软启动原理汇编

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1、电动机软启动部分 一.交流异步电动机的启动 交流异步电动机的启动是指电动机接通电 源到稳定运行的过程。 电动机的启动分直接启动和启动器启动两 种。 1.电动机直接启动 电动机直接启动也称全压启动，电动机直接接 入电网额定电压，电动机三相定子绕组在获得全部 电压下启动。 优点：简单、经济、可靠 缺点: (1) 启动电流大 IS（5-8）Ie 启动转矩并不大 TS（0.9-1.3）Te 则 启动转矩较小TS1.1Te,重载时，电机出 现 堵死现象，电机启不动，时间长后损坏电机。 .电流过大会使电源变压器输出电压下降 ，严重时出现: A.启动转矩严重下降（TU12），可能无法 启动。 B.影响同一电

2、网的其它电气设备正常运行。 C.严重时使供电系统因为过载跳闸。 (2).产生峰值转矩（突发转矩）： 对电机本身和负载传动产生冲击，产生不良 后果。 2.采用启动器启动 希望启动电流小，启动转矩大，减少冲 击。由电机理论可知采用启动器启动可以实 现。 （1).降低启动电流方法：降低电源电压 加大定子或转子边的电阻或电抗。 （2）.增大启动转矩方法，适当增大转子 电阻减少电源频率 （3）减少冲击方法：启动转矩斜坡式增大。 3.启动方式的选择依据 采用直接启动必须满足的三个条件： （1）变压器与电动机容量比够大，保证启 动时电源电压降在允许范围内。 供电系统的压降要求： 频繁启动：电压波动10% 不

3、频繁启动：电压波动15%（无敏感 负载20% ） 单台变压器供电由负载要求的启动转矩 决定 电压降估算公式： 式中： Kst-启动电流倍数 Soth-其它负载容量 STe-变压器容量 KU-变压器阻抗电压降（4.5%） 6KV以上高压电动机直接启动条件： (1)经验公式（其它负荷0.55STe） .频繁启动 .不频繁启动 式中 Ste-变压器额定容量 式中 Pe-电动机额定功率 (2).启动转矩满足条件: TS1.1Te(或TL) (3).启动冲击要能满足负载机械的要求。 4.电动机启动的原理,种类及选用 （1）.电动机的启动特性 电动机的等效电路 启动瞬间 n = O S = 1 电动机的机

4、械特性 TS-启动转矩（瞬间） Tm-最大转矩 TL-负载转矩 IS-启动电流（瞬间） n-转速（瞬间） T=f(n) 机械特性 I=f(n) 电流与转速关系 电磁转矩基本公式 电磁转矩计算公式 电磁转矩实用公式 电磁转矩磁通表示公式 最大转矩公式 （r12不超过（x1+x2）2的5%），r1忽略) 过载能力 K=Tm/Te 启动转矩公式（瞬间） n = 0 s = 1 定子电流公式（忽略励磁电流） 启动电流公式（瞬间） S=1 可见IS与U2, X1、X2、r1、r2 相关 （2）启动器的种类 降低电压U1 A.星三角启动（延边三角） B.自藕变压器启动器 C.开关变压器启动器 D.晶闸管软

5、启动器 加大定子边电阻或电感（串入） A.定子串电抗器启动器 B.定子串电阻启动器 （ 液组启动器、热变阻启动器、磁控式启动器） 加大转子电阻或电感（串入） A.转子串电阻启动器 B.频敏电阻启动器 （3）启动器的选用 根据不同的供电电网容量，不同的负 载及不同的启动性能要求，选择不同类型 的启动器，同时考虑启动器的简单、经 济、可靠、耐用等因素。 可参考表1-1， P13 5.启动器的现状和发展方向 软启动器是一种时尚，所有的启动器都冠名“软 启动器”。 理论上分: (1).变频器属于变频启动装置 (2).其它启动器属降压启动装置 控制方式分: (1).有极 (2).无极 调节原件物理形态分

6、: (1).固态 (2).液态 软启动器指：晶闸管电机软启动器，国家文件称 “交流电动机电力电子软启动器装置”。 （1）目前国内启动器的应用状况 .低压启动器： 软启动器为主 星三角、频敏变阻启动器少数 高压启动器： 液阻启动器为主 磁控式启动器少数 软启动器不多，势在增多 （2）高压软启动器的产品现状 产品成熟公司：美国AB、英国CT、法国 TE，施耐德、瑞典ABB、德国西门子，AE 等。 国内处于起步阶段：西普，西茨，雷诺尔， 和平 （3）晶闸管电机软启动器是目前最先进 的也是今后的发展方向 采用了现代控制理论，计算机技术和电 力电子技术相结合的高科技产品。 优势： 1.根据不同负载要求设

7、置启动电流、转 矩、时间及停机时间等参数。 2.启动平滑性能好。 3.较强的保护功能、维护少、寿命长。 不足： 1.启动过程中产生高次谐波较多,影响电 机性能，易发热。 2.目前性价比较高。 本次重点讲解：晶闸管电动机软启动器，简 称软启动器（非其它形式的启动器） 二.软启动器的原理与主电路的结构 晶闸管电机软启动器实质就是晶闸管交流调压 器，通过这个交流调压器来改变加到电机上的电源 电压。 1.晶闸管交流调压器的原理及特点。 如图所示，每相由二只 晶闸管反并联连接串入， 通过对晶闸管的控制就 可以对交流电压进行调压。 （1）晶闸管的控制方法 相位控制 相位控制是通过控制晶闸管的通断控制电源电

8、 压的输出波形的控制方式。 不同的控制角可以得到不同的输出电压。 U=f(),从而起到调压的作用。 控制角 150过零点为0 导通角 =180- + 续流角 功率因数角 当 时，每只晶闸管导通角为 180 ，不起调压作用。 当150时，从三相电压波形可 知，当A相相位大于150以后，UAUB，晶 闸管上是反电压，不导通，不起调压作用。 通断控制 这种方法是控制晶闸管的同或断，使电源电压 波形在控制周期T内通过几个周期，关断几个周期 达到调压的目的。 晶闸管的控制角一般为0。 优点：产生谐波少 缺点： A.通断交替周期较长，输出电压波动大 B.电源断开间隙，电机处于发点电状态 电源接通瞬间产生较

9、大的电冲击，不适合用 作电机软启动。 2.软启动器主电路结构 （1）低压软启动器主电路结构 VT1、VT4两个晶闸管反并联、调压元件 L1、L2互感器二次信号输出（电流） R、C吸收电路，吸收瞬态电压尖峰，抑制正向电 压上升率du/dt RV 压敏电阻，过压保护 三相全控Y接法。 电源正负半圆对称， 负载只产生奇次谐 波电流，无偶次谐 波电流和直流分量 三相全控接法， 无中性线 性能同Y接法。 .三相全控内接法 特点是晶闸管上 的电流小，耐压 高（线电压）引 线端多，使用较 少 其它方式的实用价值不大 （2）.高压软启动器的主电路结构 具有两种软启动器结构形式： 晶闸管直接串联形式和开关变压器

10、形式 晶闸管直接串联形式 这是由低压软启动器演变而来，工作原 理与结构形式相同，只是单个晶闸管耐压达 不到水平，因此，每个臂由多只晶闸管串联 组成，称为高压晶闸管阀。 下图为6KV高压软启动器的结构 KM：真空接触器，晶闸管旁路接触器。 三只晶闸管相串联，共18只晶闸管。 特点要求： A.晶闸管的一致性尽量好 B.采取均压措施，解决晶闸管静态和动态均压问题。 C.同一臂各个晶闸管的触发信号同步性要好。 D.晶闸管阀的额定电压要足够高，一般是电压幅值的 3倍以上。 突出的问题是均压问题，技术难度较大，成本较 高，高压变频器采取了其它多种方案，避免这问题， 其它方案在研究之中。开关变压器形式只是其

11、中一种 方式。 3.软启动器的系统结构 （1）基本配线图 （2）系统框图 同步检测：找出电源的过零点作为控制角 的起始点。 触发脉冲系统：根据微电脑发出的控制信 号，形成触发脉冲，经隔离放大后，控制晶闸 管门极。 电流检测：测出输出电流值送入微电脑， 用作控制计算参数（触发角，保护等）。 操作盘：用作参数设置和操作。 显示：显示相关功能和参数值。 接口电路：处理I/O信号。 （3）电动机软启动时的机械特性 电动机不同电压的机械特性 nO=60f1/p=C TU2 三.软启动器的控制方式 控制方式的几个发展阶段: 电压斜坡控制式 电流斜坡控制 闭环电压，电流限幅控制 闭环转矩控制 发展方向：自适

12、应控制、模糊控制、智 能控制、不断提高性能。 1.电压斜坡控制方式 电压斜坡控制方式是原始的控制方式，其他方 式都是在此基础上发展的。 Ud作为积分电路输入 斜坡斜率决定于积分时间，可设定 无反馈系统，仅过电流保护。 电压斜坡式控制原理框图 U0为初始 电压，能使负 载转动所需要 的最小电压值。 需反复调 试确定合理的 U0后才能达到 较理想的效果。 附加功能 电压突跳功能： 在斜坡启动方式的电压曲线上叠加一个 短时脉冲电压UK。启动初始产生一个较大的 启动转矩。 解决具有较大静转矩负载的启动，如： 球磨机。 电流限幅功能： 限制启动电流值不超过希望值。 A.直接限制电流 电流限幅控制方式原理

13、框图 B.通过控制启动电压来限制电流 适用于恒转矩负载。 电网容量有限，在允许电流下启动。 2.电流斜坡控制方式 在电流限幅控制的基础上，在启动初始阶段 t1，启动电流按电流斜坡线上升，直至电流限幅 值。 适用于风机水泵类 负载，启动初始需 要启动转矩较小， 这种有较好的启动 平滑性。 3.转矩控制方式 大功率电动机启动过程后期，由于功率因 数变化较大，电机转速经常超过同步转速，经 震荡过程后方稳定运行的“超标”现象。惯性 越小越严重，电流闭环控制会造成输出电流下 降，经PID调节后，反而增大输出，使电机输出 转矩更大，加增“超标”造成系统震荡，采用 转矩控制方式可解决这个问题是显而易见的。

14、TF电机实际转矩 TD为设定的转矩斜率与限幅曲线 转矩传感器检测 相关参数计算 这样的软启动器能使在启动过程中， 电机的输出转矩与设置的转矩一致。达到 满意的启动效果。 4.运行控制方式 晶闸管全通运行 旁路运行（按旁路接触器） 选用合适功率电机 降压运行 （1）全压运行 （2）节能运行（轻载） 5停车方式 (1)自由滑行，停车时断开电源 TB = TL 能耗制动 机械动能耗于转子 反接制动 制动转矩较大 TB=(-TN1)+TL 冲击电流较大 n=0断开电源 (3)软停车：停车时输出电压按斜坡曲线下降 TB=TC-TM，停车时间大于自由滑行，非常 缓慢。 (2)制动停车 四.软启动器的保护（

15、晶闸管） 1.过电流保护措施 常规保护:断路器、过电流继电器、过载热 继电器、熔断丝。 内部过电流保护功能。 2.过压保护 尽量减少通断大电感、大电流设备。 采取压敏电阻、RC吸收等措施。 3.抑制电压电流的变化率（di/dt du/dt ） du/dt-RC缓冲电路 di/dt-串电感 五 软启动器的选用 1.选型 根据“交流电动机电力电子启动装置”的 规定选择。 AC52（a/b） 滑环电动机 AC53（a/b） 笼型电动机 AC58（a/b） 封闭制冷压缩机中电动机（自 动复位过载脱扣） 其中 a：全压软启动器控制 b：全压接触器控制 2.结构选择：现场实际选择 3.外壳防护等级选择：现

16、场实际选择 4.容量选择： 一般按表7-21选择 下列情况需适当加大容量 .重载状态运行（软启动全压运行，节能 运行）晶闸管长期处于工作状。 .电机频繁启动，周期小于厂家规定值。 .供电电源容量太小，启动时降压过大， 启动时间过长。 .启动时间短，负载惯性大。 .启动过程中具有较大冲击电流的负载。 六 软启动的应用举例 1.应用的基本电路种类 全压软启动控制 旁路接触器控制 (2)正反转控制 (3)多速电机控制 (4)一拖几控制 多台电机并联启动 多台电机顺序启动 (1)一般软启动 2.软启动器在变频恒压供水上的应用 （1）水泵的水锤效应及空化现象 由于水（液体）流动性、压缩性较小，当水泵 快速启动时，供水量猛增，短时间内水流量巨大变 化引起管道壁压强过大的冲击，引起声响如锤击， 称水