一、概述

三相异步电动机由于结构简单、控制方便、效率高等优点而被水泥企业广泛地应用于机械设备的拖动中。在实际使用中，电动机在起动或停止过程中还存在着一系列问题。全压起动时要产生较大的冲击电流（一般为额定电流Ie的5~8倍）。电动机容量越大，起动时冲击电流对电网及其负载冲击就越大，特别是大容量电机直接起动会对电网及其他负载造成干扰，甚至危害电网的安全运行；同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低。在停机时，如果拖动系统突然失去转矩，靠系统的摩擦转矩克服系统的惯性滑行停车，也给拖动系统带来诸多问题。

解决办法有两个：一是增大配电容量；二是采用限制电机起动电流的起动设备。如果仅仅为起动电机而增大配电容量，从经济角度来说，显然不可取。为此，在水泥厂设计时，对低压大电机需要配备限制电机起动电流的起动设备，常用的有Y/Δ起动，自藕降压起动等方式来实现。这些方法虽然靠接触器切换电压实施启动降压，可以达到降低电流的目的，但没有从根本上解决起动瞬时电流尖峰冲击问题。起动转距基本固定不可调，起动过程中都存在二次冲击电流，对负载机械有冲击转距，且受电网波动的影响，一旦出现电网电压向下浮动，会造成电机堵转、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。严重时烧毁开关、电动机，影响电网其它设备运行。

随着电力电子技术的发展，软起动器作为一个新型电动机起动装置可以克服以上缺点，它是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电机控制装置。目前，水泥企业笼型异步电机的降压起动设备正逐步被软起动器取代。

二、软起动器的工作原理及主要特点

软起动器的工作原理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。现代软起动器基本上都采用了电力电子技术和微机控制技术，以单片微机作为中央控制器控制核心来完成测量及各种控制算法，因此，软起动器具备了很强的功能和灵活性。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，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。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。电动机工作在额定电压的机械特性上。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。

软起动器常用的几种起动方式：

1、限流起动电机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值（Is）的软起动方式。其输出电压从零开始迅速增长，直到输出电流达到预先设置的电流限值Is，然后保持输出电流I<Is的条件下逐渐升高电压，直到额定电压。使电机转速逐渐升高，直到额定转速。这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整。对电网影响小，其缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间。损失起动力矩，对电动机不利。

2、斜坡电压起动这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。顾名思义是电压由小到大斜坡线性上升，它是将传统的降压起动从有级变成了无级，主要用在重载起动，它的缺点是初始转矩小，转矩特性抛物线型上升对拖动系统不利，且起动时间长有损于电机。

3、转矩控制起动用在重载起动，它是将电动机的起动转矩由小到大线性上升，它的优点是起动平滑，柔性好，对拖动系统有更好的保护，它的目的是保护拖动系统，延长拖动系统的使用寿命。同时降低电机起动时对电网的冲击，是最优的重载起动方式，它的缺点是起动时间较长。

4、转矩加突跳控制起动与转矩控制起动相仿也是用在重载起动，不同的是在起动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，缩短起动时间。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷，应用时要特别注意。

5、电压控制起动是用在轻载起动的场合，在保证起动压降下发挥电动机的最大起动转矩，尽可能的缩短了起动时间，是最优的轻载软起动方式。

综上所述不难看出，最适用最先进的起动方式应是电压控制起动和转矩控制起动及转矩加突跳控制起动。目前的软起动器多是限电流起动和斜波电压起动，它是最原始最低级最简单的起动方式，还有的是限流起动和转矩加突跳控制起动。唯有电压控制和纯转矩控制及转矩加突跳控制起动较为先进。

常用停机方式有三种：一是自由停车，二是软停车，三是制动停车。

1、自由停车传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的。即惯性停车（断电自停）；

2、软停车电动机停机时，软起动器将额定电压按软停车设定的时间缓慢降至起始电压Us后停止输出的一种停车方式，它可以消除了由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击。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，经一定时间才过渡到全关，即电动机端电压渐减至零。停车时间可按实际需要设定。

3、制动停车向电机输入直流电流，从而加快制动，制动时间可调，主要用于惯性力矩大的负载或需快速停机的场合，在一定的场合代替了反接制动停车。

三、软起动器的选型及注意事项

目前软起动器的生产厂家很多，有进口也有国产的，原理基本相同。软起动器是一种新型的、性能优良的起动装置，它结合了电力电子技术、自动控制技术和微处理器技术，与传统起动设备相比，具备完善的电机软启动和软停车功能，可保证电机连续而平滑的启动，消除了机械冲击和大电流冲击，有效的延长了电机的寿命和保护了用电线路和负载。目前在市场上有影响力的基本上都是国外产品，如施耐德的TE、罗克韦尔的A-B、ABB、西门子的产品等。

水泥企业在选用软起动器时应主要考虑以下问题：

1、选择软起动器注意负载是标准负载还是重载负载。根据负载性质的不同来选择不同类型的起动器。

(1)如果负载是离心泵(消防泵、喷淋泵、水泵等)，则需利用泵控制功能，减少起动和停止时液流冲击所产生的系统水锤现象的发生，所以必须用选带泵控制功能的软起动器，如另带欠载保护或相位颠倒保护的则更好；

(2)负载是通风机的话，利用软起动功能，减少皮带磨损和机械冲击，并可利用停机时制动转矩功能；

(3)负载是搅拌机、破碎机、提升机等，利用双斜坡起动和预置低速运行，避免机械损坏；

(4)负载是输送设备，可利用软起动和预置低速功能，实现平滑开停，软停车消除了由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击，避免产品移位和液体溢出；

(5)具有通讯端口可实现网络通讯与远程控制。若有计算机联网要求，在选择软起动器时注意它的智能化程度，是否带微机接口，接口是否带有通讯地址和程序，是否能达到通讯控制以及故障自珍诊断功能等。

2、根据电动机的标称功率、电流及负载性质选择起动器。一般软起动器容量稍大于电动机工作电流即可，对水泥厂的一些重载负荷时应加大一档使用，如：破碎机、球磨机、提升机、长皮带、搅拌机、风机等，同时适当考虑散热因素。

3、其他方面，还要考虑是否保护功能完备

(1)如过电流保护、过压保护、单项接地保护、上下口断相保护、三相不平衡保护、相位颠倒保护等。不带过载保护的，必须另加热继电器保护。

(2)有的软起动器一般不带短路保护，需外加快速熔断器并与晶闸管容量匹配，它能使晶闸管在连接负载发生短路时受到保护，低压断路器一般不能保护软起动器。进线电抗器可限制主电源的谐波干扰，当几台起动器接于同一电源时建议使用进线电抗器。

(3)软起动器至电动机的接线要特别注意，大部分是3根出线，但部分产品也有6根出线的。软起动器可安装在有功率因素补偿器的系统中，但电容器必须位于软起动器的电源进线一侧，以避免电容器放电损坏软起动器的晶闸管，另外在电源和电容之间接入电感线圈。软起动器大多带正常运行和故障信号辅助触点，供工程设计选用。

(4)软起动器允许长期在额定负载工况下运行，可以用旁路接触器，在起动完毕后把它短接。切除后要注意电动机运行回路是否还有过载热保护功能。在实际应用过程中，若工艺条件许可，用一台软起动器起动多台电动机时，其容量应根据电动机中最大的起动负荷考虑，可大大节省投资费用。

(5)机柜内安装软起动器时要考虑散热空间。软起动器在通过电流时将会产生热耗散，安装时应注意在其上、下方留出一定空间，软起正上方不能放电器元件，以使空气能流过其功率模块。当软起动器额定电流较大时，要采用风机降温，风机的电源可取自电机控制系统的二次回路。机械风冷的还要考虑倾斜度等。自然风冷的无此要求。运行方式分在线型和非在线型，选型时尽量选用非在线型。

(6)参数测试功能部分品牌软起动器还带有参数显示窗口，可以通过按键在显示窗口选择显示电机的运行参数，如三相电压值、三相电流值、功率因数、运行时间等，而无需增加任何仪表，此功能可使用户很方便地查询电机在运行过程中的各种参数。

四、结束语

通过以上所述，软起动器的应用解决以往电机起动中的问题，在水泥行业，笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可使用，特别适用于需要软起动与软停车的各种泵类负载或风机类负载；对于变负载工况，电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于满负荷运行的场合，应用软起动器（不带旁路接触器）则具有轻载节能效果。在水泥厂工程设计和工程改造中，要想改善工艺提高自动化水平，降低成本提高企业效益，对电动机的起动就必须首先采用先进的起动设备——电机软起动器。正是因为软起动器有多种的控制方式，以及控制方式的灵活性和可靠性，受到用户的欢迎，具有广泛的应用前景，它已在水泥企业得到越来越广泛的使用。

软启动器基础问答十例

1.什么是软起动器？它与变频器有什么区别？

软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为SoftStarter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。

运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。

2.什么是电动机的软起动？有哪几种起动方式？

运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。

（1）斜坡升压软起动。这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。

（2）斜坡恒流软起动。这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。

（3）阶跃起动。开机，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。

（4）脉冲冲击起动。在起动开始阶段，让晶闸管在级短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。

该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。

3.软起动与传统减压起动方式的不同之处在哪里？

笼型电机传统的减压起动方式有Y-q起动、自耦减压起动、电抗器起动等。这些起动方式都属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。软起动与传统减压起动方式的不同之处是：

（1）无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。

（2）恒流起动。软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。

（3）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。

4.什么是电动机的软停车？

电机停机时，传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的。但有许多应用场合，不允许电机瞬间关机。例如：高层建筑、大楼的水泵系统，如果瞬间停机，会产生巨大的“水锤”效应，使管道，甚至水泵遭到损坏。为减少和防止“水锤”效应，需要电机逐渐停机，即软停车，采用软起动器能满足这一要求。在泵站中，应用软停车技术可避免泵站的“拍门”损坏，减少维修费用和维修工作量。

软起动器中的软停车功能是，晶闸管在得到停机指令后，从全导通逐渐地减小导通角，经过一定时间过渡到全关闭的过程。停车的时间根据实际需要可在0~120s调整。

5.软起动器是如何实现轻载节能的？

笼型异步电机是感性负载，在运行中，定子线圈绕组中的电流滞后于电压。如电机工作电压不变，处于轻载时，功率因数低，处于重载时，功率因数高。软起动器能实现在轻载时，通过降低电机端电压，提高功率因数，减少电机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的；负载重时，则提高电机端电压，确保电机正常运行。

6.软起动器具有哪些保护功能？

（1）过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。

（2）缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。

（3）过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。

（4）其它功能：通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。

7.什么是软起动MCC控制柜？

MCC（MotorControlCenter）控制柜，即电动机控制中心。软起动MCC控制柜由以下几部分组成：
（1）输入端的断路器，（2）软起动器（包括电子控制电路与三相晶闸管），（3）软起动器的旁路接触器，（4）二次侧控制电路（完成手动起动、遥控起动、软起动及直接起动等功能的选择与运行），有电压、电流显示和故障、运行、工作状态等指示灯显示。

8.有的软起动器为什么装有旁路接触器？

大多数软起动器在晶闸管两侧有旁路接触器触头，其优点是：

（1）控制柜具有了两种起动方式（直接起动、软起动）。

（2）软起动结束，旁路接触器闭合，使软起动器退出运行，直至停车时，再次投入，这样即延长了软起动器的寿命，又使电网避免了谐波污染，还可减少软起动器中的晶闸管发热损耗。

9.软起动MCC控制柜有哪些扩展功能？

将软起动MCC控制柜进一步加以组合，可以实现多种复合功能。例如：将两台控制柜加上控制逻辑，可以组成“一用一备方案”，用于大楼的消防系统与喷淋泵、生活泵等系统。如果配上PC（可编程序控制器），则可以实现消防泵定时（如半个月）自动检测，定时自动关闭；加上相应的控制逻辑，则可以对消防泵及各个系统运转是否正常实施平时检测时，定时低速低水压（不出水）运行；在灭火时，则实施全速满载运行。将若干台电机加上控制逻辑组合，可以组成生活泵系统或其它专用系统，按需要量逐次打开各台电机，也可逐次减少电机，实现最佳效率运行。还可以根据客户要求，实现多台电机每次自动转换运行，使各台电机都处于同等的运行寿命期。

10.软起动器适用于哪些场合？

原则上，笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。目前的应用范围是交流380V（也可660V），电机功率从几千瓦到800kW。

软起动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车的场合。同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于重载场合，应用软起动器（不带旁路接触器）则具有轻载节能的效果。

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