软启动的原理及应用

摘要：本文介绍了软启动的原理与运行特点，以及MCC 控制柜的作用与功能。
关键词：软启动器；交流电机；电机起动性；MCC；控制柜

1 前言

广钢连轧厂冷剪机由一台90kW 电机拖动，在改造前该电机的启动是频敏电阻启动，启动电流在380A 以上，启动时间在3min 以上，电机在运行时的电流为70A ，由于启动电流大并且时间很长，对电机转子滑环、碳刷、接线端子、频敏电阻和主接触器的触头经常损坏，由于其启动时要产生较大冲击电流（一般为Ie的5～8 倍） ，同时由于启动应力较大，使负载设备的使用寿命降低。

2 SIEMENS 3RW22 软启动器的性能及特点

软启动器对电机电流的检测，控制输出电压按一定线性加至全压，限制励磁启动电流，实现电机的软启动，它具有很强的抗干扰能力和控制能力，能避免在工作中受高电压和强电子的扰动。软启动器采用数字控制触发，在软启动过程中是恒电流平滑加速，避免了对电网的冲击， 启动电流可根据现场负载的需要在30 %～70 %Ue （Ue 为额定电压） 范围内连续可调。可以对软启动器参数进行调整，以最小电流获得最佳转矩，软启动器对机械方面的优点是可减少机械应力，延长电动机及附属机械使用寿命。启动时间可以根据不同的负载进行设定，对启动时间进行最佳优化，在该时间范围内，电动机转速缓慢上升， 具有缺相，三相不平衡，过载，过流等电机的全方位保护。性价比高，操作简单， 体积小，重量轻，安装调试方便， 具有可控硅过热和过电压保护。

2. 1 没采用软启动器之前设备存在的问题

连轧厂冷剪机采用（星/ 三角） 转换启动装置。连轧厂冷剪机所带的飞轮重负载、大直径，在启动和停车过程中惯性大，切换瞬间出现高电流尖峰，电动机在启动时的冲击电流对电网电压波动也带来很大的影响，同时对控制设备产生很大的损害，经常烧接触器，需要经常进行更换，严重影响生产。连轧厂的冷剪机在启动时出现故障会造成全线停产。如果仅仅为启动电机而增大配电容量，显然不可取。传统的降压启动没有从根本上解决问题。

2. 2 改造后采用的软启动器启动

软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备。实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机，而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的各种参数，如限流值、启动时间等。

3 工作原理与运行特点

三相交流异步电动机的启动转矩Ma 直接与所加电压的二次方有关，也就是说，只要降低电机接线端子上的电压就会影响这些值（见图1） 。软启动的工作原理是通过控制串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管的导通角使电机的端子电压从预先设定的值上升到额定电压（见图2） 。

3. 1 软启动的主要启动方式

（1） 电压双斜坡启动（见图3） ，在启动过成中， 电机的输出力矩随电压的增加而增加，在启动时提供一个初始的启动电压Us ，Us 根据负载的大小可调，将Us 调到大于负载静摩擦力矩，产生最佳启动特性。这时输出电压从Us 开始按一定的斜率上升，电机不断加速。当输出电压达到达速电压Ur，电机也基本达到额定转速。软启动器在启动过程中自动检测达速电压，当电机达到额定转速时，使输出电压达到额定电压。

（2） 限流启动:就是电机的启动过程中限制其启动电流不超过设定值的软启动方式。其输出电压从零开始迅速增长，知道输出电流达到预先设定的电流限值Im ，然后保持输出电流I < Im 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，达到额定转速。连轧厂冷剪机中用的软启动器采用的是限流启动，减少传统方式中的在启动过程中有很大的长时间的启动电流，在启动完启动电压达到额定电压时断开软启动器的旁路接触器。这种启动方式的优点是启动电流小，且可按需要调整。对电网影响小，其缺点是在启动时难以知道启动压降，不能充分利用压降空间。

（3） 突跳启动（见图4） :启动开始阶段，让晶闸管在极短的时间内全导通后迅速回落，这个时间可以人为地进行调节再按原设定的值线性上升，进入恒流启动，该启动方法适用于重载并需克服摩擦的启动场合。

4 软启动的应用场合

异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可使用，适用于各种风机类负载，需要软启动与软停车。对于改变负载工况、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场合，应用软启动器（不带旁路接触器） 则具有轻载节能的效果。

5 结束语

通过了解西门子软启动器3RW22 的特点及使用性能，在连轧厂的使用与传统的降压启动设备进行比较，传统的控制方法由于在一些特殊的场合存在固有的弱点，已无法满足现代化设备的需要，所以选择智能型电动机启动设备软启动器，将是必然的发展方向。