电动机软启动原理

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软起动器(软启动器)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Soft Starter。软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额 定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

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软起动与传统减压起动方式的不同之处是：
（1）无冲击电流。软启动器在起动电机时，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。对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。
（2）有软停车功能，即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击，避免高程供水系统的水锤效应，减少设备损坏。
（3）起动参数可调，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。

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根据统计，电动机的用电量占我国发电量的60%-70%，而电动机中的90%是交流电动机，因此对交流电动机拖动的控制及保护是达到节约能源、简化控制、优化国家资源的重要手段。交流电动机面临的主要问题：a.起动问题，包括起动时的电流冲击及起动转矩冲击，电动机因起动引起的故障占总故障的10%以上，而且大功率电动机很多应该停机的时候，因起动困难，只能尽量浪费；b.停机问题，包括根据生产及工序的要求需要延长停机时间或缩短停机时间；c.综合保护问题，如过载、过流、短路、缺相等动态保护及特殊环境中的电动机除湿干燥等静态保护。
2.电动机的起动问题
交流电动机全压直接起动将产生过高的电动转矩与起动电流。直接影响接在该电网上电气设备的运行。全压起动的电动机容量愈大，供电变压器容量愈小时，这种影响愈显著。通常认为电动机容量大于动力变压器容量的30%，不允许经常全压起动，否则在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压的降低，影响到电网内其他电气设备的运转，电压的降低可能引起电动机本身的起动无法正常完成，严重时，电动机可能烧毁。同时，全压起动产生过高的起动冲击转矩将引起一系列的机械问题，如连接件损坏、电动机机座变形、传送带撕裂，齿轮或齿轮箱损坏等。因此必须设法改善电动机的起动过程，使电动机平滑无冲击的完成起动过程。解决此类问题的常用方法为：适当降低电动机的端电压，从而减少电动机的起动电流及过大的起动冲击转矩。交流电动机传统的起动方法有自耦变压器起动、星-三角起动、串电抗器起动、串水电阻起动等。随着晶闸管的问世，从二十世纪七十年代开始推广应用晶闸管交流调压技术的低压固态软起动器，

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串电抗器起动：对于鼠笼异步电动机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线电动机采用转子回路串电抗器起动。起动方式属降压起动，起动有较大的功率损耗，分级起动引起起动特性不平滑。
星-三角起动：起动时定子绕组星形连接，起动完成后三角形连接，起动的电流为三角形连接的1/3，同样起动转矩也降为三角形的1/3。同时从星三角接线切换到三角形接线过程中会出现二次冲击电流及转矩
自耦变压器起动：电动机起动时，其定子通过自耦变压器连接到三相电源上，当起动完毕后，自耦变压器切除。当电动机容量较大时，变压器的体积增大，成本高，因变频器自身发热限制不允许频繁起动，而且起动特性不平滑。

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软启动器是电力电子技术与自动化技术的综合产物，采用全数字控制，利于联网集中控制，并且具有体积小，功耗底，高可靠性，免维护，安装方便等特点。固态软起动器利用晶闸管的移相控制原理，控制晶闸管的触发角就可以控制输出电压的大小。
电动机起动过程中，软启动器按照预先设定的起动曲线增加电动机的端电压使电动机平滑加速，起动过程中的电流可以按照起动要求设定起动电压和电流进行控制，达到限流值后电流不再增加，随着转速的增加，为了维持限流值电压按照限流的要求逐步增加，从而减少了电动机起动时对电网、电动机本身、相连设备的电气及机械冲击。电动机达到正常转速后，旁路接触器接通（可选起动完成的运行方式）。电动机起动完毕后，软起动器继续监控电动机并提供各种故障保护。

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关于中压电动机起动方式目前来说很多用户非常关注，而国内很多场合选用了定子串液态变阻方式。主要因为两点：
第一，固态中压软起动器目前国内没有专业的生产厂家。
第二，液态变阻器起动方式投资少。
中压故态软起动器生产厂家主要集中在美国，其所有控制及保护功能比低压软起动器更完美更全面，以美国摩托托尼公司的软起动器来说，其中压软起动器电压及功率等级覆盖了所有中压电动机的功率范围，在不同行业、不同工况已大量使用。中压软起动器使用寿命为液态变阻器寿命的4倍以上，而且液态变阻器体积庞大，不允许频繁起停，起动功耗大，无法满足一台控制多台电动机的要求，需要专人维护，同时其响应比较慢及设备运行费用比较高。
在欧洲、美国、日本等地中压电动机主要采用中压固态软起动器或中压变频器起动。众所周知，中压变频造价高、调试繁琐、体积庞大、效率低，如果仅仅作为起动电动机的起动器来说故障率明显高于软起动器。所以中压软起动器解决中压电动机起动的问题不管从造价方面、起动性能方面来说，都是最好的选择。

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交流电动机普遍用于各种工业传动系统，因运行在恶劣的工业环境中，由于环境温度湿度、负载过大、电动机老化、电网波动等因素造成电动机损坏，具有关权威部门统计数字表明，电动机烧坏绝大部分原因是由受潮、过载、过流、堵转、缺相及三相不平衡引起的。电动机的保护可分为机械保护和电气保护两大类。机械保护主要是大容量电动机运行时的轴承保护。电气保护主要有：短路保护、过负载保护、缺相保护、失压或欠压保护、接地或接零保护。
并非所有电动机都需要所有的保护功能，用户可以根据情况配合使用，目的是保护电动机不会因为过热而烧毁。而常说的电动机的综合保护主要是指电气保护。

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做为软启动器首先要看它的起动性能和停车性能，目前的软启动器有以下五种起动方式：
限流起动顾名思义是限制电动机的起动电流，它主要是用在轻载起动的负载降低起动压降，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。斜坡电压起动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。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。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。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。

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晶闸管关断过电压软启动器是由两个单相晶闸管反并联，每个晶闸管承受正反两个方向的半波电压，当晶闸管在一个方向导通结束后，正向电流下降到零，管芯硅片中的载流子还没有完全恢复，当另一半晶闸管导通时，已关断的晶闸管在这些反向电压的作用下，使残存的载流子立即消失，这时反向电流消失的很快，因此即使线路电感很小，产生的感应电动势也很大，和电源电压加在反向已关断的元件上，可能导致晶闸管反向击穿，过电压的数值可达工作电压峰值的5～6倍。

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晶闸管高压软起动器，实际是串接在三相交流相电压与三相交流异步（及同步）电动机输入端之间。通过同时调节三个独立的反并联晶闸管阀组件的延时导通电角度、来改变三相异步电动机（及同步）的交流输入电压幅值，因此改变了三相输入交流电流的有效值从而达到恒流起动或者按一定斜率变化曲线起动或停车的目的。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输入/输出电压波形和电流变化的波形。