1、軟起動器的基本原理與應用 希望森蘭科技股份有限公司 軟起動器的基本原理與應用 一慨述 交流異步電動機應用非常廣泛，有許多不調速的場合，僅需要對電機進行起動，又與起動電流過大，會對電網和其他用電設備造成沖擊，受電網容量的限制和保護其他用電設備正常工作，應對電機的起動過程加以控制。 傳統的起動方式： 低壓電機：串電阻起動，自耦減壓起動，星三角起動，繞線式電機轉子串電阻起動等。 高壓電機：串電抗器起動，繞線式電機轉子串水阻起動器起動 ，頻敏變阻起動等。軟起動器的基本原理與應用一慨述 電機的傳統起動方式缺點是明顯的，即起動電流和機械沖擊較大，起動器體積過大。隨著電力電子技術，微機技術和現代控制技術的發

2、展，電機軟起動技術出現。 二 軟起動器基本原理 由圖1交流異步電動機等值電路圖，在忽略激磁電流I0的條件下，有 圖1 交流異步電動機等值電路圖（1）二 軟起動器基本原理 由(1)式可知，電動機直接起動時，n=0，S=1，定子旋轉磁場以同步轉速切割轉子線圈，在轉子線圈中感應很大的電勢，轉子的等效阻抗很小，感應電流很大，則與之平衡的定子電流的負載分量也隨之急劇增加；隨著轉速的提高，轉子等效阻抗逐漸增大，相應的定子電流也隨之減小。 式中，如不考慮溫度的影響，電機的定轉子電阻和定子電抗為常數，轉子的電抗隨轉速改變，無法進行控制，但電子電流與端電壓成正比，控制端電壓可控制定子電流。 利用雙向（兩只單向反

3、并聯）晶閘管的相控交流調壓原理，通過改變相控角來改變加在電機定子上電壓的均方根值。晶閘管過載能力強，價格便宜。 三軟起動器電路拓撲結構方案 1低壓軟起動器（1100V以下）電路拓撲結構方案 如圖2有多種結構方案，(a)(b)方案諧波比較少，(C)、(d)、(f)元件相對較少，電路不對稱，諧波含量較大，(e)這種方案在同等容量下，晶閘管承受的電流小，承受的電壓高，需引出六個端子。 另外，還由其他的電路拓撲結構方案，由于有這樣或那樣的缺點，最常用的是(a)(b)方案。 三軟起動器電路拓撲結構方案 圖2 軟起動器電路拓撲方案(a)(b)(C)(d)(e)(f) 2高壓軟起動器電路拓撲方案（6000v

4、以上） 這種結構由低壓軟起動演變而來，由于SCR串聯對器件的一致性和閥體均壓性能要求較高，技術難度較大。電壓等級越高，技術難越大。圖3 SCR直接串聯形式動起來，阻力矩反而減小。對此，起動時加一短時的高電壓Ub(其值和時間可以設置）以克服阻力矩，如圖4。 3電流限幅起動控制方式 電壓斜坡起動控制方式是開環控制，因此斜坡上升率不能隨系統的變化自動調節，往往電流會超出所希望的值，由此發展了電流限幅控制方式。 電流限幅起動控制方式是一種閉環控制方式。起動過程中，需要不斷地采樣和調整電機電流，使之具有圖5的電流曲線。這種控制方式特別適合恒轉矩負載，限幅值2.5IN5IN。在電網容量受限時時電機以最小的

5、起動電流快速起動。3電流限幅起動控制方式圖5 電流限幅/電流斜坡方式曲線圖電流限幅電流突跳電流斜坡 4電流斜坡起動控制方式 如圖5所示，初始電流為使電機起動所需的最小電流這種控制方式使電機電流按照設定的曲線逐步上升，直達到設定的最大電流值，然后保持到起動完成。電流斜坡起動控制方式同樣可設置為多段，也可加突跳電流。 這種控制方式是電流限幅起動方式控制方式的擴展，4電流斜坡起動控制方式特別適于具有平方轉矩特性的風機泵類負載，起動時所需要的轉矩很小，隨著轉速的上升，所需轉矩近似成平方關系增加。因此，起動初始宜加小的起動電流，隨著轉速的上升，起動電流也隨之上升，這樣有利于負載的平穩起動，電機發熱較少。

6、 5轉矩控制方式 由于大型感應電機在起動過程后期，功率因數變化很快，轉子轉速常常超過同步轉速，經過一個衰減震蕩過程才能達到穩態運行點，電機負載力矩越小和轉動慣量越小就越容易發生震蕩，這種現象叫“超標”。對于采用電流閉環的軟起動器，PI調節器的輸出跟隨電流的下降，反而會5轉矩控制方式（5）這里，需要選擇合適的電流偏差范圍，如將3A的電流偏差E經比例因子K1變換到-9,+9論域中，并選取7個模糊子集，即負大，負中，負小零，正小，正中，正大，將8A的電流偏差變化率Ec經量化因子K2變換到-4，4的論域中，并選取5個模糊子集，即負大，負小，零，正小，正大。通過調整加權因子 的取值，可以改變偏差和偏差變

7、化率對輸出控制量的權重。要適應系統狀態的變化，加權因子 應設置多個，根據系統狀態不同的變化，選取不同的加權因子。 模糊控制相對與其他方式來說，能夠實現系統的平穩起動，控制較容易實現且負載適應能力強。 7分級變頻起動控制方式 前述的起動控制方式都基于降壓控制原理，電動機電磁轉矩與端電壓的平方成正比，因此，起動轉矩相應減少，一般負載起動轉矩在額定轉矩的60%時，可采用減壓或軟起動其起動。另外，起動過程中，電動機的轉差率S始終小于1，7分級變頻起動控制方式起動電流通常較大。 分級變頻起動方式在改變電壓的同時也改變頻率，實現了高轉矩的V/F控制。分級變頻起動方式的主電路拓撲結構同一般軟起動器相同。將交流電進行N分頻，頻率不連續，如50/N50/350/250。方法是將N個周期的交流電合并，如圖7中所示： 圖7 分級變頻方式25Hz和10Hz時一相電壓波形圖陰影為晶閘管導通，紅線為25Hz，藍線為10Hz波形圖。 起動過程中，控制晶閘管時電機定子端電壓按預設的分頻級數上升，如50/13 50/7 50/4 50/2 50/2 50Hz。停車按相反的順序進行。 由于分級變頻起動電壓電流頻