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大功率电动机软启动器的原理与应用梁盼发布时间：2023-06-30T03:11:07.865Z 来源：《当代电力文化》2023年8期作者：梁盼[导读] 大功率设备应用广泛。
在生产过程中，电机要经常启动、停止，其启动性能对生产有很大的影响，这是因为大功率电机，其强大的启动电流会造成较大的线路压降，造成电网电压降低，不仅影响其他电气设备的正常工作，而且对电力变压器也会产生较大的影响，所以，选择合理的启动方式受到相关技术人员的高度重视。
软启动器是三相异步电动机的软启动控制装置。
广泛应用于工控行业。
本文主要论述了软起动器的工作原理及其在电力领域的应用。
南阳金冠智能开关有限公司河南南阳 473000摘要：大功率设备应用广泛。
在生产过程中，电机要经常启动、停止，其启动性能对生产有很大的影响，这是因为大功率电机，其强大的启动电流会造成较大的线路压降，造成电网电压降低，不仅影响其他电气设备的正常工作，而且对电力变压器也会产生较大的影响，所以，选择合理的启动方式受到相关技术人员的高度重视。
软启动器是三相异步电动机的软启动控制装置。
广泛应用于工控行业。
本文主要论述了软起动器的工作原理及其在电力领域的应用。
关键词：软启动器；工作原理；电气应用；维护引言随着现代工业的发展，软起动器被广泛应用于工业控制行业，这种控制器是一种软起动装置，它是基于三相异步电动机来运行的。
其工作原理在电气应用领域的实际操作与变频器所起的作用类似，即其应用设计是基于可控硅和电子器件的使用，并在此基础上控制电机的电压，从而使电机的启动和使用安全性得以保证。
一、启动器装置的工作原理在实际工控机械系统应用中，软启动器中的软启动装置的工作应用原理与电气设备中的频率转换器的相关应用原理十分相似，在实际应用中通过对软启动装置内部的晶闸管导通角装置部分进行控制，从而实现对电动机中的输入电压的升降情况进行控制，以使电动机中的电压在电动机启动过程中处于安全电压范围，或者将软启动装置机械设备中的电应力控制在最小，保证机械设备中的电机进行安全平稳的启动。
- 66 -工 业 技 术０ 引言电动机采用直接起动方式时，首先要计算电动机启动的数据，只有完全符合相关规定，才能利用，该文利用实例对计算过程进行分析，某泵站采用56zlb-70型号的水泵，转数额定为365 r/min，电机配套功率为500 kW，共6台电机。
１ 选择电动机１．１ 选择压和额定容量进行主电机的容量的选择要按照水泵运行中容易产生的最大轴功率决定的，并要进行储备，储量系数最佳值为并留有一定的储备，储量系数宜为1.02~1.08。
通常以0.4 kV、6 kV 和10 kV 的电压等级作为泵站电动机使用的标准，所以，业内把0.4 kV 电动机称之为低电压电机，一般在异步电机上应用。
6 kV 和10 kV 电动机通常称为高压电动机[1]。
当前形势下，电力工程电网结构的调整，城镇供电所的等级多数为110 kV/10 kV，6 kV 电压等级逐渐被10 kV 电压等级代替，由此，应该把10 kV 电压等级电动机作为使用的首选。
如果变电站在不排斥的状态下，适合利用10 kV 直接供电，为了适当减少成本，泵站可以不进行主变压器的设置。
泵站距变电站3.5 km，主变压器容量31.5 MVA。
采用10 kV 线路直接向泵站供电，电机电压等级为10 kV。
１．２电动机型选择通常电动机分为同步电动机和异步电动机。
比起同步电动机，异步电动机有很多优势，例如方便维护、经久耐用、结构简单、价格低廉和运行可靠等。
而异步电动机缺点在于功率因数低，尤其是在低转速的情况下，会出现低于0.72的功率因数。
按照泵站的设计要求，不允许发生计量点功率因数低于0.8的情况，解决的途径是设置无功补偿设施，有效提升功率因数。
同步电动机或异步电动机的选择可根据电动机的容量进行划分。
《泵站设计规范》（GB/T 50265—97）有如下规定：当主电机单台额定容量为630 kW 或者以上时，最好利用应同步电动机实施弥补；如果泵站主电动机单台额定容量低于630 kW 的时候，就要利用静电电容器实施无功补偿。
三相异步电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、传统减压启动和软启动三种启动方法。
下面就分别做详细介绍。
2.2.1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（即全压）直接加到异步电动机的定子绕组，使电动机在额定电压下进行起动。
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。
根据对国产电动机实际测量，某些笼型异步电动机起动电流甚至可以达到8〜12倍。
直接起动的起动线路是最简单的，如图2-2所示。
然而这种起动方法有诸多不足。
对于需要频繁起动的电动机，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；同时电动机绕组在电动力的作用下，会发生变形，可能引起短路进而烧毁电动机；另外过大的起动电流，会使线路电压降增大，造成电网电压的显著下降，从而影响同一电网的其他设备的正常工作，有时甚至使它们停下来或无法带负载起动。
这是因为Ts及Tm均与电网电压的平方成正比，电网电压的显著下降，可使Ts及Tm均下降到低于Tz0一般情况下，异步电动机的功率小于7.5kW时允许直接起动。
如果功率大于7.5kW,而电源总容量较大，能符合下式要求的话，电动机也可允许直接起动。
I1st1：电源总容量（kv八）1K3I1N4起动电动总功率（kw）如果不能满足上式的要求，则必须采用减压启动的方法，通过减压，把启动电流Ist限制到允许的数值。
图2-2直接启动原理图2.2.2传统减压起动减压起动是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。
减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。
因此，减压起动方法一般只适用于轻载或空载情况。
传统减压起动的具体方法很多，这里介绍以下三种减压起动的方法：(1)定子用接电阻或电抗起动定子绕组用电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压。
由三相异步电动机的等效电路可知：起动电流正比于定子绕组的电压，因而定子绕组用电阻或电抗可以达到减小起动电流的目的。
交流异步电动机的调速方法及特点
交流异步电动机是一种常见的电动机械设备,它的转速可以通过改变电流和电压等参数来控制。
在调速过程中,交流异步电动机通常采用以下几种方法:
1. 调速手柄或调速螺丝
这是最常见的调速方法之一,可以通过旋转调速手柄或调速螺丝来改变电动机的转速。
调速手柄或调速螺丝通常由螺纹连接,可以通过改变它们的拧紧程度来改变电动机的转速。
这种方法简单易懂,但需要注意的是,在调速过程中要注意力度和方向,避免对电动机和连接部件造成损害。
2. 软启动器
软启动器是一种电子控制器,它可以调节电流和电压,从而实现电动机的软启动。
软启动器可以通过改变电流和电压的大小来控制电动机的启动时间和速度,从而提高生产效率。
在调速过程中,软启动器可以通过控制电流和电压的大小来调节电动机的转速。
3. 变频器
变频器是一种通过改变电压和频率来调节电流的电子设备。
变频器可以通过控制电机的电压和频率来实现快速调速,并且具有精度高、稳定性好、适应性强等优点。
在调速过程中,变频器可以根据电机的负载情况和工作频率来自动调整电压和频率,从而调节电动机的转速。
交流异步电动机的调速方法有多种,其中调速手柄或调速螺丝是最常见的方法,软启动器也是常用的方法之一。
变频器则是目前最常用的调速方法之一,它具有精度高、稳定性好、适应性强等优点,可以满足不同场合的需求。
此外,交流异步电动机还可以通过改变电机的结构和材料来优化电机的调速性能,提高调速效
率和稳定性。
三相异步电机的软启动08机械（0816401057）章志鹏苏州大学应用技术学院摘要三相异步电机因具有结构简单，知道方便，运行可靠，价格低廉等优点，而广泛应用在工业，农业，交通运输业，国防工业及其他各行业中。
但是它也有明显的缺点，那就是起动转矩小，起动电流过大。
这种情况对电机本身及周围电网都有非常不利的影响。
为了减小异步电机启动过程对电网的冲击，改善异步电机的起动特性，本文对三相异步电机的软启动进行讨论。
本文首先阐述三相异步电机的各种起动方式及其主电路和控制电路图，并对其分析。
得出各自优缺点。
找出能在满足电动机起动转矩要求及降低电流的前提下是电机能够平稳可靠启动。
关键词：异步电动机；软启动AbstractThree-phase asynchronous motor because of its simple structure, know convenient, reliable operation, price is low wait for an advantage, is widely used in industry, agriculture, transportation, national defense industry and other industries. But it also has the obvious shortcomings, that is starting torque small, starting current is too big. This kind of situation of motor itself around and have a power grid unfavorable influences. In order to reduce asynchronous motor for the impact of the power grid startup process, improve the asynchronous motor start characteristics, this paper the three-phase asynchronous motor soft start are discussed.This paper expounds the three-phase asynchronous motor start-up mode and its various main circuit and control circuit, and its analysis. Draw their respective advantages and disadvantages. Find out in motor can meet the requirements starting torque and reduce the current is the premise of motor can smooth and reliable start.Keywords: asynchronous motor; Soft start第一章绪论第1.1节研究背景与现状三相异步电机发展至今得到了广泛的应用，其性能和功率也不断的提高，电压也从低压发展到高压。
软启动器工作原理与作用异步电动机以其优良的性能及无需维护的特点，在各行各业中得到广泛的应用。
然而由于其起动时要产生较大冲击电流(一般为额定电流ie的4～7倍)，同时由于起动电应力较大，使负载设备的使用寿命降低。
国家标准规定:当电机频繁起动时，所造成的压降不宜低于10%;不频繁起动时，压降不低与20%;不频繁起动，且与照明或其他对电压波动敏感的负荷合用变压器时，电机起动时的电网电压降不能超过15%。
解决办法有两个:一是增大配电容量;二是采用限制电机启动电流的起动设备。
如果仅仅为起动电机而增大配电容量，从经济角度上来说，显然不可取。
为此，人们往往需要配备限制电机起动电流的起动设备，过去多采用y/△降压、自耦变压器降压、磁控降压等方式来实现。
这些方法虽然可以起到一定的限流作用，但没有从根本上解决问题。
随着电力电子技术的快速发展，智能型软起动器得到广泛应用。
智能型软起动器(soft starter)是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电机控制装备。
它不仅实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。
此外，它还具有多种对电机保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。
1、工作原理与运行特点现以allen-bradley公司smc dialog plustm系列交流电机软起动器为例来说明工作原理和运行特点:三相交流异步电动机的起动转矩ms直接与所加电压的平方成正比，也就是说，只要降低电机接线端子上的电压就会影响这些值。
(见图1)图1 降低电机端子上的电压时启动转矩ms和启电流is的特性软起动器的工作原理是通过控制串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管的导通角使电机的端子电压从预先设定的值上升到额定电压。
图2示出了smc dialog plustm系列交流电机软起动器系列软起动器控制系统框图。
1.1 软启动的主要起动方式(1) 电压双斜坡起动:如图3所示，在起动过程中，电机的输出转矩随电压增加，在起动时提供一个初始的起动电压us, us根据负载可调，将us调到大于负载静摩擦转矩，使负载能立即开始转动。
异步电动机起动方法
异步电动机起动方法有以下几种：
1. 直接启动：即直接将电动机连接到电源上，通过直接启动电机的方式来实现起动。
这种方法成本低，但起动时的电流冲击大，对电网的影响较大。
2. 降压启动：通过降低电压的方式来减小起动时的电流冲击，使电机能够平稳起动。
常见的方法有星三角启动和自耦启动。
3. 变频启动：通过变频器控制电机的电源频率和电压，实现电机的平稳起动。
这种方法起动过程中的电流冲击较小，对电网的影响较小，可以实现精确的起动控制。
4. 软启动：通过安装软启动器来实现电机的平稳起动。
软启动器可以通过逐渐增加电压或电流的方式来起动电机，避免了起动时的电流冲击，并且可以实现起动过程的精确控制。
这些起动方法各有优缺点，选择哪种方法要根据具体的应用需求来决定。
异步电动机的软起动方式
梁南丁
（平顶山工业职业技术学院，河南平顶山467001）
摘要：异步电动机采用软起动方式可以大大改善电动机的各项性能指标，由于软起动方式较多，本文仅对液阻软起动、晶闸管软起动、磁控软起动、变频器软起动等各种软起动方式的特点和性能进行了分析和比较，为使用者选择软起动方案提供参考。
关键词：软起动晶闸管变频器电动机
一、引言
三相异步电动机应用领域非常广泛。
而三相异步电动机的起动，会对电网造成较强干扰，尤其在工业领域中的重载起动，有时可能对设备构成严重威胁。
因而三相异步电动机的软起动越来越受到相关技术人员的
重视。
对于大功率异步电动机而言，软起动比硬起动（即直接起动）具有如下优势：1）减少起动过程引起的电网电压降。
使之不影响共网其它电气设备的正常运行；
2）减小电动机的冲击电流。
冲击电流会造成电动机局部过热，危害电动机寿命；
3）减小硬起动带来的机械冲力。
冲力将加速传动机械（轴、啮合齿轮等）的磨损；
4）减少电磁干扰冲击电流。
冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。
总之，软起动可以使电动机起停自如，提高工作效率，对工矿企业的生产有着很重要的作用。
二、软起动的分类
软起动可分为有级和无级两类，前者的调节是分级的；后者的调节是连续的。
早期的软起动均是有级的，如Y/△变换软起动、自耦变压器软起动、电抗器软起动等。
无级调节的软起动主要有三种即：以电解液液阻限流的软起动；以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动和以磁饱和电抗器为限流元件的
磁控软起动。
变频器也是一种软起动装置，而且是比较理想的一种，它可以在限流的同时保持高的起动转矩。
但价格贵是制约其推广应用的主要因素，通常人们购置变频器都是着眼于调速，所以，常常不把它归类于软起动装置。
1.液阻软起动
液阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。
其阻值正比于两块电极板的距离，反比于电解液的电导率，极板距离和电导率都便于控制，且液阻的热容量大。
液阻的这两大特点（阻值可以无级控制和热容量大），恰恰是软起动所需要的，加上另一个十分重要的优势即低成本，使液阻软起动得到了广泛的应用。
但液阻软起动也有如下缺点：
1）液阻限流，由于液阻箱容积大，且一次软起动后电解液通常会有10℃～30℃的温升，使软起动的重复性差；
2）移动极板需要有一套伺服机构，移动速度较慢，难以实现起动方式的多样化；
3）液阻软起动装置液箱中的水，需要定期补充。
电极板长期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要作表面处理（一般2～3次/年）；
4）液阻软起动装置不能放置在易结冰或颠簸的环境中。
液阻软起动装置可以串在绕线式电动机转子回路中以实现重载软起动，在软起动过程中不产生高次谐波，且售价低廉，这是它的突出优点。
虽然有人预言它即将被淘汰，但是目前应用仍较为广泛。
2.晶闸管软起动
晶闸管软起动产品问世不过30年左右的时间。
目前在低压（380V）范围内，晶闸管软起动产品的价格大约已经下降到液阻软起动的2倍。
而其主要性能却大大优于液阻软起动。
与液阻软起动相比，它的体积小，结构紧凑，几乎免维护，功能齐全，起动重复性好，保护周全，这些都是液阻软起动无法达到的。
但是，晶闸管软起动也有如下缺点：
1）高压产品的价格太高，是液阻的5～10倍；在这几个缺点中，价格高是一个重要因素。
2）晶闸管引起的高次谐波较严重。
3）对于资金紧张者，无力选用它；对于资金充裕者，不如直接选用高压变频装置。
这也是高压晶闸管软起动使用受限的主要原因。
3.磁控软起动
磁控软起动是从电抗器软起动衍生出来的。
将三相电抗器串在电源和电动机定子之间实现降压是两者的共同点。
磁控软起动不同于电抗器软起动的主要点是其电抗值可控。
总体说来，起动开始时电抗器的电抗值较大，在软起动过程中，通过反馈调节使电抗值逐渐减小，及至软起动完成后被旁路。
电抗值的变化是通过控制直流励磁电流，改变铁心的饱和度实现的，所以叫做磁控软起动。
因为磁饱和电抗器的输出功率比控制功率大几十倍，它也可以称为“磁放大器”。
显然，电抗值的调节是静止的，无接触的，非机械式的。
这就为微电子技术的介入创造了极好的条件。
所以，在工作原理上磁控软起动与晶闸管软起动是完全相同的。
因此说磁控软起动能够实现软停止，能够具有晶闸管软起动所具有的几乎全部功能。
磁饱和电抗器具有0.1s量级的惯性，这使得磁控软起动的快速性比晶闸管软起动慢一个数量级。
而对于具有大惯性的电动机系统来说，磁控软起动的惯性是不足为虑的。
磁饱和电抗器由于磁饱和而引起非线性，产生高次谐波。
其高次谐波比工作于斩波状态的晶闸管要小一些。
磁控软起动装置需要有相对功率较大的辅助电源，噪声较大则是其不足之处。
4.变频器
随着电力电子技术的飞速发展，变频调速装置应运而生。
三相异步电动机的起停技术发生了划时代的变化。
对于变频器，输出频率范围可以从0.1Hz～500Hz；调速精度一般不低于1％，有的可高达0.02％；瞬时过力矩可为200％(2s内)或170％(60s内)。
采用智能化设计，可以与上位控制计算机接口，具有断相与相序检测，缺相保护，过热保护。
同时变频器也可以设定为软起动工作方式，其最主要的特点是节能。
当然对一些不需要调速的场合，作为软起停装置的应用依然非常普遍，在大功率电机的起停控制中占有不可动摇的地位。
目前，制约变频器作为软起动装置广泛应用于三相异步电机的主要原因，仅仅是一次性投资较高，低压变频器价格约为700～1200元/kW，而进口高压变频器的价格约为2000～2500元/kW，国产为约1200～1500
元/kW。
相信随着电力电子技术的不断发展，新的功率器件的不断涌现，变频器的价格将会进一步下调。
5.性能比较
液阻软起动、晶闸管软起动、磁控软起动及变频器软起动性能如表1所列：
表1各种软起动方式性能比较
软起动方式液阻晶闸管磁控变频器综合评价一般较好较好很好实现软停止难容易较易
非常
容易电机保护一般完善完善最完善高次谐波小大较大较大价格比15～101～28～20体积比10.2
0.3～
0.5
0.1～
0.2
噪音小较小较大较小维护工作量大小小最小环境要求低高一般高
三、结束语
三相异步电动机的软起动方式很多。
随着科学技术的进步，各种新的软起动控制方式不断涌现。
因此在选用时应综合考虑各种软起动装置的性能/价格比，比较各种软起动方式的优缺点，从中选择出适合特定应用场合的最佳软起动方案。
作者简介：梁南丁（1953.9），副教授，安徽省肥东人，毕业于中国矿业大学自动化系，现任教于平顶山工业职业技术学院。
地址：河南平顶山市水库路3号院邮编：467001。
