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1、电动机软启动一.沟通异步电动机的启动 沟通异步电动机的启动是指电动机接通电源到稳定运行的过程。电动机的启动分干脆启动和启动器启动两种。20222022年年1111月月6 6日日1 12、原理图1.电动机干脆启动 电动机干脆启动也称全压启动，电动机干脆接入电网额定电压，电动机三相定子绕组在获得全部电压下启动。优点：简洁、经济、牢靠缺点:(1)启动电流大 IS（5-8）Ie 启动转矩并不大 TS（0.9-1.3）Te 则 启动转矩较小TS1.1Te,重载时，电机出现堵死现象，电机启不动，时间长后损坏电机。20222022年年1111月月6 6日日7 7 .电流过大会使电源变压器输出电压下降，严峻时
2、出现:A.启动转矩严峻下降（TU12），可能无法启动。B.影响同一电网的其它电气设备正常运行。C.严峻时使供电系统因为过载跳闸。(2).产生峰值转矩（突发转矩）：对电机本身和负载传动产生冲击，产生不良后果。20222022年年1111月月6 6日日8 82.接受启动器启动 希望启动电流小，启动转矩大，削减冲击。由电机理论可知接受启动器启动可以实现。（1).降低启动电流方法：降低电源电压加大定子或转子边的电阻或电抗。（2）.增大启动转矩方法，适当增大转子电阻削减电源频率（3）削减冲击方法：启动转矩斜坡式增大。20222022年年1111月月6 6日日9 93.启动方式的选择依据 接受干脆启动必需
3、满足的三个条件：（1）变压器与电动机容量比够大，保证启动时电源电压降在允许范围内。供电系统的压降要求：频繁启动：电压波动10%不频繁启动：电压波动15%（无敏感负载20%）20222022年年1111月月6 6日日1010 单台变压器供电由负载要求的启动转矩确定电压降估算公式：式中：Kst-启动电流倍数 Soth-其它负载容量 STe-变压器容量 KU-变压器阻抗电压降（4.5%）20222022年年1111月月6 6日日11116KV以上高压电动机干脆启动条件：(1)阅历公式（其它负荷0.55STe）.频繁启动 .不频繁启动 式中 Ste-变压器额定容量 式中 Pe-电动机额定功率20222
4、022年年1111月月6 6日日1212(2).启动转矩满足条件:TS1.1Te(或TL)(3).启动冲击要能满足负载机械的要求。20222022年年1111月月6 6日日13134.电动机启动的原理,种类及选用（1）.电动机的启动特性 电动机的等效电路启动瞬间 n=O S=120222022年年1111月月6 6日日1414电动机的机械特性TS-启动转矩（瞬间）Tm-最大转矩TL-负载转矩IS-启动电流（瞬间）n-转速（瞬间）T=f(n)机械特性 I=f(n)电流与转速关系20222022年年1111月月6 6日日1515电磁转矩基本公式电磁转矩计算公式电磁转矩好用公式电磁转矩磁通表示公式2
5、0222022年年1111月月6 6日日1616最大转矩公式（r12不超过（x1+x2）2的5%），r1忽视)过载实力 K=Tm/Te 启动转矩公式（瞬间）n=0 s=120222022年年1111月月6 6日日1717定子电流公式（忽视励磁电流）启动电流公式（瞬间）S=1可见IS与U2,X1、X2、r1、r2 相关20222022年年1111月月6 6日日1818（2）启动器的种类降低电压U1 A.星三角启动（延边三角）B.自藕变压器启动器 C.开关变压器启动器 D.晶闸管软启动器加大定子边电阻或电感（串入）A.定子串电抗器启动器 B.定子串电阻启动器（液组启动器、热变阻启动器、磁控式启动器
6、）20222022年年1111月月6 6日日1919加大转子电阻或电感（串入）A.转子串电阻启动器 B.频敏电阻启动器20222022年年1111月月6 6日日2020（3）启动器的选用 依据不同的供电电网容量，不同的负载及不同的启动性能要求，选择不同类型的启动器，同时考虑启动器的简洁、经济、牢靠、耐用等因素。可参考表1-1，P1320222022年年1111月月6 6日日21215.启动器的现状和发展方向 软启动器是一种时尚，全部的启动器都冠名“软启动器”。理论上分:(1).变频器属于变频启动装置 (2).其它启动器属降压启动装置限制方式分:(1).有极 (2).无极调整原件物理形态分:(1
7、).固态 (2).液态 软启动器指：晶闸管电机软启动器，国家文件称“沟通电动机电力电子软启动器装置”。20222022年年1111月月6 6日日2222（1）目前国内启动器的应用状况.低压启动器：软启动器为主 星三角、频敏变阻启动器少数高压启动器：液阻启动器为主 磁控式启动器少数 软启动器不多，势在增多20222022年年1111月月6 6日日2323（2）高压软启动器的产品现状 产品成熟公司：美国AB、英国CT、法国TE，施耐德、瑞典ABB、德国西门子，AE等。国内处于起步阶段：奥托3KV-15KV、摩鹰20222022年年1111月月6 6日日2424（3）晶闸管电机软启动器是目前最先进的
8、也是今后的发展方向 接受了现代限制理论，计算机技术和电力电子技术相结合的高科技产品。优势：1.依据不同负载要求设置启动电流、转矩、时间及停机时间等参数。2.启动平滑性能好。3.较强的爱护功能、维护少、寿命长。20222022年年1111月月6 6日日2525不足：1.启动过程中产生高次谐波较多,影响电机性能，易发热。2.目前性价比较高。本次重点讲解：晶闸管电动机软启动器，简称软启动器（非其它形式的启动器）20222022年年1111月月6 6日日2626二.软启动器的原理与主电路的结构 晶闸管电机软启动器实质就是晶闸管沟通调压器，通过这个沟通调压器来变更加到电机上的电源电压。1.晶闸管沟通调压
9、器的原理及特点。如图所示，每相由二只晶闸管反并联连接串入，通过对晶闸管的限制就可以对沟通电压进行调压。20222022年年1111月月6 6日日2727（1）晶闸管的限制方法相位限制 相位限制是通过限制晶闸管的通断限制电源电压的输出波形的限制方式。不同的限制角可以得到不同的输出电压。U=f(),从而起到调压的作用。限制角 150过零点为0 导通角 =180-+续流角 功率因数角20222022年年1111月月6 6日日2828 当 时，每只晶闸管导通角为180，不起调压作用。当150时，从三相电压波形可知，当A相相位大于150以后，UAUB，晶闸管上是反电压，不导通，不起调压作用。202220
10、22年年1111月月6 6日日2929通断限制 这种方法是限制晶闸管的同或断，使电源电压波形在限制周期T内通过几个周期，关断几个周期达到调压的目的。晶闸管的限制角一般为0。优点：产生谐波少 缺点：A.通断交替周期较长，输出电压波动大 B.电源断开间隙，电机处于发点电状态 电源接通瞬间产生较大的电冲击，不适合用作电机软启动。20222022年年1111月月6 6日日30302.软启动器主电路结构（1）低压软启动器主电路结构 VT1、VT4两个晶闸管反并联、调压元件 L1、L2互感器二次信号输出（电流）R、C吸取电路，吸取瞬态电压尖峰，抑制正向电压上升率du/dt RV 压敏电阻，过压爱护2022
11、2022年年1111月月6 6日日3131 三相全控Y接法。电源正负半圆对称，负载只产生奇次谐波电流，无偶次谐波电流和直流重量 三相全控接法，无中性线性能同Y接法。20222022年年1111月月6 6日日3232.三相全控内接法特点是晶闸管上的电流小，耐压高（线电压）引线端多，运用较少其它方式的好用价值不大20222022年年1111月月6 6日日3333（2）高压软启动器的主电路结构具有两种软启动器结构形式：晶闸管干脆串联形式和开关变压器形式晶闸管干脆串联形式 这是由低压软启动器演化而来，工作原理与结构形式相同，只是单个晶闸管耐压达不到水平，因此，每个臂由多只晶闸管串联组成，称为高压晶闸管
12、阀。20222022年年1111月月6 6日日3434下图为6KV高压软启动器的结构 KM：真空接触器，晶闸管旁路接触器。三只晶闸管相串联，共18只晶闸管。20222022年年1111月月6 6日日3535特点要求：A.晶闸管的一样性尽量好B.实行均压措施，解决晶闸管静态和动态均压问题。C.同一臂各个晶闸管的触发信号同步性要好。D.晶闸管阀的额定电压要足够高，一般是电压幅值的 3倍以上。突出的问题是均压问题，技术难度较大，成本较高，高压变频器实行了其它多种方案，避开这问题，其它方案在探讨之中。开关变压器形式只是其中一种方式。20222022年年1111月月6 6日日36363.软启动器的系统结
13、构（1）基本配线图20222022年年1111月月6 6日日3737（2）系统框图 20222022年年1111月月6 6日日3838 同步检测：找出电源的过零点作为限制角的起始点。触发脉冲系统：依据微电脑发出的限制信号，形成触发脉冲，经隔离放大后，限制晶闸管门极。电流检测：测出输出电流值送入微电脑，用作限制计算参数（触发角，爱护等）。操作盘：用作参数设置和操作。显示：显示相关功能和参数值。接口电路：处理I/O信号。20222022年年1111月月6 6日日3939（3）电动机软启动时的机械特性电动机不同电压的机械特性nO=60f1/p=CTU220222022年年1111月月6 6日日404
14、0三.软启动器的限制方式限制方式的几个发展阶段:电压斜坡限制式 电流斜坡限制 闭环电压，电流限幅限制 闭环转矩限制 发展方向：自适应限制、模糊限制、智能限制、不断提高性能。20222022年年1111月月6 6日日41411.电压斜坡限制方式电压斜坡限制方式是原始的限制方式，其他方式都是在此基础上发展的。Ud作为积分电路输入斜坡斜率确定于积分时间，可设定无反馈系统，仅过电流爱护。电压斜坡式限制原理框图20222022年年1111月月6 6日日4242 U0为初始电压，能使负载转动所须要的最小电压值。需反复调试确定合理的U0后才能达到较志向的效果。20222022年年1111月月6 6日日434
15、3附加功能电压突跳功能：在斜坡启动方式的电压曲线上叠加一个短时脉冲电压UK。启动初始产生一个较大的启动转矩。解决具有较大静转矩负载的启动，如：球磨机。电流限幅功能：限制启动电流值不超过希望值。20222022年年1111月月6 6日日4444A.干脆限制电流 20222022年年1111月月6 6日日4545电流限幅限制方式原理框图20222022年年1111月月6 6日日4646B.通过限制启动电压来限制电流 适用于恒转矩负载。电网容量有限，在允许电流下启动。20222022年年1111月月6 6日日47472.电流斜坡限制方式 在电流限幅限制的基础上，在启动初始阶段t1，启动电流按电流斜坡
16、线上升，直至电流限幅值。适用于风机水泵类 负载，启动初始需 要启动转矩较小，这种有较好的启动 平滑性。20222022年年1111月月6 6日日48483.转矩限制方式 大功率电动机启动过程后期，由于功率因数变更较大，电机转速常常超过同步转速，经震荡过程后方稳定运行的“超标”现象。惯性越小越严峻，电流闭环限制会造成输出电流下降，经PID调整后，反而增大输出，使电机输出转矩更大，加增“超标”造成系统震荡，接受转矩限制方式可解决这个问题是自不待言的。20222022年年1111月月6 6日日4949TF电机实际转矩TD为设定的转矩斜率与限幅曲线 转矩传感器检测 相关参数计算 这样的软启动器能使在启
17、动过程中，电机的输出转矩与设置的转矩一样。达到满足的启动效果。20222022年年1111月月6 6日日50504.运行限制方式 晶闸管全通运行 旁路运行（按旁路接触器）选用合适功率电机 降压运行（1）全压运行（2）节能运行（轻载）20222022年年1111月月6 6日日51515停车方式(1)自由滑行，停车时断开电源 TB=TL 能耗制动 机械动能耗于转子 反接制动 制动转矩较大TB=(-TN1)+TL 冲击电流较大 n=0断开电源(3)软停车：停车时输出电压按斜坡曲线下降TB=TC-TM，停车时间大于自由滑行，特别缓慢。(2)制动停车20222022年年1111月月6 6日日5252四.
18、软启动器的爱护（晶闸管）1.过电流爱护措施 常规爱护:断路器、过电流继电器、过载热继电器、熔断丝。内部过电流爱护功能。2.过压爱护 尽量削减通断大电感、大电流设备。实行压敏电阻、RC吸取等措施。3.抑制电压电流的变更率（di/dt du/dt ）du/dt-RC缓冲电路 di/dt-串电感20222022年年1111月月6 6日日5353五 软启动器的选用1.选型 依据“沟通电动机电力电子启动装置”的规定选择。AC52（a/b）滑环电动机 AC53（a/b）笼型电动机 AC58（a/b）封闭制冷压缩机中电动机（自动复位过载脱扣）20222022年年1111月月6 6日日5454其中 a：全压软
19、启动器限制 b：全压接触器限制 2.结构选择：现场实际选择 3.外壳防护等级选择：现场实际选择 4.容量选择：一般按表7-21选择20222022年年1111月月6 6日日5555下列状况需适当加大容量.重载状态运行（软启动全压运行，节能运行）晶闸管长期处于工作状。.电机频繁启动，周期小于厂家规定值。.供电电源容量太小，启动时降压过大，启动时间过长。.启动时间短，负载惯性大。.启动过程中具有较大冲击电流的负载。20222022年年1111月月6 6日日5656六 软启动的应用举例1.应用的基本电路种类 全压软启动限制 旁路接触器限制(2)正反转限制(3)多速电机限制(4)一拖几限制 多台电机并
20、联启动 多台电机依次启动 (1)一般软启动20222022年年1111月月6 6日日57572.软启动器在变频恒压供水上的应用（1）水泵的水锤效应及空化现象 由于水（液体）流淌性、压缩性较小，当水泵快速启动时，供水量猛增，短时间内水流量巨大变更引起管道壁压强过大的冲击，引起声响如锤击，称水锤效应（现象）。空化现象是水流量巨大变更，引起管道壁压强突减的现象。自由停车时也有水锤效应和空化现象。水锤效应及空化现象会使管道和阀门受到冲击而损坏，明显软启动器启动和停车可抑制水锤效应及空化现象。20222022年年1111月月6 6日日5858（2）软启动器在变频恒压供水上的应用 所谓恒压供水是指通过恒压
21、供水系统限制使供水管道内的供水水压始终保持在恒定值，其关键是由变频器对水泵变频调速实现的。变频调速恒压供水的方案很多，其中有一种较志向的典型方案是变频器调速和软启动器软启动相结合的恒压供水方式。20222022年年1111月月6 6日日5959变频调速和软启动恒压供水原理框图20222022年年1111月月6 6日日6060可以三种运行方式.一台变频器对四台电机循环调速，软启动（停车）。.一台变频器对一台电机调速，三台由软启动器限制软启动（停车）亦可循环.一台软启动器对四台电机软启动（停车）。系统由PC或PLC协调限制。20222022年年1111月月6 6日日6161七.软启动器应用中的主要
22、问题及其处理1.电磁兼容问题 电磁兼容（性）：设备或系统在其环境下能正常工作，且不对该环境中任何其它设备或系统构成不能承受的电磁干扰的实力。软启动器的电磁兼容性应是生产商使自己的产品符合国家规定的指标。作为用户只能在运用过程中实行相应措施减小对外部的电磁干扰和增加自身的抗干扰实力，确保设备的正常运行。20222022年年1111月月6 6日日6262(1)减小对外部的干扰措施 增加隔离变压器 增加输入输出电抗器 提高接地性能 选用屏蔽电缆。(2)增加抗干扰的实力（限制信号）对检测和限制信号引线实行：屏蔽接地，合理布线，隔离变压器，滤波，外套钢管。20222022年年1111月月6 6日日636
23、32.如何看待软启动器的节能问题 软启动器的优势在于使电动机具有良好的启动性能，利用软启动器节能运行要慎重考虑。一些厂家宣称70%以下的负载，可节能20%-50%是虚假说词。实际节电效果70%负载节电小于2%。10%的负载才节电20%（不行能有这样的负载）微小的节电效果又带来极大的副作用，电机转子发热量大，电网高次谐波污染严峻，软启动器长期工作发热等。20222022年年1111月月6 6日日64643.软启动器能应用到绕线式电动机上么?绕线式电机接受转子串接电阻的启动方式既能增大启动转矩（理论上可达到电机的最大转矩）又有限制启动电流的作用，是个较完善的方式。提高运行性能可选用变频调速或绕线电
24、动机调速限制器。20222022年年1111月月6 6日日65654.软启动器接通电源，在未运行时，有输出电压，甚至能使小功率风机运转，正常么？正常，这是由于可控硅半导体器件处于关断状态具有正反向漏电流，mA级，这与可控硅的额定电流相关，一般额定电流越大，漏电流也就越大，较大时会损害人体。20222022年年1111月月6 6日日66665.提高软启动器工作牢靠性的关键是什么?(1).选好设备 信誉好的品牌 放富有量(2).供应较好的运用环境，温度、湿度、清洁度。包括实行防雷措施，接地符合规定要求。(3).做好日常维护工作。软启动器接触器2022年11月6日67八.软启动器常见故障推断及处理1
25、.软启动器系统常见故障（1）上电跳闸或熔断体熔断（短路现象）电源输入端短路 软启动器损坏（2）上电干脆启动（电机全压启动）触点损坏闭合 限制错误测量相间电阻确定旁路接触器20222022年年1111月月6 6日日6868 晶闸管损坏短路 限制错误（3）误停车（自行停车）限制错误 线圈电路损坏软启动器旁路接触器20222022年年1111月月6 6日日69692.软启动器常见故障 （1）“欠压爱护”“过电流爱护”“过载保护”“缺相爱护”“过酷爱护”停机（不工作）。.真故障 “欠压”电压波动大 “过流 过载”负载电流过大 冷却功能不足 工作环境过热电机损坏负载过大和堵转“过热”20222022年年
26、1111月月6 6日日7070“缺相”一相两只反并联晶闸管不工作 触发信号问题晶闸管损坏.假故障A.设置值不合理B.爱护电路失效，一般为取样元件变值或损坏20222022年年1111月月6 6日日7171（2）软启动器不启动（不工作）外部限制信号未到位 软启动器限制板损坏（3）软启动器显示启动，电机未启动 限制板损坏CPU损坏输入电路损坏CPU损坏20222022年年1111月月6 6日日7272（4）电动机无法完成启动（无法达到额定转速）.部分晶闸管损坏，输出电压达不到电源电压。.启动转矩不足，参数设定不合理（启动转矩、限流值等）。（5）通讯故障 一般接插件接触问题，通讯线路问题，上位机问题。20222022年年1111月月6 6日日7373（6）晶闸管损坏及推断 主要是出现过流、过压、过热等现象爱护功能无作为引起。检测方法：.反并联晶闸管阳极与阴极之间电阻值 应为几十K。.每只晶闸管限制极（黑表笔正电源）与阴极之间电阻应在5-100范围内。20222022年年1111月月6 6日日7474