电动机智能软起动的应用

　　摘要：本文针对农用大功率异步电动机通常降低启动电流冲击的措施，提出新的智能软起动概念。进而对其技术性能及功能进行综述。并讨论了应用中的有关问题。旨在进一步推动此新起动方式在农业电气化中的应用。
  
　　关键词：异步电动机　晶闸管调压　智能软起动 

　　异步电动机结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强，使用、安装、维护方便，在农业用电中大多电力负荷均由异步电动机驱动。但它起动电流约为额定电流的5～7倍。电动机容量越大，起动时冲击电流对农网及其负载冲击就越大。所以大功率异步电动机需采用起动装置启动。常用的有自耦变压器降压、串饱和电抗器和Y/△转换降压起动等，靠接触器切换电压实施启动降压，无法根本解决起动瞬时电流尖峰冲击；起动转矩不可调，起动中二次冲击电流对负载产生冲击转矩，当电网电压下降，可能造成电动机堵转；起动过程接触器带载切换，易造成触点的拉弧、损坏等方面问题。 

　　1-全新的起动方式 

　　（1）软起动： 

　　软起动是采用软件控制方式来平滑起动电动机，一方面控制方式以软（件）控强（电），另一方面控制结果将电机起动特性由"硬"平滑为"软"，故被称之为"软起动"。它又分为两种：一种是采用变频恒矩限流；另一种是采用晶闸管调压起动，又称智能软起动。 

　　（2）两类软起动的对比： 

　　①技术性能。采用变频调速起动，起动时具有良好的静、动态性能，就是在低速情况下也能随意调节电动机转矩，能以恒转矩起动电动机，起动电流可以限制在150%额定电流。
 
　　采用智能软起动，起动时由于转矩是按电压比的平方减少，因此起动转矩很小。软起动器有电流反馈，也可采用恒流起动，即在起动过程中保护起动电流不变，直到电动机接近同步转速。
 
　　从技术性能方面考虑，变频调速起动适用于较大起动转矩的负载，一般是大于50%的场合，例如往复式空压机、离心分离机、带负载的输送机、破碎机、螺旋式或振动式给料机、活塞式泵、带飞轮冲压机。智能软起动适用于较小转矩的负载，一般是小于50%的场合，例如旋转式空压机、离心式风机、离心泵、空载起动的输送机、各种空载起动的设备。 
　　②经济性。采用变频器调速起动比智能软起动的投资费用高两倍甚至三倍。 

　　综合以上技术性能和经济性，对农网而言，当前受欢迎、能实际推广的起动方式当数后者。
 
　　（3）智能软起动： 

　　智能软起动主要由串接于电源与被控电动机之间三对反并联晶闸管调压电路构成，以单片机为控制核心，整个起动过程是数字化程序软件控制下自动进行。利用三对晶闸管的电子开关特性，通过起动器中的单片机，控制其触发脉冲的迟早来改变触发角的大小。而触发导通角的大小，又改变晶闸管的导通时间，从而最终改变加到定子绕组的三相电压的大小。异步电动机定子调压的结果，一方面其转矩近似与定子电压的平方成正比，另一方面电动机的电流又和定子电压成正比。从而电动机的起动转矩和初始电流的限制可以通过定子电压的控制来实现，而定子电压又是通过可控硅的导通相角来控制的，所以不同的初始相角可实现不同的端电压，以满足不同的负载起动特性。电动机起动过程中，晶闸管的导通角逐渐增大，晶闸管的输出电压也逐渐增加，电动机从零开始加速，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无级平滑起动。电动机的起动转矩和起动电流的最大值可根据负载情况设定。 

　　2-智能软起动的技术特性与功能 

　　（1）基本特性： 

　　①采用单片机全数字自控监控。起动时起动电流以恒定的斜率平稳上升，对电网无冲击电流，不会造成大的电压降落，保证了电网电压的稳定。启动转矩、电流、电压、时间可按负载不同而设定，可取得最佳的电流冲击和最佳的转矩控制特性。极大地减少了电动机转矩对负载的冲击，也满足了不同工作对象对起动转矩的不同要求，保护了驱动机构。 

　　②电动机起动不受电网电压波动的影响。由于在晶闸管的移相电路中，引入了电流反馈，因而使电动机在起动过程中保持恒流、平稳起动。同时，由于以起动电流为定值整定，当电网电压上下波动时，通过控制电路自动增大或减小晶闸管导通角来维持原设定值，可保护起动电流恒定。有的还采用双电源隔离，保证控制部分不受各种强电干扰。 
　　③根据工作对象的不同，可选择多种起停方式。而采用不同的起动方式，其起动力矩也不同。一般软起动的初始转矩可根据用户要求在锁定转矩的0%～90%范围内选择，从初始力矩水平开始，电动机的电压在斜坡加速时间内无级增加，加速的斜坡时间由用户设定。可以自由停车和软停车，软停车时间可调节。软停车特性大大延长电气触点寿命。 

　　④结构简单，重量轻，无噪音，占地小。作为无触点控制，其使用寿命比传统的接触器大大延长，若使用得当，可长达几十年，全免维修。而且安装、操作、使用简便。平滑、渐进的起动过程亦降低设备的振动和噪声，延长转动机寿命，并改善了工人的劳动环境。 

　　⑤可选择过流、过载、电源缺相多种保护，保证了设备和电机的安全。提供设备的监控保护的快速故障诊断信息，如限流、过载、缺相、转子堵转等。保护整定值可由用户指定，保护性能可靠。有的还具相序自动识别、相序保护功能。 

　　⑥带标准的RS232C接口，具有通信功能。通过标准接口传输数据，可集成网络化，实现分散控制，集中管理。全数字设定和外控功能大大方便用户。人机界面友好：工作时显示工作电压，工作电流，最大电流；故障时显示故障，性能价格比高。方便的外控接口具有数字延时起动控制；软停控制输入；起动延时继电器输出；故障继电器输出等多种功能。 

　　（2）起动特性： 

　　①限流型：限制起动电流，降低起动压降，任意调整，键盘设定。 

　　②电压控制型：设定允许电压降百分值，自动测量压降并限制压降。通过测量压降自适应控制起动电流。调试数据电脑自动记忆，运行时由智能程序自动监控运行。 

　　③转矩控制型：对电机运行特性的控制，尤其是在起动和停止期间。对电机和起动器的过载保护。对传动机械的保护，清除浪涌转矩并降低冲击电流。在给定区间内控制加速转矩和按应用要求调节电机转矩。
 
　　④转矩控制加突跳型：如果转矩控制起动时间长，通过转矩突跳克服静转矩，加快起动周期。 

　　（3）停车特性： 

　　①自由停机：自由掉电停机，外故障停机，自复位可编位。 

　　②软停机：0～200s（t=Os为自由停机）自设定。电机停车传统方式为自由停机，既通过瞬间停电来实现。但如皮带运输机、升降机等许多负荷并不宜突然停机，软停车功能正好能满足此要求。晶闸管在收到软停机信号后，导通角渐减，经一定时间才过度到全关，即电动机端电压渐减至零。停车时间可按实际需要设定。 

　　③制动停机：0～60s自设定，强制停机。 

　　（4）控制及通讯功能： 

　　①控制输入：无源开关量（无源触点）。起动：瞬停；软停；手、自动切换；共用端五种。
 
　　②控制输出：旁路；延时；故障输出三种。
 
　　③电流输出：4～20ma。 

　　④计算机通讯：RS232或RS485。 

　　⑤显示器：正常时，显示电动机运行电流或电压；故障时；显示故障内容。 

　　⑥键盘：设定参数；接点功能；锁停。 

　　（5）系统保护功能： 

　　①电子速断保护：内置，起动、运行、软停时输出短路，报警并动作； 

　　②单相接地保护：故障时报警并停车； 

　　③过电压保护：故障时报警并停车；  

　　④过负荷保护：故障时先报警，后停车； 

　　⑤断相保护：电动机上、下口断相对报警并停车； 

　　⑥倒相保护：电动机上口倒相时报警并不启动。 

　　（6）维护及管理功能： 

　　①故障自诊断，短路、过电压、单相接地、电机过载、堵转，加智能程序可判断拖动系统工况； 

　　②故障显示与继电器接点输出； 

　　③模块化组合设计，根据故障显示内容，5min排除故障； 

　　④可带4～20mA模拟量电流输出口，输出电机的起动电流和运行电流值； 

　　⑤可带计算机通讯接口（RS232C），可联上位微机管理或遥信。 

　　3-智能软起动的应用 

　　选用原则：在农业电气化实际应用中，一般根据下述原则来选用， 

　　①功率较大，直接起动对电网产生不允许的冲击的电动机； 

　　②防止起动时产生力矩冲击，而使转动机械断裂、损坏的场合；
 
　　③较频繁起动的电动机（软起动装置一般允许起动10次/h，而使电动机不致过热）；
 
　　④需重载起动，且正常负载所需运行负载力矩又比大一号电动机额定转矩小得多的电动机； 

　　⑤需防止水锤效应，防止管道破裂的泵类负载； 

　　⑥拖动负载需特殊功能的电机。如突跳、平滑加速、减速、快速停止、低速制动和准确定位等。