[關鍵詞]異步電動機　晶閘管調壓　智能軟起動

摘要：本文針對農用大功率異步電動機通常降低啟動電流沖擊的措施，提出新的智能軟起動概念。進而對其技術性能及功能進行綜述。并討論了應用中的有關問題。旨在進一步推動此新起動方式在農業電氣化中的應用。

異步電動機結構簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強，使用、安裝、維護方便，在農業用電中大多電力負荷均由異步電動機驅動。但它起動電流約為額定電流的5～7倍。電動機容量越大，起動時沖擊電流對農網及其負載沖擊就越大。所以大功率異步電動機需采用起動裝置啟動。常用的有自耦變壓器降壓、串飽和電抗器和Y/△轉換降壓起動等，靠接觸器切換電壓實施啟動降壓，無法根本解決起動瞬時電流尖峰沖擊；起動轉矩不可調，起動中二次沖擊電流對負載產生沖擊轉矩，當電網電壓下降，可能造成電動機堵轉；起動過程接觸器帶載切換，易造成觸點的拉弧、損壞等方面問題。

1-全新的起動方式

（1）軟起動：

軟起動是采用軟件控制方式來平滑起動電動機，一方面控制方式以軟（件）控強（電），另一方面控制結果將電機起動特性由"硬"平滑為"軟"，故被稱之為"軟起動"。它又分為兩種：一種是采用變頻恒矩限流；另一種是采用晶閘管調壓起動，又稱智能軟起動。

（2）兩類軟起動的對比：

①技術性能。采用變頻調速起動，起動時具有良好的靜、動態性能，就是在低速情況下也能隨意調節電動機轉矩，能以恒轉矩起動電動機，起動電流可以限制在150%額定電流。

采用智能軟起動，起動時由于轉矩是按電壓比的平方減少，因此起動轉矩很小。軟起動器有電流反饋，也可采用恒流起動，即在起動過程中保護起動電流不變，直到電動機接近同步轉速。

從技術性能方面考慮，變頻調速起動適用于較大起動轉矩的負載，一般是大于50%的場合，例如往復式空壓機、離心分離機、帶負載的輸送機、破碎機、螺旋式或振動式給料機、活塞式泵、帶飛輪沖壓機。智能軟起動適用于較小轉矩的負載，一般是小于50%的場合，例如旋轉式空壓機、離心式風機、離心泵、空載起動的輸送機、各種空載起動的設備。

②經濟性。采用變頻器調速起動比智能軟起動的投資費用高兩倍甚至三倍。

綜合以上技術性能和經濟性，對農網而言，當前受歡迎、能實際推廣的起動方式當數后者。

（3）智能軟起動：

智能軟起動主要由串接于電源與被控電動機之間三對反并聯晶閘管調壓電路構成，以單片機為控制核心，整個起動過程是數字化程序軟件控制下自動進行。利用三對晶閘管的電子開關特性，通過起動器中的單片機，控制其觸發脈沖的遲早來改變觸發角的大小。而觸發導通角的大小，又改變晶閘管的導通時間，從而zui終改變加到定子繞組的三相電壓的大小。異步電動機定子調壓的結果，一方面其轉矩近似與定子電壓的平方成正比，另一方面電動機的電流又和定子電壓成正比。從而電動機的起動轉矩和初始電流的限制可以通過定子電壓的控制來實現，而定子電壓又是通過可控硅的導通相角來控制的，所以不同的初始相角可實現不同的端電壓，以滿足不同的負載起動特性。電動機起動過程中，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，從而實現電動機的無級平滑起動。電動機的起動轉矩和起動電流的zui大值可根據負載情況設定。

2-智能軟起動的技術特性與功能

（1）基本特性：

①采用單片機全數字自控監控。起動時起動電流以恒定的斜率平穩上升，對電網無沖擊電流，不會造成大的電壓降落，保證了電網電壓的穩定。啟動轉矩、電流、電壓、時間可按負載不同而設定，可取得*的電流沖擊和*的轉矩控制特性。極大地減少了電動機轉矩對負載的沖擊，也滿足了不同工作對象對起動轉矩的不同要求，保護了驅動機構。

②電動機起動不受電網電壓波動的影響。由于在晶閘管的移相電路中，引入了電流反饋，因而使電動機在起動過程中保持恒流、平穩起動。同時，由于以起動電流為定值整定，當電網電壓上下波動時，通過控制電路自動增大或減小晶閘管導通角來維持原設定值，可保護起動電流恒定。有的還采用雙電源隔離，保證控制部分不受各種強電干擾。

③根據工作對象的不同，可選擇多種起停方式。而采用不同的起動方式，其起動力矩也不同。一般軟起動的初始轉矩可根據用戶要求在鎖定轉矩的0%～90%范圍內選擇，從初始力矩水平開始，電動機的電壓在斜坡加速時間內無級增加，加速的斜坡時間由用戶設定。可以自由停車和軟停車，軟停車時間可調節。軟停車特性大大延長電氣觸點壽命。

④結構簡單，重量輕，無噪音，占地小。作為無觸點控制，其使用壽命比傳統的接觸器大大延長，若使用得當，可長達幾十年，全免維修。而且安裝、操作、使用簡便。平滑、漸進的起動過程亦降低設備的振動和噪聲，延長轉動機壽命，并改善了工人的勞動環境。

⑤可選擇過流、過載、電源缺相多種保護，保證了設備和電機的安全。提供設備的監控保護的快速故障診斷信息，如限流、過載、缺相、轉子堵轉等。保護整定值可由用戶，保護性能可靠。有的還具相序自動識別、相序保護功能。

⑥帶標準的RS232C接口，具有通信功能。通過標準接口傳輸數據，可集成網絡化，實現分散控制，集中管理。全數字設定和外控功能大大方便用戶。人機界面友好：工作時顯示工作電壓，工作電流，zui大電流；故障時顯示故障，性能價格比高。方便的外控接口具有數字延時起動控制；軟停控制輸入；起動延時繼電器輸出；故障繼電器輸出等多種功能。

（2）起動特性：

①限流型：限制起動電流，降低起動壓降，任意調整，鍵盤設定。

②電壓控制型：設定允許電壓降百分值，自動測量壓降并限制壓降。通過測量壓降自適應控制起動電流。調試數據電腦自動記憶，運行時由智能程序自動監控運行。

③轉矩控制型：對電機運行特性的控制，尤其是在起動和停止期間。對電機和起動器的過載保護。對傳動機械的保護，清除浪涌轉矩并降低沖擊電流。在給定區間內控制加速轉矩和按應用要求調節電機轉矩。

④轉矩控制加突跳型：如果轉矩控制起動時間長，通過轉矩突跳克服靜轉矩，加快起動周期。

（3）停車特性：

①自由停機：自由掉電停機，外故障停機，自復位可編位。

②軟停機：0～200s（t=Os為自由停機）自設定。電機停車傳統方式為自由停機，既通過瞬間停電來實現。但如皮帶運輸機、升降機等許多負荷并不宜突然停機，軟停車功能正好能滿足此要求。晶閘管在收到軟停機信號后，導通角漸減，經一定時間才過度到全關，即電動機端電壓漸減至零。停車時間可按實際需要設定。

③制動停機：0～60s自設定，強制停機。

（4）控制及通訊功能：

①控制輸入：無源開關量（無源觸點）。起動：瞬停；軟停；手、自動切換；共用端五種。

②控制輸出：旁路；延時；故障輸出三種。

③電流輸出：4～20ma。

④計算機通訊：RS232或RS485。

⑤顯示器：正常時，顯示電動機運行電流或電壓；故障時；顯示故障內容。

⑥鍵盤：設定參數；接點功能；鎖停。

（5）系統保護功能：

①電子速斷保護：內置，起動、運行、軟停時輸出短路，報警并動作；

②單相接地保護：故障時報警并停車；

③過電壓保護：故障時報警并停車；

④過負荷保護：故障時先報警，后停車；

⑤斷相保護：電動機上、下口斷相對報警并停車；

⑥倒相保護：電動機上口倒相時報警并不啟動。

（6）維護及管理功能：

①故障自診斷，短路、過電壓、單相接地、電機過載、堵轉，加智能程序可判斷拖動系統工況；

②故障顯示與繼電器接點輸出；

③模塊化組合設計，根據故障顯示內容，5min排除故障；

④可帶4～20mA模擬量電流輸出口，輸出電機的起動電流和運行電流值；

⑤可帶計算機通訊接口（RS232C），可聯上位微機管理或遙信。

3-智能軟起動的應用

選用原則：在農業電氣化實際應用中，一般根據下述原則來選用，

①功率較大，直接起動對電網產生不允許的沖擊的電動機；

②防止起動時產生力矩沖擊，而使轉動機械斷裂、損壞的場合；

③較頻繁起動的電動機（軟起動裝置一般允許起動10次/h，而使電動機不致過熱）；

④需重載起動，且正常負載所需運行負載力矩又比大一號電動機額定轉矩小得多的電動機；

⑤需防止水錘效應，防止管道破裂的泵類負載；

⑥拖動負載需特殊功能的電機。如突跳、平滑加速、減速、快速停止、低速制動和準確定位等。