電動機作為重要的動力裝置,已被廣泛用于工業、農業、交通運輸、國防軍事設施以及日常生活中。直流電動機其調速在過去一直占統治地位,但由于本身結構原因,例如換向器的機械強度不高,電刷易于磨損等,遠遠不能適應現代生產向高速大容量化發展的要求。而交流電動機,特別是三相鼠籠式異步電動機,由于其結構簡單、制造方便、價格低廉,而且堅固耐用,慣量小,運行可靠等優勢,在工業生產中得到了極廣泛的應用,也正在發揮著越來越重要的作用。

1軟啟動的現狀與各種啟動方式的比較

交流電動機和直流電動機相比存在許多優點,但當異步電機在起動過程中又有許多弊病。所謂起動過程是在交流傳動系統中,當異步電動機投入電網時,其轉速由零開始上升,轉速升到穩定轉速的全過程。

如不采用任何起動裝置的情況下,直接加額定電壓到定子繞組起動電動機時,電機的起動電流可達額定電流的4倍～8倍,其轉速也在很短時間內由零上升到額定轉速。同時三相感應電動機起動時的轉矩沖擊較大,一般可達額定轉矩的2倍以上。起動時過高的電流一方面會造成嚴重的電網沖擊,給電網造成過大的電壓降落,降低電網電能質量并影響其他設備的正常運行。而過大的轉矩沖擊又將造成機械應力沖擊,影響電動機本身及其拖動設備的使用壽命。因此,通常總是力求在較小的起動電流下得到足夠大的起動轉矩,為此就要選擇合適的起動方法。在選擇起動方法時可以根據具體情況具體要求來選擇。

對三相鼠籠式異步電動機的起動電流的限制,通常有定子串接電抗器起動、Y-△起動、自藕變壓器降壓起動、延邊三角形起動。而對繞線式交流電動機,常采用轉子串接頻敏變阻器起動、定子串電阻分級起動。這些傳統的起動方法都存在一些問題。

(1)定子串接電阻起動:由于外串了電阻,在電阻上有較大的有功損耗,特別對中型、大型異步電動機更不經濟,因此在降低了起動電流的同時,卻付出了較大的代價,即起動轉矩降低得更多,一般只能用于空載和輕載。

(2)Y—△起動:Y—△起動方法雖然簡單,只需一個Y—△轉換開關。但是Y—△起動的電動機定子繞組六個出線端都要引出來,對于高電壓的電動機有一定的困難,一般只用于380V電動機。

(3)自耦變壓器降壓起動:自耦變壓器降壓起動,與定子串接電抗器起動相比,當限定的起動電流相同時,起動轉矩損失的較少;比起Y—△起動,有幾種抽頭供選用比較靈活,并可以拖動較大些的負載起動。但是自耦變壓器體積大,價格高,也不能拖動重負載起動。

(4)延邊三角形起動:采用延邊三角形起動鼠籠式異步電動機,除了簡單的繞組接線切換裝置之外,不需要其他專用起動設備。但是,電動機的定子繞組不但為△接,有抽頭,而且需要專門設計,制成后抽頭又不能隨意變動。

隨著電力技術(尤其是集成電路、微處理器以及新一代電力電子器件)的不斷發展,異步電動機起動過程中的起動電流過高,起動轉矩過小等問題得到了很好的解決。

從20世紀70年代開始推廣利用晶閘管交流調壓技術制作的軟起動器,以及采用微控制器代替模擬控制電路,發展成為現代的電子軟起動器。

2軟啟動的特點

電子軟起動器相對于傳統的起動方式,其突出的優點體現在:

(1)電力半導體開關是無電弧開關和電流連續的調節,所以電子軟起動器是無級調節的,能夠連續穩定調節電機的起動,而傳統起動的調節是分檔的,即屬于有級調節范圍。

(2)沖擊轉矩和沖擊電流小。軟起動器在起動電機時,是通過逐漸增大晶閘管

的導通角,使電機起動電流限制在設定值以內,因而沖擊電流小,也可控制轉矩平滑上升,保護傳動機械、設備和人員。

(3)軟起動器可以引入電流閉環控制,使電機在起動過程中保持恒流,確保電機平穩起動。

(4)根據負載情況及電網繼電保護特性選擇,可自由地無級調整至最佳的起動電流,節省電能。

(5)由于采用微機控制,可在起動前對主回路進行故障診斷,且數字化的控制具有較穩定的靜態特性,不易受溫度、電源電壓及時間變化等因素的影響,因此提高了系統的可靠性,有助于系統維護。同時,軟起動器還能實現直接計算機通訊控制,為自動化控制打下良好的基礎。

3結論

從短期來看,軟起動將仍然以各種形式的降壓(限流)軟起動為它的主要形式。從理論上說,性能價格比高的產品將占有更大的市場份額。但是,在各種應用場合,人們對于各種性能的側重面不同,使各類起動產品(包括傳統的星三角起動)都可能會贏得自己的市場。但從長期來看,變頻軟起動將成為軟起動的主流。各種形式的降壓軟起動將與星三角起動等技術一起歸并為傳統的起動技術。隨著變頻器價格的逐漸下降,可靠性的進一步提高,未來成為主流產品的軟起動裝置將是帶有軟切換功能的廉價的變頻器。

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