1 引言
　　異步電動機(jī)以其優(yōu)良的性能及無需維護(hù)的特點(diǎn)，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而由于其起動時要產(chǎn)生較大沖擊電流，同時由于起動應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。國家有關(guān)部門對電機(jī)起動早有明確規(guī)定，既電機(jī)起動時的電網(wǎng)電壓降不能超過15%。人們往往需要配備限制電機(jī)起動電流的起動設(shè)備，過去人們多采用Y/△轉(zhuǎn)換、磁控降壓起動器、自藕降壓等方式來實現(xiàn)。這些方法雖然可以起到一定的限流作用，但沒有從根本上解決問題。
　　 隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟起動器得到廣泛應(yīng)用。它不僅實現(xiàn)在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電機(jī)，而且可根據(jù)電動機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)起動過程中的參數(shù)，如限流值、起動時間等。此外，它還具有多種對電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動設(shè)備的諸多弊端。
　　
2、軟起動器的功能特點(diǎn)
　　 軟起動器是一種用來控制交流異步電動機(jī)的新設(shè)備，它是集電機(jī)軟起動、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，國外稱為Soft Starter。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)閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不 同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。以上海山宇公司生產(chǎn)的軟起動器來說明軟起動器的功能特點(diǎn)。山宇公司的軟起動器主要由雙CPU的主控板、電機(jī)主控制回路及供電變壓器構(gòu)成，具有控制功能、電機(jī)保護(hù)功能以及顯示、報警、參數(shù)設(shè)置等功能。
　　
2.1軟起動器與傳統(tǒng)起動方式的比較
　　表1給出了軟起動器與傳統(tǒng)起動器的比較，從起動電流的波形可以看出軟起動器啟動時無沖擊電流，而傳統(tǒng)的起動器在起動時有1-2次的沖擊電流。而且從起始電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性、能否頻繁起動方面對比情況看，軟起動器在起動時有傳統(tǒng)起動器無法比擬的優(yōu)越性。
　　表1軟起動器與傳統(tǒng)起動器的比較
　　
　　

　　

2.2啟、停控制模式
　　山宇公司SJR2軟起動器有完美的起動模式，收到外部起、停命令后，按照預(yù)先設(shè)定的起、停方式實現(xiàn)對電機(jī)的控制。可選的起、停控制模式有以下幾種：
　　（1）限流軟起動控制模式：電動機(jī)起動時，其輸出電壓從零迅速增加，直至輸出電流達(dá)到設(shè)定的電流限幅值Ｉm ，然后保證輸出電流在不大于該值的情況下，電壓逐漸升高，電動機(jī)逐漸加速，當(dāng)電動機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，旁路接觸器吸合，輸出電流迅速下降至電機(jī)額定電流Ie以下，完成起動過程。如圖1所示。
　　
　　


　　圖1 限流軟起動示意圖

　　
　　
　　
　　（2）電壓斜坡起動控制模式 : 當(dāng)電動機(jī)起動時，在電動機(jī)電流不超出額定值400%的范圍內(nèi)，軟起動器的輸出電壓迅速上升到整定值U1，然后按設(shè)定的速率逐漸增加，電動機(jī)隨電壓的上升不斷平穩(wěn)加速，直至達(dá)到額定電壓后，電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，旁路接觸器吸合，起動過程完成。起動時間T是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載在標(biāo)準(zhǔn)實驗條件下所得的控制參數(shù)，SJR2系列軟起動器以此參數(shù)為基準(zhǔn)，通過控制輸出電壓使電機(jī)平穩(wěn)加速以完成起動過程，并非機(jī)械的控制時間T而不論電機(jī)加速是否平穩(wěn)，鑒于此，在負(fù)載較輕時，起動時間往往小于設(shè)定的起動時間，只要能順利起動則屬正常，這也是山宇變頻器智能化的表現(xiàn)之一。一般而言，電壓斜坡起動模式適用于對起動電流要求不嚴(yán)對起動平穩(wěn)性要求較高的場所。輸出特性曲線如圖2所示。
　　

　　

　　圖2電壓斜坡起動輸出特性曲線

　　
　　
　　
　　（3）突跳+限流或突跳+電壓起動模式：圖3給出了突跳起動模式的輸出變化波形，在某些重載場合下，由于機(jī)械靜摩擦力的影響而不能起動電機(jī)時，可選用此種起動模式。在起動時，先對電動機(jī)施加一個較高的固定的電壓并持續(xù)有限的一段時間，以克服電動機(jī)負(fù)載的靜摩擦力使電機(jī)轉(zhuǎn)動，然后按限制電流或電壓斜坡的方式起動。在選用此模式前，應(yīng)先用非突跳模式起動電機(jī)，若電機(jī)因靜摩擦力太大不能轉(zhuǎn)動，再選用此模式，否則應(yīng)避免用此模式起動，以減少不必要的大電流沖擊。
　　


　　

　　
　　
　　（a）突跳+限流 (b)突跳+電壓起動
　　圖3 突跳起動輸出特性曲線
　　(4) 電流斜坡起動模式。圖4為電流斜坡起動模式的輸出電流波形，其中I1為限流值，T1為設(shè)置的時間值。電流斜坡起動模式具有較強(qiáng)的加速能力，適用與兩極電動機(jī)，也可在一定范圍內(nèi)縮短起動時間
　　


　　圖4電流斜坡起動輸出特性曲線

　　
　　
　　
　　（5）軟停車模式：在這種停車模式下，電動機(jī)的供電有旁路接觸器切換到軟起動器的晶閘管輸出，軟起動器的輸出電壓由全壓逐漸減小，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)降低，以避免機(jī)械震蕩，直到電動機(jī)停止運(yùn)行。
　　（6）自由停車：在這種停車模式下，軟起動器接到停止命令后立即斷開旁路接觸器并禁止軟起動器晶閘管的電壓輸出，電動機(jī)依負(fù)載慣性逐漸停車。
　　
2.3電機(jī)保護(hù)功能
　　山宇SJR2系列軟起動器具有完善的保護(hù)功能，保護(hù)軟起動器和電機(jī)的安全。包括：過熱保護(hù)、輸入缺相保護(hù)、輸出缺相保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、起動過流保護(hù)、運(yùn)行過載保護(hù)、電源電壓過低保護(hù)、電源電壓過高保護(hù)、負(fù)載短路保護(hù)等。每種保護(hù)動作時都有相應(yīng)的代碼，用戶可以方便的判斷故障原因和采取相應(yīng)解決辦法。由于SJR2軟起動器為三進(jìn)六出的設(shè)計，當(dāng)起動完成時也可以在線監(jiān)視電動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，時時保護(hù)電動機(jī)的安全運(yùn)行。
　　2.4顯示、報警和參數(shù)設(shè)置功能
　　在軟起動器的控制面板上，可顯示電機(jī)電流、報警信號及設(shè)定的參數(shù)值；以數(shù)字形式設(shè)置電機(jī)保護(hù)值、電機(jī)運(yùn)行方式；手動操作啟、停電機(jī)。
　　
3 軟起動器在電廠空壓機(jī)中的應(yīng)用
3.1概述
　　某電廠空壓機(jī)系統(tǒng)是機(jī)組調(diào)相、檢修和其它用氣設(shè)備的氣源，由2臺空壓機(jī)和4個儲氣罐構(gòu)成。2套獨(dú)立的控制系統(tǒng)各控制1臺空壓機(jī)，運(yùn)行已20多年，設(shè)備老化嚴(yán)重，故障率高。受當(dāng)時科技水平的限制，邏輯控制回路由繼電器構(gòu)成，起動方式為傳統(tǒng)的頻敏電阻降壓方式，起動電機(jī)執(zhí)行元件是接觸器。控制系統(tǒng)接線復(fù)雜，故障點(diǎn)多，對電機(jī)保護(hù)功能不全，起動電流大，對廠用電有較大的沖擊，不利于其它設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。 2004年初對該系統(tǒng)改造時，應(yīng)用了上海山宇電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)的SJR2型軟起動器。新控制系統(tǒng)解決了原控制系統(tǒng)存在的諸多問題，且有利于同正著手全面改造的新計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接口，為提高全廠綜合自動化水平，實現(xiàn)減人增效打下了基礎(chǔ)。
　　
3.2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
　　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要包括軟起動器、接觸器、可編程控制器、壓力傳感器、進(jìn)氣電磁閥。
　　
　　


　　圖5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　
　　
3.3軟起動器的工作原理
　　當(dāng)氣罐氣壓降至空壓機(jī)起動值時，可編程控制器向軟起動器發(fā)出起動命令，軟起動器通過可控硅控制電動機(jī)的起動電壓和電流，使空壓機(jī)系統(tǒng)在空載狀態(tài)下平滑起動。當(dāng)電壓達(dá)到額定值時，接觸器吸合，可控硅短路，三相電源直接加在電動機(jī)上，軟起動器起動完成，并向可編程控制器發(fā)起動完成信號。可編程控制器經(jīng)過9s的延時，投進(jìn)氣電磁閥，空壓機(jī)帶載運(yùn)行，向氣罐打氣；當(dāng)氣罐氣壓達(dá)停機(jī)值時，可編程控制器切斷進(jìn)氣電磁閥，使空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入空載狀態(tài)，2s后向軟起動器發(fā)停機(jī)令，在軟起動器的控制下，電動機(jī)逐漸減速至完全停機(jī)。原理圖如圖6所示。
　　


　　圖6軟起動器的工作原理

3.4 軟起動器在系統(tǒng)中的控制
　　（1）控制功能
　　自動／手動控制空壓機(jī)啟、停,控制方式通過工作方式切換開關(guān)選擇。
　　自動工作方式時，根據(jù)氣罐氣壓的變化自動啟停空壓機(jī)。手動方式時可編程控制器退出運(yùn)行，在軟起動器控制面板上手動操作啟停空壓機(jī)。根據(jù)空壓機(jī)系統(tǒng)的實際情況，選擇電機(jī)的啟停方式是限流軟起動和軟停車。
　　(2) 保護(hù)功能
　　保護(hù)功能涉及整個空壓機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生一級氣缸氣壓過高／低、油缸壓力過高／低、排氣溫度過高以及斷相、相序錯、電機(jī)過流、過載等任一異常時，保護(hù)動作自動停機(jī)。
　　 (3) 監(jiān)視、報警功能
　　實時監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行工況，在控制盤上有主回路電流、電壓指示及顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，控制盤上有詳細(xì)的故障報警顯示，同時向中控室發(fā)報警信號。
　　
3.5 軟起動器的運(yùn)行效果
　　山宇軟起動器已在該廠運(yùn)行1 年，運(yùn)行情況表明，其可靠性、功能和性能與原控制系統(tǒng)相比都有顯著的改善和提高。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
　　① 在結(jié)構(gòu)上采用軟起動器作為控制輸出執(zhí)行元件，控制邏輯用可編程控制器實現(xiàn)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，也便于維護(hù)。
　　② 軟起動器的限流起動方式，將起動電流控制在安全范圍內(nèi)，改善了原控制系統(tǒng)因起動電流較大沖擊廠用電而影響其它設(shè)備正常運(yùn)行的狀況。
　　③ 起動過程采用雙向可控硅，起動過程完成后，接觸器短接可控硅的控制方式，既避免了用接觸器直接控制電機(jī)接點(diǎn)易拉弧、粘連、燒壞等故障的發(fā)生，也節(jié)約了能源。
　　④ 軟起動、軟停車方<