1、引言 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器得到了普遍的應(yīng)用。非直接啟動(dòng)場(chǎng)所的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，采用軟啟動(dòng)器的比例在上個(gè)世紀(jì)末還不到5%，而今天大約占到了90%以上，只有農(nóng)村和經(jīng)濟(jì)極其落后的地區(qū)還在新建項(xiàng)目中使用降壓?jiǎn)?dòng)器，所以軟啟動(dòng)器已經(jīng)形成了一個(gè)較大的市場(chǎng)，軟啟動(dòng)器對(duì)于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)給電網(wǎng)的沖擊以及傳動(dòng)機(jī)械的沖擊都得到了良好的改善，使傳動(dòng)機(jī)械的壽命得到了提高，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作著應(yīng)有的貢獻(xiàn)，軟啟動(dòng)技術(shù)本身更是日新月異百花齊放。本文著重介紹各種軟啟動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)和正確的應(yīng)用方法以及常見的故障分析。 2、軟啟動(dòng)器的分類 2.1 在線運(yùn)行軟啟動(dòng)器 在上個(gè)世紀(jì)，軟啟動(dòng)器產(chǎn)品主要是國(guó)外的品牌，在中國(guó)市場(chǎng)上銷售，如:ab、abb、施奈德、西門子等，但他們都是在線運(yùn)行方式。在應(yīng)用過程當(dāng)中，人們發(fā)現(xiàn)在線運(yùn)行有以下缺點(diǎn)。 （1） 晶閘管長(zhǎng)期在線運(yùn)行功耗太大造成能源浪費(fèi); （2） 晶閘管的散熱量太大需要機(jī)械風(fēng)冷，給成套帶來很大困難; （3） 晶閘管長(zhǎng)期在線運(yùn)行給電網(wǎng)帶來高次諧波污染; （4） 晶閘管作為主開關(guān)元件長(zhǎng)期工作其可靠性遠(yuǎn)低于機(jī)械開關(guān); （5） 造價(jià)昂貴用戶難以接受; （6） 由于可控硅選型較大和考慮散熱所以體積較大。 （7） 軟啟動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn): 是對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與保護(hù)及其控制集于一體，強(qiáng)大的智能控制器全部發(fā)揮作用; 是由于采用了機(jī)械風(fēng)冷能夠適用頻繁啟動(dòng)場(chǎng)所; 是電路簡(jiǎn)單便于維護(hù)和檢修（見圖1）。 2.2 旁路運(yùn)行軟啟動(dòng)器 到了上世紀(jì)末和本世紀(jì)開始，考慮在線運(yùn)行的缺點(diǎn)和技術(shù)難度性，國(guó)內(nèi)廠家就直接開發(fā)了旁路型軟啟動(dòng)器，即電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后旁路到接觸器上運(yùn)行。它的優(yōu)點(diǎn)是回避了晶閘管在線運(yùn)行的缺點(diǎn)，尤其不需要機(jī)械風(fēng)冷。但是，它同時(shí)帶來缺點(diǎn)。 （1） 電路復(fù)雜化，系統(tǒng)可靠性降低; （2） 強(qiáng)大的智能控制器不能充分利用，有的不能對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù); （3） 增加成套裝置的體積和成本; （4） 增加維護(hù)與檢修的難度。 綜合比較后市場(chǎng)上還是多數(shù)采用了旁路運(yùn)行方式，即便是選用了在線運(yùn)行方式的軟啟動(dòng)器，設(shè)計(jì)人員還是加裝一套旁路運(yùn)行接觸器，使軟啟動(dòng)器旁路運(yùn)行。回避了晶閘管在線運(yùn)行的缺陷，如圖2所示。 2.3 內(nèi)置晶閘管旁路型在線運(yùn)行軟啟動(dòng)器 目前，國(guó)內(nèi)外許多電器公司都在開發(fā)內(nèi)置晶閘管旁路型在線運(yùn)行軟啟動(dòng)器。內(nèi)置晶閘管旁路型在線運(yùn)行軟啟動(dòng)器（簡(jiǎn)稱內(nèi)置旁路型軟啟動(dòng)器），是在在線運(yùn)行軟啟動(dòng)器內(nèi)部設(shè)置了一套機(jī)械觸頭與晶閘管并聯(lián)，在電機(jī)軟啟動(dòng)過程和軟停車過程中由晶閘管運(yùn)行，機(jī)械觸頭斷開，當(dāng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)晶閘管關(guān)閉，機(jī)械觸頭閉合。這套動(dòng)作過程是通過內(nèi)部控制器自動(dòng)完成的，對(duì)外部接線來講是一個(gè)裝置，所以稱做在線運(yùn)行。它又可稱作旁路型的軟啟動(dòng)器將外邊的接觸器移到了軟啟動(dòng)器里邊集成為一體,并能保證體積不增加。它的優(yōu)點(diǎn)是具備上述兩種類型的所有優(yōu)點(diǎn)同時(shí)回避了它們各自的缺點(diǎn): （1） 電路簡(jiǎn)單; （2） 自然風(fēng)冷; （3） 可控硅只管啟動(dòng)和停車，回避可控硅在線運(yùn)行所帶來的功耗與散熱; （4） 體積?。ê团月沸偷囊话愦笮。? （5） 強(qiáng)大智能控制器得以全面發(fā)揮，能對(duì)電動(dòng)機(jī)起到起停與保護(hù)及其控制; （6） 節(jié)省成套空間; （7） 由于晶閘管和機(jī)械觸頭組合一體的設(shè)計(jì)，通過智能控制器實(shí)現(xiàn)了機(jī)械觸頭無電弧，使的機(jī)械觸頭的電壽命等于機(jī)械壽命，解決了接觸器長(zhǎng)期以來難以解決的問題，與旁路型相比大大提高了系統(tǒng)可靠性; （8） 節(jié)能，此節(jié)能是指軟啟動(dòng)器本身，與晶閘管在線型相比可忽略不計(jì)，與旁路型相比減少60%，其原因是由于內(nèi)置旁路型的機(jī)械觸頭采用了無電弧控制，其銀點(diǎn)的硬度大大降低，觸點(diǎn)的接觸電阻大大降低，使得機(jī)械觸頭的閉合壓力大大降低，機(jī)械觸頭的吸合磁力機(jī)構(gòu)減小一半，降低一半能耗，機(jī)械觸頭的觸點(diǎn)能耗也降低了一半，綜合起來機(jī)械觸頭與磁力機(jī)構(gòu)的能耗與旁路接觸相比降低一半，再加上節(jié)省熱繼電器的能耗所以與之旁路型相比綜合起來能節(jié)省60%，如圖3所示。 3、軟啟動(dòng)動(dòng)器的選型 由上述對(duì)于軟啟動(dòng)器原理及其優(yōu)缺點(diǎn)分析，應(yīng)該是內(nèi)置旁路型的適用性最強(qiáng)，優(yōu)點(diǎn)最多，缺點(diǎn)最少。在實(shí)際工作當(dāng)中還要考慮具體產(chǎn)品品牌的功能和技術(shù)參數(shù)以及產(chǎn)品的可靠性，根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行選擇。在此有必要區(qū)分的是頻繁啟動(dòng)和不頻繁啟動(dòng)，對(duì)于軟啟動(dòng)器來講，一般情況下如果啟動(dòng)間隔時(shí)間不超過2min，不超過30次/h，即可定為不頻繁啟動(dòng)。小于此數(shù)應(yīng)按頻繁啟動(dòng)考慮。風(fēng)機(jī)泵類負(fù)荷一般都屬于不頻繁啟動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)有頻繁啟動(dòng)的也有不頻繁啟動(dòng)的，象皮帶機(jī)、球磨機(jī)等可按不頻繁啟動(dòng)考慮，如果是起動(dòng)機(jī)或大型機(jī)械設(shè)備所配的電動(dòng)機(jī)需要可逆功能的多屬于頻繁啟動(dòng)。 在頻繁工作的場(chǎng)所選取軟啟動(dòng)器要按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流選取，因?yàn)檐泦?dòng)器生產(chǎn)廠家一般選取的可控硅電流是電動(dòng)機(jī)額電流的2.5倍。限制最大電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流是額定電流的4.5倍，在不頻繁操作下充分利用可控硅短時(shí)過載能力，所以在頻繁啟動(dòng)的條件下，應(yīng)加大選取軟啟動(dòng)器的容量，根據(jù)頻繁度的不同取在1.2～1.5倍即可。同時(shí)由于可控硅頻繁工作，為了排除可控硅散發(fā)的大量的熱量，軟啟動(dòng)器必需帶有機(jī)械風(fēng)冷。對(duì)于機(jī)械風(fēng)冷的軟啟動(dòng)裝置，一臺(tái)開關(guān)柜最好放一臺(tái)軟啟動(dòng)裝置，而且開關(guān)柜也要設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。 4、軟啟動(dòng)回路的主接線方案 4.1 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)過晶閘管后的電流諧波非常大，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。由于晶閘管比較昂貴而且更換困難，為了保護(hù)晶閘管要用快速熔斷器防止軟啟動(dòng)器下口發(fā)生短路燒毀晶閘管，圖4（a）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4（b）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，見圖4（a）和圖4（b）。 4.2 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)榫чl管的短時(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，見圖5（a）和圖5（b）。 4.3 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)榫чl管的短時(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，見圖6（a）和圖6（b）。 5、軟啟動(dòng)器的起動(dòng)特性 在應(yīng)用電子軟起動(dòng)器時(shí)應(yīng)考慮哪些問題呢？作為軟起動(dòng)器首先要看它的起動(dòng)性能和停車性能，目前的軟起動(dòng)器有以下三種起動(dòng)方式。 5.1 限流起動(dòng)（見圖7） 5.2 斜坡電壓起動(dòng)（見圖8） 5.3 轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)（見圖9） 限流啟動(dòng)顧名思義是限制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，它主要是用在輕載起動(dòng)的負(fù)載降低起動(dòng)電流帶來的線路壓降，并能直觀地看到啟動(dòng)電流，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。斜坡電壓起動(dòng)顧名思義是電壓由小到大斜坡線性上升（又稱轉(zhuǎn)矩控制），它是將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)從有級(jí)變成了無級(jí)，主要用在重載起動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有利，起動(dòng)平滑，柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有更好的保護(hù)，延長(zhǎng)拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。它的缺點(diǎn)是起動(dòng)電流較大突跳加電壓斜坡（又稱轉(zhuǎn)矩加突跳控制）啟動(dòng)是在電壓斜坡控制起動(dòng)的基礎(chǔ)上加一個(gè)電壓突跳（又稱轉(zhuǎn)矩突跳），它是用在靜慣量較大用電壓斜坡啟動(dòng)比較困難的場(chǎng)所，如風(fēng)機(jī)負(fù)載。在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜阻力矩，然后轉(zhuǎn)矩拋物線上升，縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送100ms的浪涌電流，應(yīng)用時(shí)要注意。 停車方式有兩種:一是自由停車，二是軟停車。電子軟起動(dòng)帶來最大的停車好處就是軟停車。軟停車消除了由于自由停車帶來的拖動(dòng)系統(tǒng)反慣性沖擊。 6、軟啟動(dòng)器控制接線注意事項(xiàng) 6.1 控制電纜的影響 軟啟動(dòng)器的控制輸入接點(diǎn)都是采用的直流24v（國(guó)產(chǎn)的多是12v dc），如果有交流220v或380v控制線路和軟啟動(dòng)器的控制輸入線路用一根電纜敷設(shè)，很容易出問題。一定要用中間繼電器將軟啟動(dòng)器的控制輸入線隔離開來，將外接線路變成同電壓線路，否則，強(qiáng)電會(huì)干擾軟啟的正常工作或燒毀軟啟動(dòng)器的控制器。 6.2 控制距離 如果控制電纜過長(zhǎng)，由于軟啟動(dòng)器的控制電壓太低，線路損耗過大時(shí)軟啟動(dòng)器動(dòng)作不可靠，一般情況下當(dāng)控制距離超過200m時(shí)應(yīng)采用中間繼電器將控制電壓提高后再遠(yuǎn)距離控制。 7、軟啟動(dòng)器的常見故障 目前國(guó)內(nèi)的軟起動(dòng)器生產(chǎn)廠家很多，大都是旁路型的，產(chǎn)品的可靠性與世界知名品牌相比差距越來越小，市場(chǎng)份額已經(jīng)超過國(guó)外品牌。軟啟動(dòng)器的故障大體分如下幾種。 （1） 電動(dòng)機(jī)起不來 電動(dòng)機(jī)起不來的原因大致分兩種情況:一是六只晶閘管的其中一只觸發(fā)不可靠或是不導(dǎo)通，此時(shí)一相電路通過的是半波直流，電動(dòng)機(jī)的兩相繞組通過的直流對(duì)電動(dòng)機(jī)起到了制動(dòng)作用，不僅電機(jī)起不來，嚴(yán)重的還會(huì)燒毀電機(jī)和晶閘管。二是啟動(dòng)參數(shù)或啟動(dòng)曲線不合適造成電機(jī)起不來，這是常見故障。 （2） 晶閘管燒毀 晶閘管擊穿或爆炸，此類故障不分國(guó)內(nèi)外品牌，因廠家而易，但都比接觸器的故障率低，而且主要問題出現(xiàn)在餅式倡閘管的安裝工藝上。 （3） 控制器燒損 相對(duì)于軟啟動(dòng)器來講，控制器燒毀故障是最嚴(yán)重的。有的廠家此類故障造成的返修率已超過30%。進(jìn)口的或合資的廠家此類問題不多見。主要是控制器的電源和觸發(fā)電路以及輸入電路三部分容易燒毀。 （4） 軟啟動(dòng)器誤動(dòng)作 電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行的裝態(tài)下因軟起動(dòng)器受干擾而停機(jī)，在停止?fàn)顟B(tài)下因軟起動(dòng)器受干擾而起動(dòng)是時(shí)有發(fā)生，前者較普遍，后者只有兩個(gè)品牌發(fā)生過。究其原因，一是產(chǎn)品質(zhì)量問題，二是和線路布局有關(guān)。 （5） 軟啟動(dòng)器內(nèi)部插接件接觸不良 軟啟動(dòng)器內(nèi)部插接件選用本來不是問題，這是國(guó)內(nèi)廠家容易忽略的問題，經(jīng)常出現(xiàn)故障。 8、結(jié)束語 通過論述，電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)方式經(jīng)過了“y-δ” 起動(dòng)器和自耦降壓起動(dòng)器到磁控式軟起動(dòng)器，現(xiàn)今發(fā)展到電子軟起動(dòng)器。而軟啟動(dòng)器由于晶閘管結(jié)壓降功耗帶來的問題，又從在線運(yùn)行過度到旁路運(yùn)行方式，現(xiàn)在又發(fā)展到在線運(yùn)行內(nèi)置旁路。總體而言軟啟動(dòng)器的可靠性有的比接觸器高，有的比接觸器低?？茖W(xué)在發(fā)展技術(shù)在進(jìn)步，由于內(nèi)置可控硅旁路在線運(yùn)行軟啟動(dòng)器采用了無電弧技術(shù)，為超智能無電弧高可靠性接觸器的誕生奠定了基礎(chǔ)。