軟啟動器以體積小,轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)、啟動平穩(wěn)、沖擊小并具有軟停機功能等優(yōu)點得到了越來越多的應(yīng)用,大有取代傳統(tǒng)的自耦減壓、星-角變換降壓啟動的趨勢。由于軟啟動器是近年來新發(fā)展起來的啟動設(shè)備,缺少相應(yīng)的設(shè)計及使用經(jīng)驗等,籠形異步電動機是應(yīng)用最廣泛的用電設(shè)備。由于電動機直接啟動時的沖擊電流很大，特別是大容量電動機直接啟動會對電網(wǎng)及其他負載造成干擾甚至危害電網(wǎng)的安全運行，所以按不同工況，采用許多種減壓啟動方式。早期的方式有串聯(lián)電抗或電阻、串聯(lián)自耦變壓器、星世紀三角轉(zhuǎn)換等。從20世紀70 年代起，工程上開始推廣利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)制作的軟啟動器。這種軟啟動器是集電動機軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電動機控制裝置，國外稱為soft starter。軟啟動器的構(gòu)成主要是串接于電源與被控電動機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。軟啟動器的工作原理是，控制電路運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導通角，使電動機輸入電壓從零以預設(shè)的函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至啟動結(jié)束，賦予電動機全電壓，實現(xiàn)軟啟動。在軟啟動過程中，電動機啟動轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。在上述基礎(chǔ)上，把功率因數(shù) 控制技術(shù)結(jié)合進去，以及采用微處理器代替模擬控制電路，使早期的軟啟動器已發(fā)展成智能化軟啟動器。

2軟啟動器技術(shù)簡述
2.1軟啟動器技術(shù)應(yīng)用的必要性
電動機啟動一般采用自耦減壓、星-角變換減壓啟動方式,其中最常用的是星-角變換降壓啟動方式,該方式下電動機的轉(zhuǎn)矩與加在電動機定子上的電壓的平方成正比,降壓啟動是指電動機在啟動過程中降低加在電動機定子繞組的電壓,假設(shè)啟動電壓U =0.5Ue,則電動機啟動時的轉(zhuǎn)矩為0.25Mm,即啟動時的轉(zhuǎn)矩只有電動機最大轉(zhuǎn)矩的1/4。如果在此時將電壓U加大到電動機額定電壓Ue,則電動機的轉(zhuǎn)矩一下子就從1/4跳到Mm,這樣的啟動過程是跳躍的、不平滑的,所以又叫作硬啟動,一般降壓啟動控制技術(shù)可靠性差,不穩(wěn)定,每次啟停都會造成對電網(wǎng)和機械設(shè)備的沖擊,引發(fā)一系列的技術(shù)問題。例如:在這種控制方式下,水泵電動機在啟動時必須將其出口閥門關(guān)嚴,在低負荷時才能啟動,否則會造成開關(guān)跳閘,影響電動機的正常啟動。

總體來說,傳統(tǒng)的啟動方式存在以下幾個問題:
(1)對電網(wǎng)的沖擊大,影響了電網(wǎng)供電質(zhì)量,對變壓器裕量要求較大;
(2)對機械設(shè)備沖擊大,降低設(shè)備使用壽命;
(3) Y—Δ啟動的切換時間一般根據(jù)經(jīng)驗設(shè)定,對生產(chǎn)工藝要求穩(wěn)啟動的場合不宜采用。
軟啟動是使用調(diào)壓裝置在規(guī)定的啟動時間內(nèi),自動地將啟動電壓連續(xù)、平滑地上升,直到達到額定電壓。此時電動機的轉(zhuǎn)矩就會平滑地增大,一直到轉(zhuǎn)矩為最大值Mm時為止,啟動過程結(jié)束。軟啟動
可以使電動機啟停自如,減少空轉(zhuǎn),有節(jié)能作用,軟啟動器還具有下列優(yōu)點:①減少沖擊力,延長設(shè)備壽
命;②根據(jù)不同負載選用不同的啟動方式以提高加/減速特性;③保護功能全面;④提高可靠性;⑤通過
修改參數(shù),匹配不同的負載對象;⑥智能化,可以與PLC等相互通訊。
2.2軟啟動器技術(shù)的分類
電動機的軟啟動技術(shù)有磁控軟啟動、SCR軟啟動和液阻軟啟動等幾種不同的方式,其中以SCR軟
啟動應(yīng)用最為廣泛。其啟動類型有:
(1)不限流軟啟動,啟動時,使啟動電流以一定斜率不斷上升,直至啟動完畢,期間對啟動電流不加任何限制。這種啟動方式因為沒有對啟動電流進行限制,所以對電網(wǎng)沖擊較大,一般不使用,適應(yīng)重載啟動場合。
(2)斜坡恒流軟啟動。該啟動方式是在電機啟動的初始階段啟動電流逐漸增加,當電流達到預先所設(shè)定的值后保持恒定,直至啟動完畢。在啟動過程中,電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動機負載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大,則啟動轉(zhuǎn)矩大,啟動時間短。這種啟動方式應(yīng)用得最多,尤其適用于風機、泵類負載的啟動。
(3)脈沖沖擊啟動。啟動一開始在極短的時間里,使晶閘管接近于全導通,然后恢復至較小導通角,進行正常的恒流軟啟動。適用于啟動時靜摩擦力矩較大的場合。
(4)階躍啟動。階躍啟動方式是在開機時以最短時間使啟動電流迅速達到設(shè)定值,通過調(diào)節(jié)啟動電流的設(shè)定值,可以達到快速啟動的效果。
2.3 SCR軟啟動技術(shù)的原理
軟啟動器結(jié)合了電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和單片機技術(shù),是專為三相異步電動機設(shè)計的一種全數(shù)字智能化啟動設(shè)備。其基本原理是通過對功率器件即可控硅的控制而實現(xiàn)對電動機的啟動和停止控制,采用電壓斜率的工作原理,控制輸出給電動機的電壓從可整定的初始值經(jīng)過可整定的斜率時間上升到供電全壓。因此降低了對電動機電源的容量要求,并減少對供電電網(wǎng)的影響和機械傳動的沖擊。軟啟動器采用三相反向并聯(lián)的晶閘管作為調(diào)壓器,將其接入電源和電動機定子之間。這種電路類似三相全控橋式整流電路,通過內(nèi)部的單片機調(diào)整改變觸發(fā)脈沖的觸發(fā)時間來改變觸發(fā)角的大小,進而調(diào)節(jié)加到定子繞組上的端電壓。

異步電機啟動性能主要有兩個指標:啟動電流倍數(shù)和啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù),軟啟動器在啟動時通過改變加在電機上的電源電壓,以減小啟動電流、啟動轉(zhuǎn)矩。電動機傳統(tǒng)啟動方式有自耦減壓、Y/△減壓等方式,其共同特點是控制線路簡單,啟動轉(zhuǎn)矩不可調(diào)并有二次沖擊電流,對負載有沖擊轉(zhuǎn)矩。軟啟動可標準電機硬啟動電流的50%,是高效電動機硬啟動電流的20%。軟啟動的限流特性可有效限制浪涌電流,避免不必要的沖擊力矩以及對配電網(wǎng)
絡(luò)的電流沖擊,有效地減少線路刀閘和接觸器的誤觸發(fā)動作;對頻繁啟停的電動機,可有效控制電動機的溫升,延長電動機的壽命。目前應(yīng)用較為廣泛、工程中常見軟啟動器是晶閘管(SCR)軟啟動。SCR軟啟動原理:在三相電源與電機間串入三相聯(lián)晶閘管,利用SCR移相控制原理，改變其觸發(fā)角,啟動時電機端電壓隨SCR的導通角從零
逐漸上升,就可調(diào)節(jié)輸出電壓,電機轉(zhuǎn)速逐漸增大,直至達到滿足啟動轉(zhuǎn)矩的要求而結(jié)束啟動過程;軟起動器的輸出是一個平穩(wěn)的升壓過程(且可具有限流功能),直到SCR全導通,電機在額定電壓下工作;此時旁路接觸器接通(避免電機在運行中對電網(wǎng)形成諧波污染,延長SCR壽命),電機進入穩(wěn)定運行狀態(tài);停車時先切斷旁路接觸器,然后由軟啟動器內(nèi)SCR導通角由大逐漸減小,使三相供電電壓逐漸減小,電機轉(zhuǎn)速由大逐漸減小到零,停車過程完成。
SCR軟啟動器在設(shè)計上采用了電流電壓矢量傳感動態(tài)監(jiān)控技術(shù),不改變電機原有的運行特性;采用鎖相環(huán)技術(shù)和單片機,根據(jù)壓控振蕩器鎖定三相同步信號的邏輯關(guān)系設(shè)計出的一種可控硅觸發(fā)系統(tǒng),控制輸出脈沖的移相,通過對電流的檢測,控制輸出電壓按一定線性加至全壓,限制起動電流,實現(xiàn)電機的軟起動。
3軟啟動器的性能特點
軟啟動采用軟件控制方式來平滑啟動電動機，控制方式是以軟（件）控強（電）。其控制結(jié)果將電動機啟動特性由“硬”平滑為“軟”平滑，故被稱為“軟啟動”。軟啟動又分為兩種：一種是采用變頻恒轉(zhuǎn)矩限流啟動；另一種是采用晶閘管調(diào)壓啟動，又稱智能軟啟動。
3.1兩類軟啟動的對比
①技術(shù)性能。采用變頻調(diào)速啟動，啟動時具有良好的靜、動態(tài)性能，即使是在低速情況下也能隨意調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)矩，能以恒轉(zhuǎn)矩啟動電動機，啟動電流可以限制在 的額定電流以下。采用智能軟啟動，啟動時由于轉(zhuǎn)矩是按電壓比的二次方減小，因此啟動轉(zhuǎn)矩很小。軟啟動器有電流反饋，也可采用恒流啟動，即在啟動過程中保持啟動電流不變，直到電動機接近同步轉(zhuǎn)速。從技術(shù)性能方面考慮，變頻調(diào)速啟動適用于較大啟動轉(zhuǎn)矩的負載，一般是大于 的場合，如往復式空壓機、離心分離機、帶負載的輸送機、破碎機、螺旋式或如旋轉(zhuǎn)式空壓機、離心式風機、離心泵、空載啟動的輸送機及各種空載啟動的設(shè)備。
②經(jīng)濟性。采用變頻器調(diào)速啟動比智能軟啟動的投資費用高兩倍甚至三倍。
綜合以上技術(shù)性能和經(jīng)濟性，對于工礦企業(yè)能實際推廣的啟動方式當數(shù)后者。
3.2智能軟啟動器
智能軟啟動主要由串接于電源與被控電動機之間的三對反并聯(lián)晶閘管組成的調(diào)壓電路構(gòu)成，以微處理器為控制核心，整個啟動過程在數(shù)字化程序軟件控制下自動進行。智能軟啟動器利用三對晶閘管的電子開關(guān)特性，通過啟動器中的微處理器，控制其觸發(fā)脈沖的遲早來改變觸發(fā)延遲角的大小，而晶閘管觸發(fā)延遲角的大小，又可改變晶閘管的導通時間，從而最終改變加到定子繞組的三相電壓的大小。異步電動機定子調(diào)壓的特點是，電動機轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的二次方成正比，電動機的電流和定子電壓成正比，因此，電動機的啟動轉(zhuǎn)矩和初始電流的限制可以通過定子電壓的控制來實現(xiàn)。而電動機定子電壓又是通過晶閘管的導通角來控制的，所以不同的初始相角可實現(xiàn)不同的端電壓，以滿足不同的負載啟動特性。在電動機啟動過程中，晶閘管
的導通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動機從零開始加速，直到晶閘管全導通，啟動完成，從而實現(xiàn)電動機的無級平滑啟動。電動機的啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流的最大值可根據(jù)負載情況設(shè)定。
3.3.1智能軟啟動器的基本特性
①采用微處理器全數(shù)字自控監(jiān)控。啟動時啟動電流以恒定的斜率平穩(wěn)上升，對電網(wǎng)無沖擊電流，不會造成大的電壓降落，保證了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。啟動轉(zhuǎn)矩、電流、電壓、時間可按負載不同而設(shè)定，可取得最佳的電流沖擊和最佳的轉(zhuǎn)矩控制特性，極大地減少了電動機轉(zhuǎn)矩對負載的沖擊，也滿足了不同工作對象對啟動轉(zhuǎn)矩的不同要求，保護了被驅(qū)動機構(gòu)。
②電動機啟動不受電網(wǎng)電壓波動的影響。由于在晶閘管的移相電路中，引入了電流反饋，因而使電動機在啟動過程中保持恒流、平穩(wěn)啟動。同時，由于以啟動電流為定值整定，當電網(wǎng)電壓上下波動時，通過控制電路自動增大或減小晶閘管導通角來維持原始設(shè)定值，可保護啟動電流恒定。有的軟啟動器還采用雙電源隔離，保證控制部分不受各種強電干擾。
③根據(jù)工作對象的不同，電動機可選擇多種啟停方式，而采用不同的啟動方式，其啟動轉(zhuǎn)矩也不同。一般電動機軟啟動的初始轉(zhuǎn)矩 范圍內(nèi)選擇，從初始轉(zhuǎn)矩，可根據(jù)用戶要求在啟動轉(zhuǎn)矩的平開始，電動機的定子電壓在斜坡加速時間內(nèi)無級增加，加速的斜坡時間由用戶設(shè)定。電動機可以自由停車和軟停車，軟停車時間可調(diào)節(jié)。軟停車特性大大延長電氣觸點壽命。