一、引言

在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，電機(jī)啟動(dòng)的平滑性和控制性對(duì)保護(hù)電機(jī)和整個(gè)電力系統(tǒng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的直接啟動(dòng)方式往往會(huì)產(chǎn)生巨大的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩，對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)造成不良影響。

二、軟啟動(dòng)器概述

軟啟動(dòng)器（Soft Starter）是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，軟啟動(dòng)器能夠平滑地調(diào)整電機(jī)的輸入電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑啟動(dòng)、停止以及運(yùn)行過程中的電流和轉(zhuǎn)矩控制。

三、軟啟動(dòng)器工作原理

1. 晶閘管調(diào)壓原理

軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路類似于三相全控橋式整流電路。當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，可以逐漸提高電機(jī)的輸入電壓，使電機(jī)逐漸加速至額定轉(zhuǎn)速。在此過程中，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增加，但整個(gè)過程是平滑可控的。

電機(jī)軟啟動(dòng)器的主接線圖

電機(jī)軟啟動(dòng)器的主接線方法：
1、在線型：
所有軟啟動(dòng)器的控制器都有電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)，當(dāng)軟啟動(dòng)器在線運(yùn)行時(shí)軟啟動(dòng)器的控制器能對(duì)電機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)，不要加裝熱過載繼電器。由于經(jīng)過可控硅后的電流諧波電流非常大，所以不能加裝電子式熱過載繼電器，否則熱繼的誤動(dòng)作使系統(tǒng)不能正常工作。由于可控硅比較昂貴而且更換困難，為了保護(hù)可控硅要用快速熔斷器防止軟啟動(dòng)器下口發(fā)生短路燒毀可控硅，圖4A是指在經(jīng)常使用的場(chǎng)所，軟起動(dòng)器的上口不加接觸器，圖4B是指不經(jīng)常使用的場(chǎng)所，在停車后將軟啟動(dòng)器的電源斷開。
2、旁路型：
旁路運(yùn)行軟啟動(dòng)器，離開旁路接觸器是無法運(yùn)行的，所以在兩種主接線方案里都有。對(duì)于軟啟動(dòng)器上口的接觸器的作用和在線運(yùn)行方式下作用相同在此不再重復(fù)。著重說明的是熱繼電器，把它安方在旁路接觸器的下口，不通過起動(dòng)電流最好，尤其是電子熱繼電器，由于經(jīng)過軟啟動(dòng)器后電流諧波很大能干擾電子熱繼電器誤動(dòng)作而使電機(jī)停車。另外因?yàn)榭煽毓璧亩虝r(shí)工作沒必要安裝快速熔斷器，所以在主結(jié)線方案里沒有加裝快速熔斷器。
3、內(nèi)置旁路型：
它的主接線和在線型的大致相同，唯一的優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榭煽毓璧亩虝r(shí)工作沒必要安裝快速熔斷器。 電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)是有軟啟動(dòng)器的控制器實(shí)現(xiàn)的，它不僅在功能和性能上超過電子熱繼電器，而且不會(huì)因主回路的諧波電流及外界的干擾而誤動(dòng)作。

軟啟動(dòng)器的組成結(jié)構(gòu)

1. 主電路

軟啟動(dòng)器的主電路主要由電力電子器件、濾波器、旁路接觸器等組成。電力電子器件用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)輸入電壓和電流的控制；濾波器用于濾除電力電子器件產(chǎn)生的高次諧波；旁路接觸器用于在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后，將電動(dòng)機(jī)切換到旁路運(yùn)行。

2. 控制電路

軟啟動(dòng)器的控制電路主要由微處理器、傳感器、執(zhí)行器等組成。微處理器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)軟啟動(dòng)器的控制和保護(hù)；傳感器用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)；執(zhí)行器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電子器件的控制。

3. 顯示和操作界面

軟啟動(dòng)器的顯示和操作界面主要由LCD顯示屏、按鍵、指示燈等組成。LCD顯示屏用于顯示軟啟動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)；按鍵用于實(shí)現(xiàn)對(duì)軟啟動(dòng)器的設(shè)置和操作；指示燈用于顯示軟啟動(dòng)器的工作狀態(tài)。

軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)方式

軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)方式主要有以下幾種：

（1）電壓斜坡啟動(dòng)：通過逐漸增加電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，使電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流逐漸增加，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)。

（2）電流斜坡啟動(dòng)：通過控制電動(dòng)機(jī)的輸入電流，使其在啟動(dòng)過程中逐漸增加，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)。

（3）轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)：通過控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使其在啟動(dòng)過程中逐漸增加，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)。

（4）電流限制啟動(dòng)：通過限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，使其在啟動(dòng)過程中不超過設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)。

2. 電壓和電流控制

軟啟動(dòng)器通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)電壓和電流的調(diào)整。具體來說，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，軟啟動(dòng)器會(huì)首先檢測(cè)電機(jī)的額定電流和額定電壓，并根據(jù)預(yù)設(shè)的啟動(dòng)參數(shù)（如啟動(dòng)時(shí)間、啟動(dòng)電流等）來計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角。然后，通過電子控制電路調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)的輸入電壓逐漸上升。在電機(jī)加速過程中，軟啟動(dòng)器會(huì)根據(jù)電機(jī)的實(shí)際電流和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)來實(shí)時(shí)調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，確保電機(jī)在設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)平滑地加速至額定轉(zhuǎn)速。

3. 啟動(dòng)過程分析

軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)過程可以分為以下幾個(gè)階段：

（1）初始階段：當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，軟啟動(dòng)器會(huì)首先檢測(cè)電機(jī)的額定電流和額定電壓，并根據(jù)預(yù)設(shè)的啟動(dòng)參數(shù)來計(jì)算晶閘管的初始導(dǎo)通角。然后，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)的輸入電壓從零逐漸上升。在這個(gè)過程中，電機(jī)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，但整個(gè)過程是平滑可控的。

（2）加速階段：當(dāng)電機(jī)的輸入電壓達(dá)到一定的值時(shí)，電機(jī)開始加速。此時(shí)，軟啟動(dòng)器會(huì)根據(jù)電機(jī)的實(shí)際電流和轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)來實(shí)時(shí)調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，確保電機(jī)在設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)平滑地加速至額定轉(zhuǎn)速。在這個(gè)過程中，電機(jī)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)逐漸減小至穩(wěn)定值。

（3）穩(wěn)定運(yùn)行階段：當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，軟啟動(dòng)器會(huì)自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓。此時(shí)，電機(jī)將運(yùn)行在額定電壓和額定電流下，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）軟停車階段：當(dāng)需要停止電機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)器會(huì)先通過逐漸降低晶閘管的導(dǎo)通角來降低電機(jī)的輸入電壓，使電機(jī)逐漸減速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速降至一定值時(shí)，軟啟動(dòng)器會(huì)完全斷開電源，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑停車。這種軟停車方式可以避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊和機(jī)械損壞。

軟啟動(dòng)器的主要功能

1. 軟啟動(dòng)功能

軟啟動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平滑啟動(dòng)，減少啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，降低對(duì)電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)的影響。

2. 啟動(dòng)過程控制功能

軟啟動(dòng)器可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)過程中的電壓、電流和轉(zhuǎn)矩的控制，提高電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能。

3. 保護(hù)功能

軟啟動(dòng)器具有過載保護(hù)、短路保護(hù)、過熱保護(hù)等多種保護(hù)功能，可以有效地保護(hù)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

4. 節(jié)能功能

軟啟動(dòng)器可以減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的能量損耗，提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

5. 通信功能

軟啟動(dòng)器具有多種通信接口，可以與上位機(jī)、PLC等設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。

四、軟啟動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)

相比傳統(tǒng)的直接啟動(dòng)方式，軟啟動(dòng)器具有以下優(yōu)勢(shì)：

1. 平滑啟動(dòng)：軟啟動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)過程中的沖擊電流和沖擊轉(zhuǎn)矩，保護(hù)電機(jī)和電網(wǎng)免受損害。
2. 可調(diào)節(jié)性：軟啟動(dòng)器可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流和啟動(dòng)時(shí)間等參數(shù)，以滿足不同電機(jī)的啟動(dòng)需求。
3. 軟停車功能：軟啟動(dòng)器提供軟停車功能，可以避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊和機(jī)械損壞。
4. 多種保護(hù)功能：軟啟動(dòng)器具有過載保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)等多種保護(hù)功能，確保電機(jī)的安全運(yùn)行。

軟啟動(dòng)器的應(yīng)用領(lǐng)域

1. 工業(yè)領(lǐng)域

軟啟動(dòng)器廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的各種電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)和控制，如水泵、風(fēng)機(jī)、輸送帶、壓縮機(jī)等。

2. 建筑領(lǐng)域

軟啟動(dòng)器在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括空調(diào)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等。

3. 電力領(lǐng)域

軟啟動(dòng)器在電力領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的啟動(dòng)和控制。

4. 礦業(yè)領(lǐng)域

軟啟動(dòng)器在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括礦井提升機(jī)、排水泵、通風(fēng)機(jī)等設(shè)備的啟動(dòng)和控制。

5. 水處理領(lǐng)域

軟啟動(dòng)器在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括水泵、攪拌器、過濾器等設(shè)備的啟動(dòng)和控制。

軟啟動(dòng)器的發(fā)展趨勢(shì)

1. 高性能化

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，軟啟動(dòng)器的性能不斷提高，如啟動(dòng)時(shí)間更短、啟動(dòng)電流更小、控制精度更高等。

2. 智能化

軟啟動(dòng)器的智能化主要體現(xiàn)在控制算法、故障診斷、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方面，可以提高軟啟動(dòng)器的運(yùn)行效率和可靠性。

五、結(jié)論

軟啟動(dòng)器作為一種先進(jìn)的電機(jī)控制裝置，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑啟動(dòng)、停止以及運(yùn)行過程中的電流和轉(zhuǎn)矩控制，軟啟動(dòng)器能夠有效地降低電機(jī)的啟動(dòng)沖擊和機(jī)械損壞風(fēng)險(xiǎn)，提高電機(jī)的使用壽命和運(yùn)行效率。同時(shí)，軟啟動(dòng)器還具有可調(diào)節(jié)性和多種保護(hù)功能等優(yōu)勢(shì)，能夠滿足不同電機(jī)的啟動(dòng)需求并確保電機(jī)的安全運(yùn)行。