【文章內容簡介】 機的保護，簡化故障查找，如失相、過電流和超高溫保護，以及正常運行、電動機滿電壓和某些故障指示。象斜坡電壓和初始電壓等所有設定值都可以很容易地在啟動器面板上設定。另外，軟啟動器除了完全能夠滿足電動機平穩(wěn)啟動這一基本要求外，還具有很多優(yōu)點，比如可靠性高、維護量小、電動機保護良好以及參數(shù)設置簡單。軟啟動器與傳統(tǒng)啟動器的比較：電機起動分為直接起動和軟起動。直接起動為全壓起動，所用設備簡單，投資少，但啟動電流大，在配電系統(tǒng)產(chǎn)生較大壓降，影響同母線連接設備運行，尤其是起動轉矩過大對電機及傳動機械產(chǎn)生巨大的沖擊，加速電機的老化及機械的損壞。軟啟動能抑制電動機起動電流，在限定時間內將它驅動到額定轉速，并在必要情況下多次連續(xù)起動。該過程兼有若干保護功能，當短路、過載、起動超時、欠電壓、系統(tǒng)異常等故障時，軟啟動裝置能做出相應防護并發(fā)出警示信號。直接起動，起動方法簡單，但交流異步電機的起動電流大，一般為電機額定電流的4~7倍，國產(chǎn)電機實際值常為7~10倍甚至更大，過大的起動電流導致線路產(chǎn)生較大的壓降，影響電網(wǎng)上其它設備的正常運行，國標要求是直接起動的起動電流在電網(wǎng)中引起的電壓降不超過電網(wǎng)額定電壓的10%（頻繁起動）或15%（不頻繁起動）就允許直接起動。傳統(tǒng)的觀點認為如果滿足直接起動條件，就盡量采用直接起動，但是在實際工程中還應綜合考慮負載場合等因素。如對中大容量電機的傳動系統(tǒng)，直接起動時很大的突跳轉矩沖擊使軸承、齒輪磨損加重甚至損壞，減速箱故障率高，皮帶磨損加重甚至經(jīng)常拉斷，同時過大的機械沖擊大大降低機械設備的壽命，很大的沖擊電流導致電機繞組絕緣老化，電器設備壽命下降，設備維護率高，從而嚴重影響生產(chǎn)。而傳統(tǒng)的降壓起動方式如星三角降壓起動、自耦降壓起動、定子串電抗（電阻）降壓起動及磁控降壓起動等雖然都能降低起動電流，但仍都存在很大的2次起動沖擊電流（有時高達6Ie以上），不能根本解決直接起動存在的問題。所以一般地工業(yè)生產(chǎn)中55KW~90KW以上的電機在經(jīng)濟條件允許的情況下盡量采用軟起動方式，長遠地考慮采用軟起動帶來的綜合經(jīng)濟效益是難以量化的。軟啟動過程以計算機為工具，利用軟件，通過建立輸入電動機、電網(wǎng)和負載數(shù)學模型，根據(jù)選定控制策略作出離線模擬。其中電子式感應電機軟啟動，選用微處理器和晶閘管電子元件組成啟動器控制。 啟動器開啟時，微處理器發(fā)出脈沖加到晶閘管觸發(fā)極上，控制晶閘管導通角，使晶閘管輸出電流電壓大小受觸發(fā)脈沖寬度來決定。緩慢調節(jié)微處理器，控制晶閘管輸出電壓由零緩慢升至全壓，此時電動機轉速也由零升至額定轉速。在發(fā)出停機指令后，微處理器監(jiān)測電壓電流和電動機反饋信號，晶閘管可使輸出電壓按一定要求下降，使電動機由全壓逐漸降為零而實現(xiàn)軟停止。實際應用中，軟啟動具有如下優(yōu)點：①起動電流小，通過調節(jié)起動轉矩實現(xiàn)低速起動，頻繁起動和軟停止。②在起停時過渡自然，不易傷害設備，節(jié)電效果良好。③當多臺同容量水泵工作，可采用一臺電子式軟啟動器，操作方便。④軟啟動離線仿真研究可以預知在硬起動過程中電機轉速、電流、線電壓和其它機械特性，對產(chǎn)品設計和用戶使用有重要指導作用。2．4課題的研究目標及總體設計方案 研究目標分析比較上述幾種常見啟動方式，結合所學知識，設計軟啟動器，使其達到以下要求：一 使電動機在負載要求下平滑啟動。二 使電動機具有軟停車功能。三 改善電動機啟動時對電網(wǎng)的影響。四 實現(xiàn)一些保護功能，如斷相，過載，三相不平衡保護。 總體設計方案 采用三相雙向晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。軟啟動器啟動電動機時，通過單片機控制三相雙向晶閘管的導通角，使輸出電壓由零緩慢升至全壓，此時電動機轉速也由零升至額定轉速。同時，軟啟動器還具有軟停車功能，晶閘管控制輸出電壓按一定要求下降，使電動機由全壓逐漸降為零而實現(xiàn)軟停止。三相電動機三相雙向晶閘管三相電源單片機控制系統(tǒng)硬件設計旁路接觸器 三相雙向晶閘管三相電源狀態(tài)，故障指示外部信號電流信號電源控制系統(tǒng)電動機電壓同步觸發(fā)脈沖主電路如圖所示，其核心部分是三組正反向并聯(lián)的晶閘管，將其接入電源和電動機定子之間，通過單片機控制三相雙向晶閘管的導通角，使輸出電壓由零緩慢升至全壓，此時電動機轉速也由零升至額定轉速，完成電動機的軟啟動。啟動過程完成后，電動機處于全電壓運行狀態(tài)，此時旁路接觸器KM1閉合，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。圖31 軟啟動器主電路圖 控制電路設計a. 控制面板設計b. (1)各端子說明：G1,K1,G4,K4A相晶閘管觸發(fā)； G3,K3,G6,K6B相晶閘管觸發(fā)； G2,K2,G5,K5C相晶閘管觸發(fā)。 AL1,AL2A相互感器二次信號輸入； BL1,BL2B相互感器二次信號輸入； CL1,CL2C相互感器二次信號輸入。ERROR故障時端子斷開。RUN啟動完成時旁路接觸器KM1閉合。START，COM啟動按鈕（常開）STOP,COM停止按鈕（常閉）(2)指示燈說明：運行指示：綠色，亮表示旁路接觸器閉合，電機全壓運行。斷相指示：紅色，亮表示任意一相電流消失。過載指示：紅色，亮表示負載過大，啟動電流過大。三相不平衡指示：紅色，亮表示任意兩相電流值相差大于25%。 +ERRORERROR+RUNRUNCOMSTOPSTARTAL1AL2BL1BL2CL1CL2 G1K1G2K2KM 常閉按鈕常開按鈕G5K5G6K6●（運行指示）●（斷相指示）●（過載指示）●（三相不平衡指示）KM1G3K3G4K4 電源+○ ○圖32 控制面板設計圖(1)晶閘管觸發(fā)電路設計 圖33 晶閘管觸發(fā)電路圖其中：V1，V2為脈沖放大環(huán)節(jié)； TM為脈沖變壓器； VD2為穩(wěn)壓二極管； R3為限流電阻。 —。(2)指示燈驅動電路設計圖34指示燈驅動電路圖其中：7407為同相驅動器； VD為發(fā)光二極管； R為限流電阻 四個發(fā)光二極管依次為：運行指示，斷相指示，過載指示，三相不平衡指示；—； (3)交流接觸器驅動電路設計圖35 交流接觸器驅動電路圖其中：KS為雙向晶閘管，用于驅動交流接觸器KM1； 光電耦合器，用于觸發(fā)雙向晶閘管KS。 設計功能及原理描述 設計功能a. 功能概述根據(jù)所設定的軟起動或軟停止方式及參數(shù)，控制晶閘管的觸發(fā)角度變化，改變電動機進線電壓，實現(xiàn)電動機的軟起動或軟停止。同時全程監(jiān)測電動機電流，實現(xiàn)對電動機的多種保護。（1） 軟啟動啟動方式：斜坡電壓起動a. 檢測到起動信號，且旁路接觸器斷開；b. 由設定的起始電壓計算出觸發(fā)角度，發(fā)出晶閘管觸發(fā)脈沖； c. 按設定的起動時間，逐步移動觸發(fā)角度，增大電機電壓；d. 晶閘管觸發(fā)角達到0度，即電機電壓達到全壓，起動完成觸點閉合，使旁路接觸器閉合；e. 檢測到旁路接觸器閉合信號，停止發(fā)觸發(fā)信號，晶閘管全部關斷，亮“運行”指示燈，起動完成。全壓U起始電壓t起動完成軟啟動完成后，電動機處于全電壓運行狀態(tài)，運行繼電器（RUN）吸合，控制旁路接觸器動作，電動機切換到接觸器（KM1）狀態(tài)下運行。（2） 軟停止a. 檢測到停止信號，且旁路接觸器閉合；b. 按觸發(fā)角度0度發(fā)出觸發(fā)脈沖，晶閘管全部開通；c. 熄“運行”指示燈； d. 起動完成觸點斷開，使旁路接觸器斷開；e. 檢測到旁路接觸器斷開后，按設定的停止時間，逐步增大觸發(fā)角度，減小電機電壓；f. 晶閘管觸發(fā)角達到150度，即電機電壓為0，停止發(fā)觸發(fā)信號，晶閘管全部關斷，停止完成。U全壓t停止開始停止完成（3） 保護功能1) 斷相保護：當任意一相電流消失后，保護電路動作，斷相指示燈亮。2) 過載保護：包括過載5倍額定電流值、4倍額定電流值、3倍額定電流值、2倍額定電流值、。3) 三相不平衡：當任意兩相電流值相差大于25%時，三相不平衡指示燈亮。在出現(xiàn)以上任意故障保護時，故障繼電器吸合，ERROR輸出端由常閉轉為常開。故障的復位由停止按鈕實現(xiàn)。 原理描述軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數(shù)時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與