可控硅型高压交流异步电机软起动装置(1)

可控硅型高压交流异步电机软起动装置■　哈尔滨九洲电气股份有限公司　　李超

摘要：本文介绍了一种高压大功率交流异步电机软起动装置，它采用了高压可控硅模块作为功率元件，通过调整可控硅的导通角来改变输出电压的平均有效值大小，从而调节电机的起动电流。关键词：软起动器、可控硅

１　引言　　在现代工业领域中，交流电动机作为重要的动力装置，其应用非常广泛。然而，在不采用任何起动装置的情况下，直接加额定电压到定子绕组起动电动机时，电机的起动电流可达额定电流的５－８倍，并且电动机转速在很短的时间内由零上升到额定转速，此瞬间内过大的扭矩冲击和过大的起动电流，不仅会使电动机发热，降低使用寿命，同时也会造成电网电压下降，影响其它设备的正常运行。因此，当电机起动时，通常不允许直接起动，而要求采用专门的起动设备来完成正常的起动工作，尤其当频繁起动、起动大功率电机时更是如此。

　　为了解决这一难题，市场上先后出现了液阻软起动器、磁饱和软起动器等，它们都能够在一定程度上降低电机的起动电流。随着科技的高速发展，大功率可控硅的应用越加广泛。新型的可控硅型高压大功率异步电机软起动装置，通过改变可控硅的触发角度，可以平滑地改变输出电压的大小，使电机的起动电流更加平稳，使起动电流在最大限度内达到最小值，减小对电网的污染，延长电机使用寿命。　　本文介绍了高压大功率交流异步电机的工作原理以及各种起动方式。

　　２、液态软起动

　　根据电机拖动理论，在电机定子回路串接一特制可变液体电阻，随着电动机的起动，通过ＰＬＣ程序来控制动、定极板间距按预定的设置自动改变，使阻值无级平滑减小，电动机端电压均匀提高。这种方法可以起到横流起动的效果，但液态软起动维护困难，液阻箱容积大，一次软起动后电解液通常会有１０°Ｃ～３０°Ｃ的温升，使软起动的重复性差、控制功能低下、安全性差、对环境温度要求高。　　３、变频器软起动

　　变频调速装置也是一种软起动装置，它是比较理想的一种，它可以在限流同时保持高的起动转矩，几乎涵盖各种类型负载的起动，可以满足不同的负载及工艺起动要求；起动电流很小，而且可根据工况进行适宜性调整。但是，尽管变频器作为先进节能的高技术电子技术产品，有着其它起动方式不可比拟的优点，但它也存在着一些不足之处，高次谐波的问题；维护与检修问题；投资价格过高造成的一次投资与收益问题。变频器用于电动机的调速控制时，节能效果好，受益明显。但是，如果工作现场不需要变频调速，变频器器只作为同步电机的起动设备，并没有充分发挥变频器的调速性能优势，似乎造成资源的浪费。　　４、可控硅软起动器

　　１、普通电抗器起动

　　这种方式是在电机定子回路串电抗器，起动电流为额定电流的３．５～５倍，且电流不可控、不可调；起动时间不可调，电机起动决定于电机及负载本身的特性；对电网的电流冲击及对传动机构的机械冲击较大。

　　固态是采用电力电子技术、可控硅移相技术、微处理技术及现代模糊控制技术于一体的具有先进科技水平、工作运行安全可靠的电机控制装置，它具有很多传统电机起动装置无法比拟的优点，其起动方式多样，电压斜坡曲线可调，限流倍数和时间可调，并且保护全面，使用安全，连续起动次

２　几种软起动器的特点2010.5　27

电工文摘／产品与应用

数多，维护也更加方便。而且随着技术的成熟以及功率器件价格的降低，固态软起动器的价格已比从前有了很大的降低。

电压、电流检测单元用于检测软起动器的输入电压、输出电流大小，并传送给软起动控制系统，控制系统通过计算，发出触发脉冲信号，并通过光纤传送给触发系统。触发系统再触发可控硅，从而实现电机的输入电压调节，缓慢起动电机。

３　可控硅型软起动器的工作原理　　　　固态软起动器采用单向可控硅反并联作为功率器件，单向可控硅的导通角度为１８０°时，可控硅将完全导通，此时可控硅的交流输出电压为它的输入电压大小。但通过控制可控硅的导通角度，使其在０到１８０°之间变化，就可以改变可控硅的交流输出电压有效值的大小。固态软起动器串接在三相交流相电压与三相交流异步、　同步电动机输入端之间，通过同时调节三个独立的多只反并联晶闸管的导通角度，来改变三相异步、同步电动机的交流输入电压幅值，因此改变了三相输入电流的有效值，从而达到了恒流起动或电压按一定斜率变化起动的目的。当起动完成后，三相旁路接触器自动吸合，电动机投入电网运行。

　　图２　　可控硅型软起动器基本组成

５　起动方式　　由于采用了可控硅控制和微处理器的控制，使得异步电机软起动器的起动方式更加灵活，适合不同场合的电机起动。异步电机软起动器的起动方式大体分为电压斜坡起动、限流起动和突跳起动。　　　　５．１　电压斜坡起动

　　电压斜坡起动是一种电流开环控制的起动方式。用户根据电机负载情况，现场工况来设定一个起动初始电压转矩、起动斜坡上升时间，软起动器即根据此曲线调节电压大小，电压按照斜坡曲线上升。初始电压可以在０至１００％全压之间无级设定的，斜坡上升时间也可以在一定范围内无级设定，这样用户就可以针对不同的电机，设定最适合起动的电压斜坡上升曲线。　　

　　图１　　可控硅型软起动器主回路原理图

４　可控硅型软起动器的基本组成　　可控硅型软起动器一般由高压可控硅、旁路接触器、电压、电流检测单元、控制系统、触发驱动系统以及液晶键盘部分组成。液晶键盘用于设置起动参数，并显示起动状态。

　图３　电压斜坡软起动电压曲线

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　　　　５．２　限流起动

　　用的比较多的一种起动方式。起动过程中软起动器根据电机电流的大小时刻调节触发角度，使电机的电流能够限定在设定电流值上不会改变，直至起动完成后电流降到额定电流。这种方式为电流闭环起动，能够限制电机的最大起动电流，这样可以尽量减少对电网的压降，同时可以延长电机的使用寿命。

　　高压大功率异步电动机在起动和运行过程中会发生一些异常情况，一般软起动器应具有如过流、过压、欠压、可控硅过热、触发失败、电机过载、欠载、失相等保护，以此对软起动器和电机的运行状态进行实时监控和保护，来保证电动机的安全和整个系统的正常运行。

６　保护７　结束语　　可控硅型高压大功率异步电动机软起动装置广泛应用于大功率风机、水泵、球磨机、轧钢机等恒速驱动系统，其最大的优点在于起动方式灵活、安全可靠、故障率低。由于采用了可控硅作为主功率器件，使得软起动器的体积大大减

图４　　限流起动电流曲线

５．３　突跳起动

　　有些负载例如带式运输机等在静止情况下会有比较大的阻力矩，必须要有很大的驱动力矩来克服它，使电动机加速。而当带式运输机开始转动以后，静摩擦力变为动摩擦力，所需要驱动力矩相应变小。为了适应这种情况，可以在电压斜坡起动或限流起动之前叠加一个突跳脉冲电压来克服静摩擦力，突跳脉冲的幅值可以在０至１００％全压之间调节，脉冲的时间可以在０至２Ｓ之间调节，以适合不同类型的电机。　　

小，使用寿命更长，起动更加可靠。与传统起动器相比，可控硅型软起动器的技术指标有很大优势，其必将成为今后软起动器的主流产品。

参考文献

［１］汤蕴缨，史乃，沈文豹，电机理论与运行．水利电力出版社，１９８０

［２］高景德，张麟征．电机过渡过程的基本理论和分析方法．北京：科学出版社，１９８２。

［３］甘世红，　刘雨青，　吴燕翔等．高压异步电动机轻载软起动性能研究　．电力电子技术，２００８．

［４］许实章．电机学．３版．北京：机械工业出版社，１９９６．

图５　　突跳起动电压曲线

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