论文部分内容阅读
中图分类号：P752 文献标识码：P 文章编号：1009―914X（2013）28―0380―01
由于三相异步电动机的结构简单、控制维护方便、性能稳定和效率高等优点而被广泛地应用于各种动力设备的拖动中。因其直接起動时产生的冲击电流对电网及其负载造成冲击，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低，因此常采用降压起动方式来减少影响。但传统的降压方式，如星三角起动、自耦降压起动等，要么起动力矩小，要么维修成本高等，都不尽人意。随着电子技术的发展，使用软启动器可以无冲击而平滑地起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数达到最佳的起停状态。
一、软启动的定义
软启动顾名思义，就是不直接启动，而是慢慢的启动。电机在启动过程中的启动电流，可根据需要调整大小的启动电流。电机在启动过程中都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。而软启动器是集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能的电机控制装置，国外称为Soft Starter。
二、三相异步电动机的启动方法
三相异步电动机的起动方法主要有直接起动、传统降压启动和软启动三种启动方法。下面就分别做详细介绍。
直接起动
直接起动，也叫全压起动。起动时通过一些直接起动设备，将全部电源电压直接加到异步电机的定子绕组，使电机在额定电压下起动。一般情况下，直接起动时起动电流为额定电流的3~8倍，起动转矩为额定转矩的1~2倍。过大的起动电流会造成电动机的发热，缩短电动机的使用寿命。
传统降压启动
降压起动时在起动时先降低定子绕组上的电压，待起动后，再把电压恢复到额定值。降压起动虽然可以减小起动电流，但是同时起动转矩也会减小。降压起动的具体方法很多，这里介绍以下三种降压起动方法：
（1）定子串接电阻或电抗起动
定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。由于三相异步电机的等效电路可知：起动电流正比于定子绕组电压，因而定子绕组串电阻或电抗可以达到减小起动电流的目的。
（2）星-三角形起动
星-三角形起动法是电动机起动时，定子绕组为星形（Y）接法，当转速上升至接近额定转速时，将绕组切换为三角形（Δ）接法，使电机转为正常运行的一种起动方式。
（3）自耦变压器起动
三相异步电动机自耦变压器起动电路如图4所示，启动时，开关Q投向2端，三相自耦变压器T的三个绕组接到三相电源上，达到了降压的效果。起动后，当转速到达一定程度后，使自耦变压器短接，恢复定子绕组的全压运行。
三、软启动器系统运行的工作原理
为了更好的了解软启动器的工作过程，下面给出了软启动器控制系统的结构框图如图1所示。
图1软启动器控制系统结构框图
目前使用的软启动器，基本上是以单片机作为中央控制器控制核心来完成检测及各种控制算法，用程序软件自动控制整个起动过程。它通过单片机及相应的数字电路控制晶闸管触发脉冲的导通角大小，从而改变晶闸管的导通时间，最终改变电动机三相绕组的电压大小。由于电动机转矩近似与定子电压的平方比成正比，电流又和定子电压成正比。这样，电动机的起动转矩和起动电流的限制可以通过定子电压的控制来实现，而定子电压又可通过晶闸管的导通相角来控制的，所以不同的初始相角可实现不同的端电压，电动机的起动转矩和起动电流的最大值可根据负载而设定，以满足不同的负载起动要求。电动机起动过程中，晶闸管的导通角逐渐增大，其输出电压也逐渐增大，电动机从零开始加速，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无极平滑起动，并使电动机工作在额定电压的机械特性上。
软起动的起动方式
（1）限流起动
限流起动就是在电动机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值的软起动方式。这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整起动电流的限定值。适用于风机、泵类负载。
（2）电压斜坡起动
输出电压由小到大斜坡线性上升，它是将传统的降压启动从有级变成了无级。这种起动方式简单，不具备电流闭环控制，仅控制晶闸管的导通角，便使起动电压以设定的速率增加，然后再转为额定电压。其缺点是初始转矩小，转矩特性抛物线形上升对拖动系统不利，适用于重载起动的电动机。
（3）转矩控制起动
它是按照电动机的起动转矩线性上升的规律控制输出电压。其优点是起动平滑、柔性好、对拖动系统有利。同时减少对电网的冲击，是最优的重载起动方式。
软启动器的优点
在表1中，详细的里列出了各种起动方法的主要电气性能的具体数据，通过比较，我们可以得出，软启动是异步电动机的最优起动方式。
四、结束语
近几年在城市防洪、小型水利泵站、城市供水系统等行业中软起动技术得到广泛的应用。我单位主要采用了施耐德公司的“ATS46”等系列的软启动器。在工程实际应用中，体现了现代软启动器的优势，ATS46系列产品高度集成，结构非常紧凑，接线简化，发热量低，功能强大，通过最大限度减小振动和冲击，降低设备本身所承受的机械应力，延长其使用寿命；由此可见软启动器作用很大，功能覆盖面广，技术先进，取代传统起动器有十分重要的技术保障和应用前景。
参考文献
[1] 刘建业，安曙明，付占稳. 异步电动机起动及节能智能控制技术综述.电工技术杂志，2004
[2] 许宏纲，徐方逸. 软起动器原理及其应用. 能源技术，2002.
[3] 华骏.软启动器技术及工程应用.北京：电气时代
[4] 赵相宾，郭保良. 交流电动机电力软起动装置的技术要求及试验方法. 电气传动，2004.
作者简介
张益惠（1984—），男，浙江省杭州市人，工作单位：浙江省杭州市余杭水务有限公司，职务：职工。
由于三相异步电动机的结构简单、控制维护方便、性能稳定和效率高等优点而被广泛地应用于各种动力设备的拖动中。因其直接起動时产生的冲击电流对电网及其负载造成冲击，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低，因此常采用降压起动方式来减少影响。但传统的降压方式，如星三角起动、自耦降压起动等，要么起动力矩小，要么维修成本高等，都不尽人意。随着电子技术的发展，使用软启动器可以无冲击而平滑地起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数达到最佳的起停状态。
一、软启动的定义
软启动顾名思义，就是不直接启动，而是慢慢的启动。电机在启动过程中的启动电流，可根据需要调整大小的启动电流。电机在启动过程中都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。而软启动器是集电机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能的电机控制装置，国外称为Soft Starter。
二、三相异步电动机的启动方法
三相异步电动机的起动方法主要有直接起动、传统降压启动和软启动三种启动方法。下面就分别做详细介绍。
直接起动
直接起动，也叫全压起动。起动时通过一些直接起动设备，将全部电源电压直接加到异步电机的定子绕组，使电机在额定电压下起动。一般情况下，直接起动时起动电流为额定电流的3~8倍，起动转矩为额定转矩的1~2倍。过大的起动电流会造成电动机的发热，缩短电动机的使用寿命。
传统降压启动
降压起动时在起动时先降低定子绕组上的电压，待起动后，再把电压恢复到额定值。降压起动虽然可以减小起动电流，但是同时起动转矩也会减小。降压起动的具体方法很多，这里介绍以下三种降压起动方法：
（1）定子串接电阻或电抗起动
定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。由于三相异步电机的等效电路可知：起动电流正比于定子绕组电压，因而定子绕组串电阻或电抗可以达到减小起动电流的目的。
（2）星-三角形起动
星-三角形起动法是电动机起动时，定子绕组为星形（Y）接法，当转速上升至接近额定转速时，将绕组切换为三角形（Δ）接法，使电机转为正常运行的一种起动方式。
（3）自耦变压器起动
三相异步电动机自耦变压器起动电路如图4所示，启动时，开关Q投向2端，三相自耦变压器T的三个绕组接到三相电源上，达到了降压的效果。起动后，当转速到达一定程度后，使自耦变压器短接，恢复定子绕组的全压运行。
三、软启动器系统运行的工作原理
为了更好的了解软启动器的工作过程，下面给出了软启动器控制系统的结构框图如图1所示。
图1软启动器控制系统结构框图
目前使用的软启动器，基本上是以单片机作为中央控制器控制核心来完成检测及各种控制算法，用程序软件自动控制整个起动过程。它通过单片机及相应的数字电路控制晶闸管触发脉冲的导通角大小，从而改变晶闸管的导通时间，最终改变电动机三相绕组的电压大小。由于电动机转矩近似与定子电压的平方比成正比，电流又和定子电压成正比。这样，电动机的起动转矩和起动电流的限制可以通过定子电压的控制来实现，而定子电压又可通过晶闸管的导通相角来控制的，所以不同的初始相角可实现不同的端电压，电动机的起动转矩和起动电流的最大值可根据负载而设定，以满足不同的负载起动要求。电动机起动过程中，晶闸管的导通角逐渐增大，其输出电压也逐渐增大，电动机从零开始加速，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无极平滑起动，并使电动机工作在额定电压的机械特性上。
软起动的起动方式
（1）限流起动
限流起动就是在电动机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值的软起动方式。这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整起动电流的限定值。适用于风机、泵类负载。
（2）电压斜坡起动
输出电压由小到大斜坡线性上升，它是将传统的降压启动从有级变成了无级。这种起动方式简单，不具备电流闭环控制，仅控制晶闸管的导通角，便使起动电压以设定的速率增加，然后再转为额定电压。其缺点是初始转矩小，转矩特性抛物线形上升对拖动系统不利，适用于重载起动的电动机。
（3）转矩控制起动
它是按照电动机的起动转矩线性上升的规律控制输出电压。其优点是起动平滑、柔性好、对拖动系统有利。同时减少对电网的冲击，是最优的重载起动方式。
软启动器的优点
在表1中，详细的里列出了各种起动方法的主要电气性能的具体数据，通过比较，我们可以得出，软启动是异步电动机的最优起动方式。
四、结束语
近几年在城市防洪、小型水利泵站、城市供水系统等行业中软起动技术得到广泛的应用。我单位主要采用了施耐德公司的“ATS46”等系列的软启动器。在工程实际应用中，体现了现代软启动器的优势，ATS46系列产品高度集成，结构非常紧凑，接线简化，发热量低，功能强大，通过最大限度减小振动和冲击，降低设备本身所承受的机械应力，延长其使用寿命；由此可见软启动器作用很大，功能覆盖面广，技术先进，取代传统起动器有十分重要的技术保障和应用前景。
参考文献
[1] 刘建业，安曙明，付占稳. 异步电动机起动及节能智能控制技术综述.电工技术杂志，2004
[2] 许宏纲，徐方逸. 软起动器原理及其应用. 能源技术，2002.
[3] 华骏.软启动器技术及工程应用.北京：电气时代
[4] 赵相宾，郭保良. 交流电动机电力软起动装置的技术要求及试验方法. 电气传动，2004.
作者简介
张益惠（1984—），男，浙江省杭州市人，工作单位：浙江省杭州市余杭水务有限公司，职务：职工。