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1.引言
三相鼠笼式交流异步电动机因其结构简单，性能稳定及无需维护等特点，在各个行业中得到了广泛的应用，但由于其在起动过程中会产生过大的起动电流，会对电网和其他用电设备造成冲击，受电网容量限制和保护其他用电设备正常工作的需要，要在电机起动过程中采取必要的措施控制其起动过程。
传统的降压起动方式，如串电阻起动、星三角起动、磁控式降压起动、自耦变压器起动等，要么起动电流和机械冲击过大，要么体积庞大笨重。随着电力电子技术和微机控制技术的发展，出现了用于电机起动的软起动器，不仅有效的解决了上述问题，还可以根据应用条件的不同设置其工作状态，有很强的灵活性。
2.不同起动方式的比较
（1）电阻降压起动
电阻降压起动就是在定子侧串可变电阻，如热变电阻或液阻起动。
电阻降压起动属于能耗式减压起动，起动时消耗大量电能。同时，起动频次较低，控制精度受外界影响大，起动电流偏大，对负载有较大冲击，体积和重量较大，维护量大。它的优点是技术简单、价格低廉、无谐波。
（2）星—三角起动
星—三角起动要求电机每个绕组有两个出线端，共6个出线端。起动时接成星形，起动完成后必须为三角形。
星—三角起动体积小、简单、价格低廉、重量轻、运行可靠、检修方便。它的缺点是起动过程中有转矩突变。
（3）自耦降压起动
自耦降压起动是将自耦变压器串到电动机定子绕组上以降低起动电压，起动完成后切除。
自耦降压起动需电网提供的起动电流较小，适合阻力矩比较大的情况，价格较低。它的缺点是起动过程中仍有较大转矩突变，重量较大。
（4）磁控式降压起动
磁控式降压起动是将饱和电抗器串于定子侧，通过改变直流励磁电流来控制铁心的饱和程度，从而改变交流电抗值。铁心饱和时交流电抗很小，因而电动机所得电压高；铁心不饱和，交流电抗大，因而定子电压降低，实现降压起动。
磁控式降压起动可控性较好，恒流性较好，但其电压调节范围较小，因此起动过程中仍有较大转矩突变，起动电流较大，另外设备庞大笨重。
（5）晶闸管软起动
晶闸管软起动利用晶闸管的可控导通特性，通过改变相控角a来改变加在定子上的电压均方根值，实现降压起动。
这种方式起动性能能达到全方位的软起动性能，即电压、电流都能从零起连续可调，能完全免除对电网和负载的冲击。它的缺点是有谐波。
3.晶闸管软起动器原理及性能
（1）软起动器原理
根据感应电机的等效电路，在忽略激磁电流im的条件下，可以得出异步电机的定子电流公式：
根据（1）式可知,如不采取任何措施而直接投入电网起动时，会产生起动电流过大的问题。这是由于起动时，n=0，s=1，旋转磁场以同步转速切割转子，在转子绕组中感应很大的电势和电流，引起与之平衡的定子电流的负载分量也随之急剧增大。从感应电机等效电路来看，正常运行时由于转差率s很小，所以转子等效阻抗r’2/s很大，因此限制了定转子电流。而起动时,转差率较大，因此转子等效阻抗很小，以至于起动电流很大。之后，随着转速的提高,转子等效阻抗逐渐变大,相应的定子电流也随之减小。
针对以上分析，注意到感应电机的转子阻抗虽无法改变，但由（1）式可知定子电流与定子端电压成正比，因此减小端电压也可以相应的减小定子电流。
晶闸管软起动器主回路如图1所示，由6只反并联的晶闸管组成三相桥臂。
图1晶闸管软起动器主回路
晶闸管软起动器实际上是应用晶闸管相控调压的原理，利用晶闸管的可控导通特性，通过改变相控角a来改变加在定子上的电压均方根值。
同时，感应电机在不同电压下的机械特性曲线如图2中1、2、3、4和5曲线负载特性曲线如图5中p曲线所示。负载特性曲线与感应电机机械特性曲线的交点a、b、c、d、e就是电机在该电压下的运行点。可以看出，宜选取d点所对应的电压作为起始电压，这样，既保证了足够的起始转矩，而且由于起始电压较小，有效的限制了起动电流。随着转速的提高，转子等效阻抗不断变大，可以通过改变晶闸管相控角a来控制电机端电压由一个较低的初始电压逐渐的提高，就完全可以将定子电流控制在一个较小的范围内，当电机转速接近额定转速时,电机已建立了足够的反电动势,此时将电压提高到额定值也不会出现大的电流。
图2感应电机机械特性曲线
可以看到，通过上述方法，就可以将电机在较低的电压下投入电网，使电机以较小的电流平滑的起动。
如图3所示，为str软起动器电流限幅方式下的起动电流波形。
图3电流限幅起动电流波形
（2）软起动器性能
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，晶闸管相控调压电路作为主电路，单片微机作为中央控制器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。
以西安西普电力电子有限公司生产的str系列软起动器为例，具有以下特点：
根据负载不同可以灵活选择多种起动和停止方式，起动方式有电压斜波、电流限幅、突跳转矩、点动等，停车方式有自由停车和软停车。
晶闸管是一个无触点开关，其使用寿命长，且免维护。
可方便的完成多种控制功能，如一个软起动拖动多台负载，这是其他降压起动方式不能实现的。
可以在线监测电压、电流、功率因数等多种电量，并具有过流、过载、过热、缺相等多种保护功能。
具有标准485通信口，易于实现网络化控制。
有的软起动器还具有轻载节能、制动、转速闭环控制等功能。
4软起动器的应用
（1）软起动器的适用范围
根据软起动器的功能，适用于以下领域
要求降低电动机起动电流的场合
要求较小配电容量或电动机起动时供电线路保持一定电压范围的场合
要求避免起动转矩冲击的场合
要求负载经常变化的场合
要求平滑停车的场合
对体积、重量要求严格的场合
（2）软起动器的正确应用
应根据具体应用的对象，适当选择软起动器的工作方式
对平方转矩负载，由于起动转矩随转速的提高而提高，起动之初不需要多大转矩，因此选用电压斜波或电流斜波方式为宜。对恒转矩负载，宜选用电流限幅方式起动。
由于起动时电流较大，晶闸管发热严重，对于频繁起动的场合，应通风良好或适当放大软起动器的容量。一般以30次/分钟以下为宜。
由于晶闸管是一种半导体器件，工作时会发热，因此选择外接旁路接触器或选用具有内置旁路接触器的软起动器，可以避免晶闸管发热，提高软起动器的寿命和提高运行效率。
软停车功能适用于要求平滑停车的场合，如水泵自由停车时会产生“水锤效应”，一般场合使用除了没有必要还会浪费电能。
软起动器作为一种降压起动设备，势必起动转矩也达不到额定转矩。一般来说，对起动转矩小于60的负载，宜采用软起动器，对起动转矩大于60的负载，宜采用变频器。
根据负载选择合适的配电容量，使用软起动器相比直接起动可以减小配电容量，但过小的配电容量，起动时电压跌落的过多，即使使用软起动器也不能正常的起动电机，同时，一味的减小配电容量，电机起动时间过长对电机也不利。
软起动器只有在变转矩负载，如风机、水泵等低负载率运行的条件下才有较好的节电效果，不能不分对象的使用。对于恒转矩负载，不仅无轻载节能效果，还增加了功耗、转子发热、寿命降低、同时产生持续的谐波。一般说，在变转矩负载，且负载率小于30时，才可采用轻载节能功能。 |
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发表于 2010-2-24 18:21:53