軟啟動(dòng)器學(xué)習(xí)課件

1、 主講人：顧冬銘 2016.06 軟啟動(dòng)器于20世紀(jì)70年代末和80年代初投入市場(chǎng)，填補(bǔ)了星-三角啟動(dòng)器和變頻器在功能實(shí)用性和價(jià)格之間的鴻溝。采用軟啟動(dòng)器，可以控制電動(dòng)機(jī)電壓，使其在啟動(dòng)過(guò)程中逐漸升高，很自然地控制啟動(dòng)電流，這就意味著電動(dòng)機(jī)可以平穩(wěn)啟動(dòng)，機(jī)械和電應(yīng)力降至最小。因此軟啟動(dòng)器在市場(chǎng)上得到廣泛應(yīng)用，并且軟啟動(dòng)器所附帶的軟停車功能有效地避免水泵停止時(shí)所產(chǎn)生的“水錘效應(yīng)”。 異步電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)良的性能及無(wú)需維護(hù)的特點(diǎn)，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而由于其起動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生較大沖擊電流（一般為Ie的5-8倍），同時(shí)由于起動(dòng)應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。國(guó)家有關(guān)部門對(duì)電機(jī)起動(dòng)早有明確規(guī)定，即

2、電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電網(wǎng)電壓將不能超過(guò)15%。解決辦法有兩個(gè)：增大配電容量，采用限制電機(jī)起動(dòng)電流的起動(dòng)設(shè)備，如果僅僅為起動(dòng)電機(jī)而增大配電容，從經(jīng)濟(jì)角度上來(lái)說(shuō)，顯然不可取。為此，人們往往需要配備限制電機(jī)起動(dòng)電流的起動(dòng)設(shè)備，過(guò)去人們多采用Y/轉(zhuǎn)換，自耦降壓，磁控降壓等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些方法雖然可以起到一定的限流作用，但沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。 伴隨傳動(dòng)控制對(duì)自動(dòng)化要求的不斷提高，采用可控硅為主要器件、單片機(jī)為控制核心的智能型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)設(shè)備軟起動(dòng)器，已在各行各業(yè)得到越來(lái)越多的應(yīng)用，由于軟起動(dòng)器性能優(yōu)良、體積小、重量輕，并且具有智能控制及多種保護(hù)功能，而且各項(xiàng)起動(dòng)參數(shù)可根據(jù)不同負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，其負(fù)載適應(yīng)性很強(qiáng)。因此

3、電子式軟起動(dòng)器將逐步取代落后的Y/、自耦減壓和磁控式等傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)設(shè)備成為必然。 電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能型軟起動(dòng)器得到廣泛應(yīng)用。智能型軟起動(dòng)器是一種集軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新穎電機(jī)控制裝置，又稱為SoftStarter。它不僅實(shí)現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑的起動(dòng)電機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)，如限流值、起動(dòng)時(shí)間等。此外，它還具有多種對(duì)電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備的諸多弊端。在工程中最常用的就是三相異步電機(jī)，由于其電機(jī)啟動(dòng)特性，這些電動(dòng)機(jī)直接連接供電系統(tǒng)啟動(dòng)（硬啟動(dòng)），將會(huì)產(chǎn)生高達(dá)電機(jī)額定電流57倍的沖擊電流，使得供電

4、系統(tǒng)和串聯(lián)的開(kāi)關(guān)設(shè)備過(guò)載。另一方面，直接啟動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生較高的峰值轉(zhuǎn)矩，這種沖擊不但會(huì)對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生沖擊，而且也會(huì)使機(jī)械裝置受損，還會(huì)影響接在同一電網(wǎng)上其他電氣設(shè)備正常工作。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)電子軟起動(dòng)器的誕生解決了這個(gè)問(wèn)題。它既能改變電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，更能保證電動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)，又能降低起動(dòng)沖擊，因此隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，智能型軟起動(dòng)器將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。1.引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，影響同電網(wǎng)其他設(shè)備的運(yùn)行交流電動(dòng)機(jī)在全壓直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的57倍，當(dāng)電機(jī)的容量相對(duì)較大時(shí)，該起動(dòng)電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓的急劇下降，影響同電網(wǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行。軟起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流一般為額定電

5、流的23倍，電網(wǎng)電壓波動(dòng)率一般在10%以內(nèi)，對(duì)其他設(shè)備的影響非常小。2.對(duì)電網(wǎng)的影響對(duì)電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：超大型電機(jī)直接起動(dòng)的大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對(duì)電網(wǎng)的沖擊，常常會(huì)引發(fā)功率振蕩，使電網(wǎng)市區(qū)穩(wěn)定。起動(dòng)電流中含有大量的高次諧波，會(huì)電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護(hù)動(dòng)作，自動(dòng)控制失靈等故障。軟起動(dòng)是起動(dòng)電流大幅降低，以上影響可完成免除。3.傷害電機(jī)絕緣，降低電機(jī)壽命 大電流產(chǎn)生的熱量反復(fù)作用于導(dǎo)線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。大電流產(chǎn)生的機(jī)械力使導(dǎo)線相互摩擦，降低絕緣壽命。高壓開(kāi)關(guān)合閘時(shí)觸頭的抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)在電機(jī)定子繞組上產(chǎn)生操作過(guò)電壓，有時(shí)會(huì)達(dá)到外加電壓的5倍以上，

6、這樣，高的過(guò)電壓會(huì)對(duì)電機(jī)絕緣造成極大傷害。軟起動(dòng)時(shí)，最大電流降低一半左右，瞬時(shí)發(fā)熱量?jī)H為直起的1/4左右，絕緣壽命會(huì)大大延長(zhǎng)，軟起時(shí)電機(jī)端電壓可以從零起調(diào)，可完全免除過(guò)電壓傷害。4.電動(dòng)力對(duì)電機(jī)的傷害大電流在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)造成夾緊松動(dòng)、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。軟起動(dòng)時(shí)，由于最大電流小，則沖擊力大大減輕。5.對(duì)機(jī)械設(shè)備的傷害全壓直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機(jī)械設(shè)備上，會(huì)加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風(fēng)葉疲勞甚至折斷風(fēng)葉等等。軟起動(dòng)的轉(zhuǎn)矩不會(huì)超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩，上述弊端可以完全克服。工作原理軟啟動(dòng)器（軟啟動(dòng)

7、器）是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置。軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過(guò)程相反

8、，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟起動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓，即為軟起動(dòng)，在軟起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。軟起動(dòng)一般有下面幾種起動(dòng)方式。1、斜坡升壓軟起動(dòng)：這種起動(dòng)方式最簡(jiǎn)單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點(diǎn)是，由于不限流，在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對(duì)電網(wǎng)影響較大，實(shí)際很少應(yīng)用。2、斜坡恒流軟起動(dòng)：這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)

9、先所設(shè)定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過(guò)程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短。該起動(dòng)方式是應(yīng)用最多的起動(dòng)方式，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的起動(dòng)。3、階躍起動(dòng)：開(kāi)機(jī)，即以最短時(shí)間，使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，即為階躍起動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速起動(dòng)效果。4、脈沖沖擊起動(dòng)：在起動(dòng)開(kāi)始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)，以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，連入恒流起動(dòng)。該起動(dòng)方法，在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。籠型電機(jī)傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式有Y-q起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、電抗器起

10、動(dòng)等。這些起動(dòng)方式都屬于有級(jí)減壓起動(dòng)，存在明顯缺點(diǎn)，即起動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)二次沖擊電流。軟啟動(dòng)器是通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制輸出電壓。因此，軟啟動(dòng)器從本質(zhì)上是一種能夠自動(dòng)控制的降壓?jiǎn)?dòng)器，由于能夠任意調(diào)節(jié)輸出電壓，作電流閉環(huán)控制，因而比傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式（如串電阻啟動(dòng)，自耦變壓器啟動(dòng)等）有更多優(yōu)點(diǎn)。例如滿載啟動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵等變轉(zhuǎn)矩負(fù)載、實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟停止、應(yīng)用于水泵能完全消除水錘效應(yīng)等。1、啟動(dòng)完畢旁路接觸器BY-PASS，端子1和端子2當(dāng)啟動(dòng)完成時(shí)，內(nèi)置觸點(diǎn)便會(huì)閉合，使旁路接觸器KM閉合。而停車指令發(fā)出時(shí)內(nèi)置觸點(diǎn)便會(huì)打開(kāi)。2、故障信號(hào)BREAK，端子3,4此內(nèi)附觸點(diǎn)為常開(kāi)觸點(diǎn)，故障發(fā)生時(shí)閉合。3、聯(lián)鎖延

11、時(shí)繼電器DELAY，端子5,6此觸點(diǎn)為常開(kāi)觸點(diǎn)，起動(dòng)經(jīng)延時(shí)0240S后變?yōu)殚]合。4、瞬停輸入EMS，端子7屬于外部故障信號(hào)輸入，可用于外接熱繼電器等開(kāi)關(guān)量的保護(hù)。運(yùn)行中必須使此端子與端子10接通，斷開(kāi)時(shí)停機(jī)。 5、三線控制方式，端子8,9,10此方式可用于外接開(kāi)機(jī)，停機(jī)按鈕6、接地端子11當(dāng)安裝板接地后，可就近接于安裝板上。7、工作電源端子12,13將N（中性線）接于端子13,L(相線)接于端子12主要分類1、根據(jù)電壓分類：高壓軟啟動(dòng)器、低壓軟啟動(dòng)器；2、根據(jù)介質(zhì)分類：固態(tài)軟啟動(dòng)器、液阻軟啟動(dòng)器；3、根據(jù)控制原理：電子式軟啟動(dòng)器、電磁式軟啟動(dòng)器；4、根據(jù)運(yùn)行方式：在線型軟啟動(dòng)器、旁路型軟啟動(dòng)器

12、；5、根據(jù)負(fù)載：標(biāo)準(zhǔn)型軟啟動(dòng)器、重載型軟啟動(dòng)器。主要功能1、過(guò)載保護(hù)功能：軟起動(dòng)器引進(jìn)了電流控制環(huán)，因而隨時(shí)跟蹤檢測(cè)電機(jī)電流的變化狀況。通過(guò)增加過(guò)載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式，實(shí)現(xiàn)了過(guò)載保護(hù)功能，使電機(jī)過(guò)載時(shí)，關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。2、缺相保護(hù)功能：工作時(shí)，軟起動(dòng)器隨時(shí)檢測(cè)三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護(hù)反應(yīng)。3、過(guò)熱保護(hù)功能：通過(guò)軟起動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過(guò)允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。4、測(cè)量回路參數(shù)功能：電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，軟啟動(dòng)器內(nèi)的檢測(cè)器一直監(jiān)視著電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并將監(jiān)測(cè)到的參數(shù)送給CPU進(jìn)行處理，CPU將監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行分析、存

13、儲(chǔ)、顯示。因此電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器還具有測(cè)量回路參數(shù)的功能。5、其它功能：通過(guò)電子電路的組合，還可在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護(hù)。主要特點(diǎn)1、在結(jié)構(gòu)上采用電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器作為控制輸出執(zhí)行元件，控制邏輯用 PLC 可編程控制器實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，采用數(shù)字監(jiān)控和數(shù)字設(shè)定，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，也便于維護(hù)。同時(shí)具有外控功能，可根據(jù)使用情況進(jìn)行連接，方便控制。2、電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)提供平滑漸進(jìn)的啟動(dòng)過(guò)程，減少啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)或發(fā)電設(shè)備的沖擊，將啟動(dòng)電流控制在安全范圍內(nèi)，改善了原控制系統(tǒng)因啟動(dòng)電流較大沖擊廠用電源而影響其它設(shè)備正常運(yùn)行的狀況。3、啟動(dòng)過(guò)程采用雙向可控硅，啟動(dòng)過(guò)程完成后，接觸器短接可控硅的控制方式，避免了用接觸器直接控制電動(dòng)機(jī)使觸點(diǎn)易拉弧、粘連、燒壞等故障的發(fā)生，同時(shí)也節(jié)約了能源。4、軟啟動(dòng)、軟停車方式，降低設(shè)備的振動(dòng)和噪聲，減少機(jī)械應(yīng)力，延長(zhǎng)發(fā)電設(shè)備及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)