软启动器工作原理 软启动器接线实物图

一、引言

在现代工业自动化领域中，电机启动的平滑性和控制性对保护电机和整个电力系统至关重要。传统的直接启动方式往往会产生巨大的冲击电流和冲击转矩，对电机和电网造成不良影响。

二、软启动器概述

软启动器（Soft Starter）是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。通过控制晶闸管的导通角，软启动器能够平滑地调整电机的输入电压，实现电机的平滑启动、停止以及运行过程中的电流和转矩控制。

三、软启动器工作原理

1. 晶闸管调压原理

软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路类似于三相全控桥式整流电路。当电机启动时，通过控制晶闸管的导通角，可以逐渐提高电机的输入电压，使电机逐渐加速至额定转速。在此过程中，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机的启动电流和启动转矩也相应增加，但整个过程是平滑可控的。

电机软启动器的主接线图

电机软启动器的主接线方法：
1、在线型：
所有软启动器的控制器都有电动机过载保护，当软启动器在线运行时软启动器的控制器能对电机进行过载保护，不要加装热过载继电器。由于经过可控硅后的电流谐波电流非常大，所以不能加装电子式热过载继电器，否则热继的误动作使系统不能正常工作。由于可控硅比较昂贵而且更换困难，为了保护可控硅要用快速熔断器防止软启动器下口发生短路烧毁可控硅，图4A是指在经常使用的场所，软起动器的上口不加接触器，图4B是指不经常使用的场所，在停车后将软启动器的电源断开。
2、旁路型：
旁路运行软启动器，离开旁路接触器是无法运行的，所以在两种主接线方案里都有。对于软启动器上口的接触器的作用和在线运行方式下作用相同在此不再重复。着重说明的是热继电器，把它安方在旁路接触器的下口，不通过起动电流最好，尤其是电子热继电器，由于经过软启动器后电流谐波很大能干扰电子热继电器误动作而使电机停车。另外因为可控硅的短时工作没必要安装快速熔断器，所以在主结线方案里没有加装快速熔断器。
3、内置旁路型：
它的主接线和在线型的大致相同，唯一的优点是因为可控硅的短时工作没必要安装快速熔断器。 电动机的过载保护是有软启动器的控制器实现的，它不仅在功能和性能上超过电子热继电器，而且不会因主回路的谐波电流及外界的干扰而误动作。

软启动器的组成结构

1. 主电路

软启动器的主电路主要由电力电子器件、滤波器、旁路接触器等组成。电力电子器件用于实现对电动机输入电压和电流的控制；滤波器用于滤除电力电子器件产生的高次谐波；旁路接触器用于在电动机启动完成后，将电动机切换到旁路运行。

2. 控制电路

软启动器的控制电路主要由微处理器、传感器、执行器等组成。微处理器用于实现对软启动器的控制和保护；传感器用于检测电动机的运行状态和参数；执行器用于实现对电力电子器件的控制。

3. 显示和操作界面

软启动器的显示和操作界面主要由LCD显示屏、按键、指示灯等组成。LCD显示屏用于显示软启动器的运行状态和参数；按键用于实现对软启动器的设置和操作；指示灯用于显示软启动器的工作状态。

软启动器的启动方式

软启动器的启动方式主要有以下几种：

（1）电压斜坡启动：通过逐渐增加电动机的输入电压，使电动机的启动电流逐渐增加，实现平滑启动。

（2）电流斜坡启动：通过控制电动机的输入电流，使其在启动过程中逐渐增加，实现平滑启动。

（3）转矩控制启动：通过控制电动机的转矩，使其在启动过程中逐渐增加，实现平滑启动。

（4）电流限制启动：通过限制电动机的启动电流，使其在启动过程中不超过设定值，实现平滑启动。

2. 电压和电流控制

软启动器通过控制晶闸管的导通角来实现电压和电流的调整。具体来说，当电机启动时，软启动器会首先检测电机的额定电流和额定电压，并根据预设的启动参数（如启动时间、启动电流等）来计算晶闸管的导通角。然后，通过电子控制电路调整晶闸管的导通角，使电机的输入电压逐渐上升。在电机加速过程中，软启动器会根据电机的实际电流和转速反馈信号来实时调整晶闸管的导通角，确保电机在设定的启动时间内平滑地加速至额定转速。

3. 启动过程分析

软启动器的启动过程可以分为以下几个阶段：

（1）初始阶段：当电机启动时，软启动器会首先检测电机的额定电流和额定电压，并根据预设的启动参数来计算晶闸管的初始导通角。然后，通过控制晶闸管的导通角，使电机的输入电压从零逐渐上升。在这个过程中，电机的启动电流和启动转矩逐渐增加，但整个过程是平滑可控的。

（2）加速阶段：当电机的输入电压达到一定的值时，电机开始加速。此时，软启动器会根据电机的实际电流和转速反馈信号来实时调整晶闸管的导通角，确保电机在设定的启动时间内平滑地加速至额定转速。在这个过程中，电机的启动电流和启动转矩会逐渐减小至稳定值。

（3）稳定运行阶段：当电机达到额定转速后，软启动器会自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压。此时，电机将运行在额定电压和额定电流下，实现稳定运行。

（4）软停车阶段：当需要停止电机时，软启动器会先通过逐渐降低晶闸管的导通角来降低电机的输入电压，使电机逐渐减速。当电机转速降至一定值时，软启动器会完全断开电源，实现电机的平滑停车。这种软停车方式可以避免自由停车引起的转矩冲击和机械损坏。

软启动器的主要功能

1. 软启动功能

软启动器可以实现电动机的平滑启动，减少启动时的电流冲击，降低对电网和电动机的影响。

2. 启动过程控制功能

软启动器可以根据电动机的启动特性，实现对启动过程中的电压、电流和转矩的控制，提高电动机的启动性能。

3. 保护功能

软启动器具有过载保护、短路保护、过热保护等多种保护功能，可以有效地保护电动机和电网的安全运行。

4. 节能功能

软启动器可以减少电动机启动时的能量损耗，提高电动机的运行效率，实现节能降耗。

5. 通信功能

软启动器具有多种通信接口，可以与上位机、PLC等设备进行通信，实现远程监控和控制。

四、软启动器的优势

相比传统的直接启动方式，软启动器具有以下优势：

1. 平滑启动：软启动器可以实现电机的平滑启动，降低启动过程中的冲击电流和冲击转矩，保护电机和电网免受损害。
2. 可调节性：软启动器可以根据需要调节启动电流和启动时间等参数，以满足不同电机的启动需求。
3. 软停车功能：软启动器提供软停车功能，可以避免自由停车引起的转矩冲击和机械损坏。
4. 多种保护功能：软启动器具有过载保护、过热保护、欠压保护等多种保护功能，确保电机的安全运行。

软启动器的应用领域

1. 工业领域

软启动器广泛应用于工业领域的各种电动机启动和控制，如水泵、风机、输送带、压缩机等。

2. 建筑领域

软启动器在建筑领域的应用主要包括空调系统、电梯系统、供水系统等。

3. 电力领域

软启动器在电力领域的应用主要包括发电机、变压器、电动机等设备的启动和控制。

4. 矿业领域

软启动器在矿业领域的应用主要包括矿井提升机、排水泵、通风机等设备的启动和控制。

5. 水处理领域

软启动器在水处理领域的应用主要包括水泵、搅拌器、过滤器等设备的启动和控制。

软启动器的发展趋势

1. 高性能化

随着电力电子技术的发展，软启动器的性能不断提高，如启动时间更短、启动电流更小、控制精度更高等。

2. 智能化

软启动器的智能化主要体现在控制算法、故障诊断、远程监控等方面，可以提高软启动器的运行效率和可靠性。

五、结论

软启动器作为一种先进的电机控制装置，在工业自动化领域具有广泛的应用前景。通过控制晶闸管的导通角来实现电机的平滑启动、停止以及运行过程中的电流和转矩控制，软启动器能够有效地降低电机的启动冲击和机械损坏风险，提高电机的使用寿命和运行效率。同时，软启动器还具有可调节性和多种保护功能等优势，能够满足不同电机的启动需求并确保电机的安全运行。