關于軟啟動器控制系統的實現

龍鈺璧

摘 要：隨著我國經濟社會的快速發展，用電質量要求越來越高，軟起動器被廣泛應用于供水、油田、冶金、鋼鐵、建筑等各個領域，它集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體，解決了傳統的降壓起動設備的諸多弊端。

關鍵詞：軟起動；軟起動器；減壓起動

隨著電力電子技術的快速發展，軟起動器得到廣泛應用。它不僅實現在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電機，而且可根據電動機負載的特性來調節起動過程中的參數，如限流值、起動時間等。此外，它還具有多種對電機保護功能，這就從根本上解決了傳統的降壓起動設備的諸多弊端。

1 軟起動器的功能特點

軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現不同的功能。運用串接于電源與被控電機之間的軟起動器，控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數關系逐漸上升，直至起動結束，賦予電機全電壓，即為軟起動，在軟起動過程中，電機起動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加。

2 軟起動與傳統減壓起動的比較

籠型電機傳統的減壓起動方式有星三角起動、自耦減壓起動、電抗器起動等。軟起動與傳統減壓起動方式的不同之處如下：

3 啟、停控制模式

長沙奧托QB3軟起動器有完美的起動模式，收到外部起、停命令后，按照預先設定的起、停方式實現對電機的控制。可選的起、停控制模式有以下幾種：

3.1 限流軟起動控制模式

電動機起動時，其輸出電壓從零迅速增加，直至輸出電流達到設定的電流限幅值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，電動機逐漸加速，當電動機達到額定轉速時，旁路接觸器吸合，輸出電流迅速下降至電機額定電流Ie以下，完成起動過程。如圖1所示：

3.2 電壓斜坡起動控制模式

當電動機起動時，在電動機電流不超出額定值400%的范圍內，軟起動器的輸出電壓迅速上升到整定值U1，然后按設定的速率逐漸增加，電動機隨電壓的上升不斷平穩加速，直至達到額定電壓后，電機達到額定轉速，旁路接觸器吸合，起動過程完成。起動時間T是根據標準負載在標準實驗條件下所得的控制參數，QB3系列軟起動器以此參數為基準，通過控制輸出電壓使電機平穩加速以完成起動過程，并非機械的控制時間T而不論電機加速是否平穩，鑒于此，在負載較輕時，起動時間往往小于設定的起動時間，只要能順利起動則屬正常。一般而言，電壓斜坡起動模式適用于對起動電流要求不嚴對起動平穩性要求較高的場所。輸出特性曲線如圖2所示：

3.3 突跳+限流或突跳+電壓起動模式

圖3給出了突跳起動模式的輸出變化波形，在某些重載場合下，由于機械靜摩擦力的影響而不能起動電機時，可選用此種起動模式。在起動時，先對電動機施加一個較高的固定的電壓并持續有限的一段時間，以克服電動機負載的靜摩擦力使電機轉動，然后按限制電流或電壓斜坡的方式起動。在選用此模式前，應先用非突跳模式起動電機，若電機因靜摩擦力太大不能轉動，再選用此模式，否則應避免用此模式起動，以減少不必要的大電流沖擊。

3.4 電流斜坡起動模式

圖4為電流斜坡起動模式的輸出電流波形，其中I1為限流值，T1為設置的時間值。電流斜坡起動模式具有較強的加速能力，適用與兩極電動機，也可在一定范圍內縮短起動時間。

3.5 軟停車模式

在這種停車模式下，電動機的供電有旁路接觸器切換到軟起動器的晶閘管輸出，軟起動器的輸出電壓由全壓逐漸減小，使電動機轉速平穩降低，以避免機械震蕩，直到電動機停止運行。有許多應用場合，不允許電機瞬間關機。例如：高層建筑、大樓的水泵系統，如果瞬間停機，會產生巨大的“水錘”效應，使管道，甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應，需要電機逐漸停機，即軟停車，采用軟起動器能滿足這一要求。在泵站中，應用軟停車技術可避免泵站的“拍門”損壞，減少維修費用和維修工作量。軟起動器中的軟停車功能是，晶閘管在得到停機指令后，從全導通逐漸地減小導通角，經過一定時間過渡到全關閉的過程。停車的時間根據實際需要可在10～120s調整。

3.6 自由停車

在這種停車模式下，軟起動器接到停止命令后立即斷開旁路接觸器并禁止軟起動器晶閘管的電壓輸出，電動機依負載慣性逐漸停車。

4 實施

軟啟動器選用長沙奧托公司的QB3系列軟啟動器。配合各種控制方案實現用戶的控制需求。電機適用范圍為：7.5～550kW，控制方式：1拖1、1拖 2、1拖3。

4.1 軟啟動器的可提供的功能

（1）電動機的降壓啟動

（2）電動機的軟停車

（3）軟起動器的保護功能

1）過載保護功能：軟起動器引進了電流控制環，因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。通過增加過載電流的設定和反時限控制模式，實現了過載保護功能，使電機過載時，關斷晶閘管并發出報警信號。

2）缺相保護功能：工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發生斷流，即可作出缺相保護反應。

3）過熱保護功能：通過軟起動器內部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管，并發出報警信號。

4）其它功能：通過電子電路的組合，還可在系統中實現其它種種聯鎖保護。

（4）軟起動控制柜的組成

軟起動MCC控制柜由以下幾部分組成：1）輸入端的斷路器；2）軟起動器（包括電子控制電路與三相晶閘管）；3）軟起動器的旁路接觸器；4）二次側控制電路（完成手動起動、遙控起動、軟起動及直接起動等功能的選擇與運行），有電壓、電流顯示和故障、運行、工作狀態等指示燈顯示。

（5）軟起動擴展功能

軟起動MCC控制柜的擴展功能將軟起動MCC控制柜進一步加以組合，可以實現多種復合功能。例如：

1）將兩臺控制柜加上控制邏輯，可以組成“一用一備方案”，用于大樓的消防系統與噴淋泵、生活泵等系統。

2）配上PLC（可編程序控制器），則可以實現消防泵定時（如半個月）自動檢測，定時自動關閉；

3）加上相應的控制邏輯，則可以對消防泵及各個系統運轉是否正常實施平時檢測時，定時低速低水壓（不出水）運行；在滅火時，則實施全速滿載運行。

4）將若干臺電機加上控制邏輯組合，可以組成生活泵系統或其它專用系統，按需要量逐次打開各臺電機，也可逐次減少電機，實現最佳效率運行。

5）可以根據客戶要求，實現多臺電機每次自動轉換運行，使各臺電機都處于同等的運行壽命期。軟起動器適用于的場合原則上，籠型異步電動機凡不需要調速的各種應用場合都可適用。

（6）應用范圍

目前的應用范圍是交流380V（也可660V），電機功率從幾千瓦到800kW。軟起動器特別適用于各種泵類負載或風機類負載，需要軟起動與軟停車的場合。同樣對于變負載工況、電動機長期處于輕載運行，只有短時或瞬間處于重載場合，應用軟起動器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節能的效果。

4.2 方案

供水系統原則上建議使用1臺軟啟動器控制2臺水泵、風機。（如果大于2臺需要加旁路接觸器），以下為1臺軟啟動器帶2臺水泵控制系統。

4.2.1 系統實現目標

（1）節能降耗，提高設備可靠性；（2）提高設備可維護性，降低設備維護費用；（3）提高設備自動化水平；（4）啟動時對電網干擾小，投入比較經濟。

4.2.2 控制過程

隨時可以通過軟啟動器啟動第一臺水泵或第二臺水泵（但不能同時啟動兩臺水泵，在控制中有電氣連鎖），當1臺軟啟動器啟動的水泵的供水量不能滿足現場的用水要求時，通過軟啟動器啟動第2臺水泵。系統的控制主回路如下圖所示：

4.2.3 配置說明

需要根據現場實際情況設計的系統控制的水泵、風機數量，決定是否需要增加旁路接觸器。如需要增加旁路接觸器則要考慮現場工藝是否能逐一啟動。

5 結語

軟啟動器很好地解決了電動機起動時對電網和機械設備的沖擊，同時具備軟停車、故障過流保護、過載保護、缺相保護、節能、通訊等功能，廣泛應用于冶金、石化、市政、制造等行業。電子式軟起動器是采用電力電子技術、自動化控制技術和微處理器技術而研制生產的新型控制設備。與傳統起動設備相比，性能更可靠，使起動更平滑，對電網沖擊更小，此外還具有限流調節、軟停車、節能、智能通訊等功能。

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