)完成時(shí)也可以在線(xiàn)監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，時(shí)時(shí)保護(hù)電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。 　　 2.4顯示、報(bào)警和參數(shù)設(shè)置功能 　　在軟起動(dòng)器的控制面板上，可顯示電機(jī)電流、報(bào)警信號(hào)及設(shè)定的參數(shù)值；以數(shù)字形式設(shè)置電機(jī)保護(hù)值、電機(jī)運(yùn)行方式；手動(dòng)操作啟、停電機(jī)。 　　 3 軟起動(dòng)器在電廠空壓機(jī)中的應(yīng)用 3.1概述 　　某電廠空壓機(jī)系統(tǒng)是機(jī)組調(diào)相、檢修和其它用氣設(shè)備的氣源，由2臺(tái)空壓機(jī)和4個(gè)儲(chǔ)氣罐構(gòu)成。2套獨(dú)立的控制系統(tǒng)各控制1臺(tái)空壓機(jī)，運(yùn)行已20多年，設(shè)備老化嚴(yán)重，故障率高。受當(dāng)時(shí)科技水平的限制，邏輯控制回路由繼電器構(gòu)成，起動(dòng)方式為傳統(tǒng)的頻敏電阻降壓方式，起動(dòng)電機(jī)執(zhí)行元件是接觸器。控制系統(tǒng)接線(xiàn)復(fù)雜，故障點(diǎn)多，對(duì)電機(jī)保護(hù)功能不全，起動(dòng)電流大，對(duì)廠用電有較大的沖擊，不利于其它設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。 2004年初對(duì)該系統(tǒng)改造時(shí)，應(yīng)用了上海山宇電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)的SJR2型軟起動(dòng)器。新控制系統(tǒng)解決了原控制系統(tǒng)存在的諸多問(wèn)題，且有利于同正著手全面改造的新計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接口，為提高全廠綜合自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)減人增效打下了基礎(chǔ)。 　　 3.2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 　　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要包括軟起動(dòng)器、接觸器、可編程控制器、壓力傳感器、進(jìn)氣電磁閥。 　　 　　 　　圖5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 　　 　　 　　 3.3軟起動(dòng)器的工作原理 　　當(dāng)氣罐氣壓降至空壓機(jī)起動(dòng)值時(shí)，可編程控制器向軟起動(dòng)器發(fā)出起動(dòng)命令，軟起動(dòng)器通過(guò)可控硅控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓和電流，使空壓機(jī)系統(tǒng)在空載狀態(tài)下平滑起動(dòng)。當(dāng)電壓達(dá)到額定值時(shí)，接觸器吸合，可控硅短路，三相電源直接加在電動(dòng)機(jī)上，軟起動(dòng)器起動(dòng)完成，并向可編程控制器發(fā)起動(dòng)完成信號(hào)。可編程控制器經(jīng)過(guò)9s的延時(shí)，投進(jìn)氣電磁閥，空壓機(jī)帶載運(yùn)行，向氣罐打氣；當(dāng)氣罐氣壓達(dá)停機(jī)值時(shí)，可編程控制器切斷進(jìn)氣電磁閥，使空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入空載狀態(tài)，2s后向軟起動(dòng)器發(fā)停機(jī)令，在軟起動(dòng)器的控制下，電動(dòng)機(jī)逐漸減速至完全停機(jī)。原理圖如圖6所示。 　　 　　圖6軟起動(dòng)器的工作原理 3.4 軟起動(dòng)器在系統(tǒng)中的控制 　　（1）控制功能 　　自動(dòng)／手動(dòng)控制空壓機(jī)啟、停,控制方式通過(guò)工作方式切換開(kāi)關(guān)選擇。 　　自動(dòng)工作方式時(shí)，根據(jù)氣罐氣壓的變化自動(dòng)啟停空壓機(jī)。手動(dòng)方式時(shí)可編程控制器退出運(yùn)行，在軟起動(dòng)器控制面板上手動(dòng)操作啟停空壓機(jī)。根據(jù)空壓機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇電機(jī)的啟停方式是限流軟起動(dòng)和軟停車(chē)。 　　(2) 保護(hù)功能 　　保護(hù)功能涉及整個(gè)空壓機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生一級(jí)氣缸氣壓過(guò)高／低、油缸壓力過(guò)高／低、排氣溫度過(guò)高以及斷相、相序錯(cuò)、電機(jī)過(guò)流、過(guò)載等任一異常時(shí)，保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)停機(jī)。 　　 (3) 監(jiān)視、報(bào)警功能 　　實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行工況，在控制盤(pán)上有主回路電流、電壓指示及顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，控制盤(pán)上有詳細(xì)的故障報(bào)警顯示，同時(shí)向中控室發(fā)報(bào)警信號(hào)。 　　 　　 3.5 軟起動(dòng)器的運(yùn)行效果 　　山宇軟起動(dòng)器已在該廠運(yùn)行1 年，運(yùn)行情況表明，其可靠性、功能和性能與原控制系統(tǒng)相比都有顯著的改善和提高。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： 　　① 在結(jié)構(gòu)上采用軟起動(dòng)器作為控制輸出執(zhí)行元件，控制邏輯用可編程控制器實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，也便于維護(hù)。 　　② 軟起動(dòng)器的限流起動(dòng)方式，將起動(dòng)電流控制<