摘要：本文針對(duì)水泥企業(yè)使用的籠型異步電機(jī)工況，通過(guò)分析軟起動(dòng)器的工作原理及常用的幾種起動(dòng)方式，闡述了水泥企業(yè)軟起動(dòng)器的使用及選型時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：軟起動(dòng)器 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 沖擊電流 晶閘管 觸發(fā)角 自由停車 軟停車 制動(dòng)停車

一、概述
籠型異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便、效率高等優(yōu)點(diǎn)而被水泥企業(yè)廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的拖動(dòng)中。在實(shí)際使用中，電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)或停止過(guò)程中還存在著一系列問題。全壓起動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流（一般為額定電流Ie的5~8倍）。電動(dòng)機(jī)容量越大，起動(dòng)時(shí)沖擊電流對(duì)電網(wǎng)及其負(fù)載沖擊就越大，特別是大容量電機(jī)直接起動(dòng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)及其他負(fù)載造成干擾，甚至危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行；同時(shí)由于起動(dòng)應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。在停機(jī)時(shí)，如果拖動(dòng)系統(tǒng)突然失去轉(zhuǎn)矩，靠系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩克服系統(tǒng)的慣性滑行停車，也給拖動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)諸多問題。
解決辦法有兩個(gè)：一是增大配電容量；二是采用限制電機(jī)起動(dòng)電流的起動(dòng)設(shè)備。如果僅僅為起動(dòng)電機(jī)而增大配電容量，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)說(shuō)，顯然不可取。為此，在水泥廠設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)低壓大電機(jī)需要配備限制電機(jī)起動(dòng)電流的起動(dòng)設(shè)備，常用的有Y/Δ起動(dòng)，自藕降壓起動(dòng)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些方法雖然靠接觸器切換電壓實(shí)施啟動(dòng)降壓，可以達(dá)到降低電流的目的，但沒有從根本上解決起動(dòng)瞬時(shí)電流尖峰沖擊問題。起動(dòng)轉(zhuǎn)距基本固定不可調(diào)，起動(dòng)過(guò)程中都存在二次沖擊電流，對(duì)負(fù)載機(jī)械有沖擊轉(zhuǎn)距，且受電網(wǎng)波動(dòng)的影響，一旦出現(xiàn)電網(wǎng)電壓向下浮動(dòng)，會(huì)造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)、起動(dòng)過(guò)程接觸器帶載切換，易造成觸點(diǎn)的拉弧、損壞等方面問題。嚴(yán)重時(shí)燒毀開關(guān)、電動(dòng)機(jī)，影響電網(wǎng)其它設(shè)備運(yùn)行。
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，軟起動(dòng)器作為一個(gè)新型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)裝置可以克服以上缺點(diǎn)，它是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新穎電機(jī)控制裝置。目前，水泥企業(yè)籠型異步電機(jī)的降壓起動(dòng)設(shè)備正逐步被軟起動(dòng)器取代。
二、軟起動(dòng)器的工作原理及主要特點(diǎn)
軟起動(dòng)器的工作原理 軟起動(dòng)主要由串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間三對(duì)反并聯(lián)晶閘管調(diào)壓電路構(gòu)成。現(xiàn)代軟起動(dòng)器基本上都采用了電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)，以單片微機(jī)作為中央控制器控制核心來(lái)完成測(cè)量及各種控制算法，因此，軟起動(dòng)器具備了很強(qiáng)的功能和靈活性。整個(gè)起動(dòng)過(guò)程是數(shù)字化程序軟件控制下自動(dòng)進(jìn)行。利用三對(duì)晶閘管的電子開關(guān)特性，通過(guò)起動(dòng)器中的單片機(jī)，控制其觸發(fā)脈沖的遲早來(lái)改變觸發(fā)角的大小。而觸發(fā)導(dǎo)通角的大小，又改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，最終改變加到定子繞組的三相電壓的大小。異步電動(dòng)機(jī)定子調(diào)壓的結(jié)果，一方面其轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比，另一方面電動(dòng)機(jī)的電流又和定子電壓成正比。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和初始電流的限制可以通過(guò)定子電壓的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，而定子電壓又是通過(guò)可控硅的導(dǎo)通相角來(lái)控制的，所以不同的初始相角可實(shí)現(xiàn)不同的端電壓，以滿足不同的負(fù)載起動(dòng)特性。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動(dòng)機(jī)從零開始加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流的最大值可根據(jù)負(fù)載情況設(shè)定。
軟起動(dòng)器常用的幾種起動(dòng)方式：
1、限流起動(dòng) 電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中限制其起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值（Is）的軟起動(dòng)方式。其輸出電壓從零開始迅速增長(zhǎng)，直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)置的電流限值Is，然后保持輸出電流I<Is的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓。使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整。對(duì)電網(wǎng)影響小，其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間。損失起動(dòng)力矩，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。
2、斜坡電壓起動(dòng) 這種起動(dòng)方式最簡(jiǎn)單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。顧名思義是電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)從有級(jí)變成了無(wú)級(jí)，主要用在重載起動(dòng)，它的缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)不利，且起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)有損于電機(jī)。
3、轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng) 用在重載起動(dòng)，它是將電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑，柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有更好的保護(hù)，它的目的是保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，延長(zhǎng)拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。同時(shí)降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載起動(dòng)方式，它的缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。
4、 轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng) 相仿也是用在重載起動(dòng)，不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)要特別注意。
5、 電壓控制起動(dòng)是用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，在保證起動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟起動(dòng)方式。
綜上所述不難看出，最適用最先進(jìn)的起動(dòng)方式應(yīng)是電壓控制起動(dòng)和轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)及轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)。目前的軟起動(dòng)器多是限電流起動(dòng)和斜波電壓起動(dòng)，它是最原始最低級(jí)最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方式，還有的是限流起動(dòng)和轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)。唯有電壓控制和純轉(zhuǎn)矩控制及轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)較為先進(jìn)。
常用停機(jī)方式有三種：一是自由停車，二是軟停車，三是制動(dòng)停車。
1、 自由停車 傳統(tǒng)的控制方式都是通過(guò)瞬間停電完成的。即慣性停車（斷電自停）；
2、軟停車 電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，軟起動(dòng)器將額定電壓按軟停車設(shè)定的時(shí)間緩慢降至起始電壓Us后停止輸出的一種停車方式，它可以消除了由于自由停車帶來(lái)的拖動(dòng)系統(tǒng)反慣性沖擊。
如皮帶運(yùn)輸機(jī)、升降機(jī)等許多負(fù)荷并不宜突然停機(jī)，軟停車功能正好能滿足此要求。晶閘管在收到軟停機(jī)信號(hào)后，導(dǎo)通角漸減，經(jīng)一定時(shí)間才過(guò)渡到全關(guān)，即電動(dòng)機(jī)端電壓漸減至零。停車時(shí)間可按實(shí)際需要設(shè)定。
3、制動(dòng)停車 向電機(jī)輸入直流電流，從而加快制動(dòng)，制動(dòng)時(shí)間可調(diào)，主要用于慣性力矩大的負(fù)載或需快速停機(jī)的場(chǎng)合，在一定的場(chǎng)合代替了反接制動(dòng)停車。

三、軟起動(dòng)器的選型及注意事項(xiàng)
目前軟起動(dòng)器的生產(chǎn)廠家很多，有進(jìn)口也有國(guó)產(chǎn)的，原理基本相同。軟起動(dòng)器是一種新型的、性能優(yōu)良的起動(dòng)裝置，它結(jié)合了電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和微處理器技術(shù)，與傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備相比，具備完善的電機(jī)軟啟動(dòng)和軟停車功能，可保證電機(jī)連續(xù)而平滑的啟動(dòng)，消除了機(jī)械沖擊和大電流沖擊，有效的延長(zhǎng)了電機(jī)的壽命和保護(hù)了用電線路和負(fù)載。目前在市場(chǎng)上有影響力的國(guó)內(nèi)產(chǎn)品有西安西馳的CMC，國(guó)外產(chǎn)品有施耐德的TE、羅克韋爾的A-B、ABB、西門子的產(chǎn)品等。
水泥企業(yè)在選用軟起動(dòng)器時(shí)應(yīng)主要考慮以下問題：
1、選擇軟起動(dòng)器注意負(fù)載是標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載還是重載負(fù)載。根據(jù)負(fù)載性質(zhì)的不同來(lái)選擇不同類型的起動(dòng)器。
(1)如果負(fù)載是離心泵(消防泵、噴淋泵、水泵等)，則需利用泵控制功能，減少起動(dòng)和停止時(shí)液流沖擊所產(chǎn)生的系統(tǒng)水錘現(xiàn)象的發(fā)生，所以必須用選帶泵控制功能的軟起動(dòng)器，如另帶欠載保護(hù)或相位顛倒保護(hù)的則更好；
(2)負(fù)載是通風(fēng)機(jī)的話，利用軟起動(dòng)功能，減少皮帶磨損和機(jī)械沖擊，并可利用停機(jī)時(shí)制動(dòng)轉(zhuǎn)矩功能；
(3)負(fù)載是攪拌機(jī)、破碎機(jī)、提升機(jī)等，利用雙斜坡起動(dòng)和預(yù)置低速運(yùn)行，避免機(jī)械損壞；
(4)負(fù)載是輸送設(shè)備，可利用軟起動(dòng)和預(yù)置低速功能，實(shí)現(xiàn)平滑開停，軟停車消除了由于自由停車帶來(lái)的拖動(dòng)系統(tǒng)反慣性沖擊，避免產(chǎn)品移位和液體溢出；
(5)具有通訊端口可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊與遠(yuǎn)程控制。若有計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)要求，在選擇軟起動(dòng)器時(shí)注意它的智能化程度，是否帶微機(jī)接口，接口是否帶有通訊地址和程序，是否能達(dá)到通訊控制以及故障自珍診斷功能等。
2、根據(jù)電動(dòng)機(jī)的標(biāo)稱功率、電流及負(fù)載性質(zhì)選擇起動(dòng)器。一般軟起動(dòng)器容量稍大于電動(dòng)機(jī)工作電流即可，對(duì)水泥廠的一些重載負(fù)荷時(shí)應(yīng)加大一檔使用，如：破碎機(jī)、球磨機(jī)、提升機(jī)、長(zhǎng)皮帶、攪拌機(jī)、風(fēng)機(jī)等，同時(shí)適當(dāng)考慮散熱因素。
3、其他方面，還要考慮是否保護(hù)功能完備
(1) 如過(guò)電流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、單項(xiàng)接地保護(hù)、上下口斷相保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、相位顛倒保護(hù)等。不帶過(guò)載保護(hù)的，必須另加熱繼電器保護(hù)。
(2) 有的軟起動(dòng)器一般不帶短路保護(hù)，需外加快速熔斷器并與晶閘管容量匹配，它能使晶閘管在連接負(fù)載發(fā)生短路時(shí)受到保護(hù)，低壓斷路器一般不能保護(hù)軟起動(dòng)器。進(jìn)線電抗器可限制主電源的諧波干擾，當(dāng)幾臺(tái)起動(dòng)器接于同一電源時(shí)建議使用進(jìn)線電抗器。
(3) 軟起動(dòng)器至電動(dòng)機(jī)的接線要特別注意，大部分是3根出線，但部分產(chǎn)品也有6根出線的。軟起動(dòng)器可安裝在有功率因素補(bǔ)償器的系統(tǒng)中，但電容器必須位于軟起動(dòng)器的電源進(jìn)線一側(cè)，以避免電容器放電損壞軟起動(dòng)器的晶閘管，另外在電源和電容之間接入電感線圈。軟起動(dòng)器大多帶正常運(yùn)行和故障信號(hào)輔助觸點(diǎn)，供工程設(shè)計(jì)選用。
(4) 軟起動(dòng)器允許長(zhǎng)期在額定負(fù)載工況下運(yùn)行，可以用旁路接觸器，在起動(dòng)完畢后把它短接。切除后要注意電動(dòng)機(jī)運(yùn)行回路是否還有過(guò)載熱保護(hù)功能。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，若工藝條件許可，用一臺(tái)軟起動(dòng)器起動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，其容量應(yīng)根據(jù)電動(dòng)機(jī)中最大的起動(dòng)負(fù)荷考慮，可大大節(jié)省投資費(fèi)用。
(5) 機(jī)柜內(nèi)安裝軟起動(dòng)器時(shí)要考慮散熱空間。軟起動(dòng)器在通過(guò)電流時(shí)將會(huì)產(chǎn)生熱耗散，安裝時(shí)應(yīng)注意在其上、下方留出一定空間，軟起正上方不能放電器元件，以使空氣能流過(guò)其功率模塊。當(dāng)軟起動(dòng)器額定電流較大時(shí)，要采用風(fēng)機(jī)降溫，風(fēng)機(jī)的電源可取自電機(jī)控制系統(tǒng)的二次回路。機(jī)械風(fēng)冷的還要考慮傾斜度等。自然風(fēng)冷的無(wú)此要求。運(yùn)行方式分在線型和非在線型，選型時(shí)盡量選用非在線型。
(6) 參數(shù)測(cè)試功能
部分品牌軟起動(dòng)器還帶有參數(shù)顯示窗口，可以通過(guò)按鍵在顯示窗口選擇顯示電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如三相電壓值、三相電流值、功率因數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等，而無(wú)需增加任何儀表，此功能可使用戶很方便地查詢電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的各種參數(shù)。
四、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上所述，軟起動(dòng)器的應(yīng)用解決以往電機(jī)起動(dòng)中的問題，在水泥行業(yè)，籠型異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可使用，特別適用于需要軟起動(dòng)與軟停車的各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載；對(duì)于變負(fù)載工況，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于滿負(fù)荷運(yùn)行的場(chǎng)合，應(yīng)用軟起動(dòng)器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能效果。在水泥廠工程設(shè)計(jì)和工程改造中，要想改善工藝提高自動(dòng)化水平，降低成本提高企業(yè)效益，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)就必須首先采用先進(jìn)的起動(dòng)設(shè)備——電機(jī)軟起動(dòng)器。正是因?yàn)檐浧饎?dòng)器有多種的控制方式，以及控制方式的靈活性和可靠性，受到用戶的歡迎， 具有廣泛的應(yīng)用前景，它已在水泥企業(yè)得到越來(lái)越廣泛的使用。