- 軟起動器的工作原理
- 軟起動方法
- 重載起動
- 限流軟起動
- 電壓斜坡起動
- 轉矩控制啟動
傳統的交流異步電動機有全壓和降壓兩種起動方法．前者最簡便，但起動電流大；而在大多數應用中多采用后者。這兩種軟起動具有控制線路簡單，起動轉矩不可調，二次沖擊電流，并對負載有沖擊轉矩。隨著微處理器和單片機的飛速發展，數字控制在交流調速系統中也取得了快速發展，使得電動機軟起動也有長足發展。
2 軟起動器的工作原理
軟起動有磁控降壓軟起動器和電子軟起動器。其中，磁控降壓軟起動采用控磁限幅調壓方式減壓調控電動機起動時的電壓，實質就是電抗器降壓起動。電子軟起動器有晶閘管調壓軟起動和變頻器調速軟起動。晶閘管調壓軟起動器的主回路采用6只晶閘管兩兩反向并聯組成的調壓電路，并焊接于電動機的三相供電線路。當起動器的微機控制系統接收到起動指令后進行有關計算。輸出晶閘管的觸發信號，通過控制晶閘管的導通角起動器按所設定的模式調節輸出電壓，從而控制電動機的起動。當電動機起動完成后，起動器吸合旁路線接觸器，使晶閘管短路，電動機直接投入電網運行，避免不必要的電能損耗。圖1為電子軟起動器控制框圖。
用電子式軟起動器起動電動機時，不僅實現了在整個起動過程中無沖擊而且平滑地起動電動機，還可根據電動機負載特性調節起動過程中的參數，如限流值、起動時間等。電子軟起動與其他傳統起動方式相比，具有良好的軟起動能力，它既能保證電動機在負載要求內起動特性下平滑起動，又能降低對電網的沖擊；而與磁控式軟起動相比較，從起動電流特性曲線及其他特性可以看出電子軟起動裝置優于磁控式軟起動裝置。
3 軟起動方法
3．1 限流軟起動
限流軟起動主要用于輕載起動的負載設備，其輸出電壓從零快速升高到其輸出電流達到預設的電流閾值Im，然后保持輸出電流I<Im的條件下逐漸增大至額定電壓，電動機轉速逐漸升高到額定轉速，輸出電流迅速下降到額定電流，起動完成。
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3．2 電壓斜坡起動
輸出電壓以斜坡線性上升，使傳統降壓起動由有級變無級，主要用于重載起動。其缺點是轉矩小，且轉矩特性是上升拋物線型，不利于起動，且起動時間長。而改進的雙斜坡起動其輸出電壓先迅速升至U1，U1為電動機起動最小轉矩所對應的電壓值，然后按設定的速率逐漸升高，直至額定電壓，初始電壓和電壓上升速率可根據負載特性進行調整。該雙斜坡起動特點是起動電流相對較大，起動時間相對較短，適用于重載起動的電動機。
3．3 轉矩控制啟動
轉矩控制啟動主要用于重載起動，它是按電動機的起動轉矩線性上升來控制輸出電壓，優點是起動平滑，柔性好，適用于拖動系統，同時減少對電網的沖擊，是最優的重載起動方式，缺點是起動時間較長。
3．4 轉矩加突跳控制起動
該方法也用于重載起動，所不同的是在起動瞬間用突跳轉矩，克服拖動系統的靜轉矩，最后轉矩平滑上升，可縮短起動時間。但是，突跳會給電網發送尖脈沖，干擾其他負荷，使用時應特別注意。
3．5 電壓控制起動
該方法用于輕載起動，在保證起動壓降的前提下使電動機獲得最大的起動轉矩，盡可能的縮短起動時間，因此，該方法是最優的輕載軟起動方式。
4 重載起動
4．1 交一交變頻工作原理
軟起動對低壓電機效果明顯，但采用可控硅調壓方式的軟起動器控制感應電動機，電壓降低的同時，供電頻率仍為工頻，使得其功率因數降低，無功功率增加，因此決定了該軟起動器只適用于輕載。然而在很多場合不能保證負載為輕載起動，這就要求在降低電壓的同時，減小供電電壓頻率，即保持V/F不變和恒力矩起動．因而變頻器變頻起動是最好的起動設備，但變頻器僅用于起動，無調速，將造成資金浪費，且感應電動機的重載起動只是短時間，故采用交一交變頻器實現重載軟起動。
由于交一交變頻實現重載軟起動，交一交變頻無中間直流環節，僅用一次變換就能實現變頻，效率高，而且大功率交流電機調速系統所用的變頻器主要也是由交一交變頻完成。其工作原理：兩組交流電路按一定頻率交替工作，負載輸出該頻率的交流電。改變兩組變流電路的切換頻率，改變輸出頻率；改變變流電路工作時的控制角，交流輸出電壓的幅值也隨之改變。與可控硅整流電路(軟起動)相同，交一交變頻電路也為電網換相。
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4．2 交一交變頻軟起動試驗
為驗證交一交變頻軟起動的起動效果，對一臺中壓電機(6 kV、780 kW、89 A)進行全壓直接起動與交一交變頻軟起動試驗。該軟起動實驗采用電氣量采集分析裝置(PCA2002型)記錄有關參數及電壓、電流波形，并進行對比分析。
4．2．1 全壓直接起動
圖2為全壓直接起動的電壓、電流波形。由圖2(a)電壓波形可見，電動機起動前系統電壓為
起動中電壓降為
即電壓降到起動前電壓的81％(下降19％)，電動機起動后經1．9 s到達額定轉速，電壓回升至
即原系統的99．3％。由圖2(b)電流波形可見，電動機起動開始時有一個涌流(其第一個脈沖最大，為額定電流Im的6．9倍)，很快衰減到453．8 A，為電動機額定電流Im的5．1倍．該電流持續了約1.32 s，然后經0．57 s逐漸下降到電動機的空載電流25．6 A。4．2．2 重載軟起動
圖3為重載軟起動的電壓、電流波形。從圖3(a)電壓波形可見，電動機起動前系統電壓為
起動后電壓幾乎沒有變化，隨著電機轉速逐步上升，電壓稍有下降，最低降至
即下降到原電壓的94．5％(下降5．5％)，當電動機達到額定轉速時，電壓回升到即原系統電壓的99.4％。從圖3(b)電流波形可見，開始電流幾乎為零，經約6．5 s增加到19．2 A；再經過5 s，電流增加到36．7 A；又經5s，電流增加到78．2 A；又經5 s，電流增加到145．9 A；經14 s，電流增加到169．8 A，然后逐漸變化到電動機的空載電流25．7 A。電動機起動全過程約為45．2 s，出現的最大電流169．8 A是電機額定電流的1．9倍。通過對比驗證看出，用軟起動效果遠好于常規起動，雖然在起動過程中，起動電流中含有一定的高次諧波，而電壓中卻只有很小的高次諧波，電壓的總諧波畸變率為2．72%，如見圖4所示，所以并不會對系統造成影響。
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4．3 出現的問題及解決方法
交一交變頻電路的輸出電壓是由若干段電網電壓拼接而成的。當輸出頻率升高時，輸出電壓一個周期內電網電壓的段數就減少，所含諧波分量就要增加。這種輸出電壓的波形畸變是限制輸出頻率提高的主要因數之一。所以最高輸出頻率不高于電網頻率的1／3～1／2。但由于主要用于起動，一旦速度達到全速的1／3，控制相應晶閘管使其切換到軟起動。因為此時電壓相對較小，切換的過程中不會產生很大的沖擊電流。由于采用無環流控制方式，有換流死區，所以輸出波形有一點畸變。可采用快速的過零電流檢測減小死區時間。
由于傳統起動方式將逐漸被可控硅軟起動取代，然而軟起動卻不能較好解決感應電機的重載起動，因此給出一種實用的交一交變頻起動方式。目前采用交一交變頻技術成本相對過高，致使該技術主要用于大型礦井的關鍵設備。但隨著技術的提高，節能意識的增強，交流異步電動機的軟起動具有廣泛的應用領域。
