電動機軟啟動技術的分析與實現方法

黃達義

摘要：文章論述了感性負載（電動機、壓縮機等）軟啟動的特性，進一步以降低大功率電動機啟動時問題發生的概率為原則，提升其啟動的安全性、平穩性和可靠性為目的，對電動機智能軟啟動方案的設計進行分析闡述。

關鍵詞：電動機：軟啟動;壓縮機

中圖分類號：TM922.72

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0107-02

0引言

如何改變傳統的電動機啟動方式對電網的沖擊，降低電動機啟動時的震動，文中重點研究電動機的軟啟動技術和實現方法。交流電動機在啟動時因其電路電流過大，對電網而言會對其電壓造成較大影響，相應地對其他用戶的正常用電造成干擾;此外，與啟動時的大電流同時產生的機械沖擊轉矩對電動機而言也會造成干擾導致其損壞。

文中研究的軟啟動裝置安裝簡單、操作方便、運行可靠、起始電流線性可調、方便合理、廣泛適用等。

1電動機的啟動方式

一般來說電動機具有硬啟動和軟啟動兩種不同方式，硬啟動模式的啟動條件為等額電壓;而對于軟啟動而言則是在啟動時對其電壓或電流進行調整。實際生活中的電動設備啟動方式通常直接啟動，這一方式優勢在于系統接線較為簡單，在啟動方面也具有很快的速度，操作起來方便快捷、維護流程簡潔”。但相應地也有其劣勢存在：

（1）對電網影響較大。針對大功率電動機進行分析可知，直接啟動時其空載電流的數值與額定電流相比是其4-7倍，滿載時最高可達到10倍之多，這樣給的電網帶來的結果是電流迅速增加，從而致使電網的電壓極不穩定，對同一電網下的其他設備運行造成不良影響。

（2）由于過大的起動電流會使電機繞組發熱，導致絕緣老化加速，影響電機壽命。

（3）其機械系統容易由于電氣系統的突變而對機械系統造成沖擊。對于機械系統內的風機、水泵等設備而言，電機直接啟動時一：般會產生一定的壓力突變，而壓力的迅速變化對風機的管道、水泵的閥門等部件造成損害，使用壽命也因此大大縮減;對此設備傳動精度產生的不良影響也使得過程控制發生一定的偏差。為了進一步提升電動機直接啟動的安全性和經濟性，在實際運用當中對其啟動選擇做出以下限制。

第一，電動機的直接啟動與否首先應當參照機械設備的工藝性能、設備參數。

第二，應當參照電動機的最大容量與電網變壓器的最大容量之比來確定其能否采用直接啟動的方式，一般來說二者比值應當小于0.1。

第三，針對電動機直接啟動的限制還在于電網電壓的下降情況，一般要求電壓降低應當小于額定電壓的15%。于大功率電動機而言往往采用軟啟動而不采用直接啟動，啟動之時對電壓進行一定的補償，從而保障其啟動的穩定性。

2軟啟動系統方案

2.1電動機軟啟動器硬件設計

該軟啟動器包括EMI電路、以LNK304DN為核心的電源轉換及脈沖同步電路（能生成-5V的直流輸出，為整個控制電路提供穩定的工作電源）、相序檢測電路、控制電路、三相移相脈沖輸出電路、過載檢測電路、輸出功率電路。在給電動機通電時起，施加在電動機中的電流線性增加，逐步完成啟動的過程。具體實現是通過移相技術線性改變可控硅的觸發角a的大小，進而實現對電動機啟動電流的先行調整，進一步地降低啟動時對電能的損耗，使其能夠以最佳的狀態啟動。電流檢測系統能夠通過檢測電動機處于運行狀態的電路電流，并結合電動機的額定參數設定自發地對定子電壓進行調節，進而將電動機的功率因數維持穩定、運行效率控制在最佳范圍。

其中，可控硅的選用可以根據電機容量的大小以選用不同的器件。軟啟動控制系統以高性能的MB95F936K單片機作為控制核心。該電路與電源轉換脈沖同步電路、相序檢測電路、控制電路、三相移相脈沖輸出電路一起實現對電動機工作電流進行調整。

2.2電壓檢測電路

電壓檢測電路的重要功能體現在以下三個方面。

首先是對同步信號的檢測，采樣的起始時刻為三項交流電其電壓值剛剛過零的瞬間，該采樣值作為可控硅脈沖觸發信號的同步信號，達到協調整個系統有序工作的條件。

三相交流電壓的信號在進入單片機之前需要通過A/D轉換，經轉換入單片機的信號為實時電壓測量值，可用于故障診斷以及過電壓、欠電壓保護。因軟啟動控制器需要在一整個電壓周期內完成對可控硅導通任務的控制，也即是在確認電壓波形過零點后發出信號，控制器根據信號實現對導通的控制。而電壓波形的過零點能夠由同步信號電路檢測系統獲得。而同步也實現了可控硅有秩序的實時觸發。

2.3相序檢測電路

將三相交流電通過光電耦合器進行脈沖取樣，送入單片機中斷端，由單片機進行運算，通過發出控制脈沖去打開光電耦合器，由（MOC3021）光電耦合器取出發可控硅。2.4電流檢測電路

電流檢測的方法多種多樣，我們采用具有統計效率的多點插值取平均的辦法，有效的避免偶然的奇異數據，使得系統更加可靠。單片機的電壓設置精度為5mV。對交流電進行正比轉換后輸入單片機P3.1引腳，再經A/D轉換后的數據輸送至CPU，接著由軟件來完成對監測電流和給定電流的數據分析，按照PID調節器算法完成限流調節和過流保護功能。

2.5可控硅觸發電路

單片機給出的控制信號，是以同步脈沖作為基礎的，單片機將采樣到的同步脈沖進行運算處理后發出移相觸發脈沖去驅動可控硅。可控硅觸發電路采用絕緣度高、隔離效果好的光電耦合器。

3結束語

該軟啟動方案設計使得大功率電動機具備了操作簡便、系統穩定的優點，還可根據具體啟動條件要求的不同而對啟動時間進行設定。特別適合50-200kW的大容量大功率電動機的使用，較好地滿足要求。

參考文獻

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