軟啟動(dòng)器以體積小,轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)、啟動(dòng)平穩(wěn)、沖擊小并具有軟停機(jī)功能等優(yōu)點(diǎn)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用,大有取代傳統(tǒng)的自耦減壓、星-角變換降壓?jiǎn)?dòng)的趨勢(shì)。由于軟啟動(dòng)器是近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的啟動(dòng)設(shè)備,缺少相應(yīng)的設(shè)計(jì)及使用經(jīng)驗(yàn)等,籠形異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最廣泛的用電設(shè)備。由于電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的沖擊電流很大，特別是大容量電動(dòng)機(jī)直接啟動(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，所以按不同工況，采用許多種減壓?jiǎn)?dòng)方式。早期的方式有串聯(lián)電抗或電阻、串聯(lián)自耦變壓器、星世紀(jì)三角轉(zhuǎn)換等。從20世紀(jì)70 年代起，工程上開始推廣利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)制作的軟啟動(dòng)器。這種軟啟動(dòng)器是集電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電動(dòng)機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為soft starter。軟啟動(dòng)器的構(gòu)成主要是串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。軟啟動(dòng)器的工作原理是，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，使電動(dòng)機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)的函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至啟動(dòng)結(jié)束，賦予電動(dòng)機(jī)全電壓，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。在軟啟動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。在上述基礎(chǔ)上，把功率因數(shù) 控制技術(shù)結(jié)合進(jìn)去，以及采用微處理器代替模擬控制電路，使早期的軟啟動(dòng)器已發(fā)展成智能化軟啟動(dòng)器。

2軟啟動(dòng)器技術(shù)簡(jiǎn)述
2.1軟啟動(dòng)器技術(shù)應(yīng)用的必要性
電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)一般采用自耦減壓、星-角變換減壓?jiǎn)?dòng)方式,其中最常用的是星-角變換降壓?jiǎn)?dòng)方式,該方式下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與加在電動(dòng)機(jī)定子上的電壓的平方成正比,降壓?jiǎn)?dòng)是指電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓,假設(shè)啟動(dòng)電壓U =0.5Ue,則電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩為0.25Mm,即啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩只有電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的1/4。如果在此時(shí)將電壓U加大到電動(dòng)機(jī)額定電壓Ue,則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩一下子就從1/4跳到Mm,這樣的啟動(dòng)過(guò)程是跳躍的、不平滑的,所以又叫作硬啟動(dòng),一般降壓?jiǎn)?dòng)控制技術(shù)可靠性差,不穩(wěn)定,每次啟停都會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊,引發(fā)一系列的技術(shù)問(wèn)題。例如:在這種控制方式下,水泵電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)必須將其出口閥門關(guān)嚴(yán),在低負(fù)荷時(shí)才能啟動(dòng),否則會(huì)造成開關(guān)跳閘,影響電動(dòng)機(jī)的正常啟動(dòng)。

總體來(lái)說(shuō),傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)對(duì)電網(wǎng)的沖擊大,影響了電網(wǎng)供電質(zhì)量,對(duì)變壓器裕量要求較大;
(2)對(duì)機(jī)械設(shè)備沖擊大,降低設(shè)備使用壽命;
(3) Y—Δ啟動(dòng)的切換時(shí)間一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定,對(duì)生產(chǎn)工藝要求穩(wěn)啟動(dòng)的場(chǎng)合不宜采用。
軟啟動(dòng)是使用調(diào)壓裝置在規(guī)定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi),自動(dòng)地將啟動(dòng)電壓連續(xù)、平滑地上升,直到達(dá)到額定電壓。此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩就會(huì)平滑地增大,一直到轉(zhuǎn)矩為最大值Mm時(shí)為止,啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。軟啟動(dòng)
可以使電動(dòng)機(jī)啟停自如,減少空轉(zhuǎn),有節(jié)能作用,軟啟動(dòng)器還具有下列優(yōu)點(diǎn):①減少?zèng)_擊力,延長(zhǎng)設(shè)備壽
命;②根據(jù)不同負(fù)載選用不同的啟動(dòng)方式以提高加/減速特性;③保護(hù)功能全面;④提高可靠性;⑤通過(guò)
修改參數(shù),匹配不同的負(fù)載對(duì)象;⑥智能化,可以與PLC等相互通訊。
2.2軟啟動(dòng)器技術(shù)的分類
電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)技術(shù)有磁控軟啟動(dòng)、SCR軟啟動(dòng)和液阻軟啟動(dòng)等幾種不同的方式,其中以SCR軟
啟動(dòng)應(yīng)用最為廣泛。其啟動(dòng)類型有:
(1)不限流軟啟動(dòng),啟動(dòng)時(shí),使啟動(dòng)電流以一定斜率不斷上升,直至啟動(dòng)完畢,期間對(duì)啟動(dòng)電流不加任何限制。這種啟動(dòng)方式因?yàn)闆](méi)有對(duì)啟動(dòng)電流進(jìn)行限制,所以對(duì)電網(wǎng)沖擊較大,一般不使用,適應(yīng)重載啟動(dòng)場(chǎng)合。
(2)斜坡恒流軟啟動(dòng)。該啟動(dòng)方式是在電機(jī)啟動(dòng)的初始階段啟動(dòng)電流逐漸增加,當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定,直至啟動(dòng)完畢。在啟動(dòng)過(guò)程中,電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大,則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,啟動(dòng)時(shí)間短。這種啟動(dòng)方式應(yīng)用得最多,尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的啟動(dòng)。
(3)脈沖沖擊啟動(dòng)。啟動(dòng)一開始在極短的時(shí)間里,使晶閘管接近于全導(dǎo)通,然后恢復(fù)至較小導(dǎo)通角,進(jìn)行正常的恒流軟啟動(dòng)。適用于啟動(dòng)時(shí)靜摩擦力矩較大的場(chǎng)合。
(4)階躍啟動(dòng)。階躍啟動(dòng)方式是在開機(jī)時(shí)以最短時(shí)間使啟動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值,通過(guò)調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流的設(shè)定值,可以達(dá)到快速啟動(dòng)的效果。
2.3 SCR軟啟動(dòng)技術(shù)的原理
軟啟動(dòng)器結(jié)合了電力電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù),是專為三相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的一種全數(shù)字智能化啟動(dòng)設(shè)備。其基本原理是通過(guò)對(duì)功率器件即可控硅的控制而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止控制,采用電壓斜率的工作原理,控制輸出給電動(dòng)機(jī)的電壓從可整定的初始值經(jīng)過(guò)可整定的斜率時(shí)間上升到供電全壓。因此降低了對(duì)電動(dòng)機(jī)電源的容量要求,并減少對(duì)供電電網(wǎng)的影響和機(jī)械傳動(dòng)的沖擊。軟啟動(dòng)器采用三相反向并聯(lián)的晶閘管作為調(diào)壓器,將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路類似三相全控橋式整流電路,通過(guò)內(nèi)部的單片機(jī)調(diào)整改變觸發(fā)脈沖的觸發(fā)時(shí)間來(lái)改變觸發(fā)角的大小,進(jìn)而調(diào)節(jié)加到定子繞組上的端電壓。

異步電機(jī)啟動(dòng)性能主要有兩個(gè)指標(biāo):啟動(dòng)電流倍數(shù)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù),軟啟動(dòng)器在啟動(dòng)時(shí)通過(guò)改變加在電機(jī)上的電源電壓,以減小啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)啟動(dòng)方式有自耦減壓、Y/△減壓等方式,其共同特點(diǎn)是控制線路簡(jiǎn)單,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不可調(diào)并有二次沖擊電流,對(duì)負(fù)載有沖擊轉(zhuǎn)矩。軟啟動(dòng)可標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)硬啟動(dòng)電流的50%,是高效電動(dòng)機(jī)硬啟動(dòng)電流的20%。軟啟動(dòng)的限流特性可有效限制浪涌電流,避免不必要的沖擊力矩以及對(duì)配電網(wǎng)
絡(luò)的電流沖擊,有效地減少線路刀閘和接觸器的誤觸發(fā)動(dòng)作;對(duì)頻繁啟停的電動(dòng)機(jī),可有效控制電動(dòng)機(jī)的溫升,延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的壽命。目前應(yīng)用較為廣泛、工程中常見軟啟動(dòng)器是晶閘管(SCR)軟啟動(dòng)。SCR軟啟動(dòng)原理:在三相電源與電機(jī)間串入三相聯(lián)晶閘管,利用SCR移相控制原理，改變其觸發(fā)角,啟動(dòng)時(shí)電機(jī)端電壓隨SCR的導(dǎo)通角從零
逐漸上升,就可調(diào)節(jié)輸出電壓,電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸增大,直至達(dá)到滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求而結(jié)束啟動(dòng)過(guò)程;軟起動(dòng)器的輸出是一個(gè)平穩(wěn)的升壓過(guò)程(且可具有限流功能),直到SCR全導(dǎo)通,電機(jī)在額定電壓下工作;此時(shí)旁路接觸器接通(避免電機(jī)在運(yùn)行中對(duì)電網(wǎng)形成諧波污染,延長(zhǎng)SCR壽命),電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài);停車時(shí)先切斷旁路接觸器,然后由軟啟動(dòng)器內(nèi)SCR導(dǎo)通角由大逐漸減小,使三相供電電壓逐漸減小,電機(jī)轉(zhuǎn)速由大逐漸減小到零,停車過(guò)程完成。
SCR軟啟動(dòng)器在設(shè)計(jì)上采用了電流電壓矢量傳感動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù),不改變電機(jī)原有的運(yùn)行特性;采用鎖相環(huán)技術(shù)和單片機(jī),根據(jù)壓控振蕩器鎖定三相同步信號(hào)的邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)出的一種可控硅觸發(fā)系統(tǒng),控制輸出脈沖的移相,通過(guò)對(duì)電流的檢測(cè),控制輸出電壓按一定線性加至全壓,限制起動(dòng)電流,實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟起動(dòng)。
3軟啟動(dòng)器的性能特點(diǎn)
軟啟動(dòng)采用軟件控制方式來(lái)平滑啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，控制方式是以軟（件）控強(qiáng)（電）。其控制結(jié)果將電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)特性由“硬”平滑為“軟”平滑，故被稱為“軟啟動(dòng)”。軟啟動(dòng)又分為兩種：一種是采用變頻恒轉(zhuǎn)矩限流啟動(dòng)；另一種是采用晶閘管調(diào)壓?jiǎn)?dòng)，又稱智能軟啟動(dòng)。
3.1兩類軟啟動(dòng)的對(duì)比
①技術(shù)性能。采用變頻調(diào)速啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，即使是在低速情況下也能隨意調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，能以恒轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)電流可以限制在 的額定電流以下。采用智能軟啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)由于轉(zhuǎn)矩是按電壓比的二次方減小，因此啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩很小。軟啟動(dòng)器有電流反饋，也可采用恒流啟動(dòng)，即在啟動(dòng)過(guò)程中保持啟動(dòng)電流不變，直到電動(dòng)機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速。從技術(shù)性能方面考慮，變頻調(diào)速啟動(dòng)適用于較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，一般是大于 的場(chǎng)合，如往復(fù)式空壓機(jī)、離心分離機(jī)、帶負(fù)載的輸送機(jī)、破碎機(jī)、螺旋式或如旋轉(zhuǎn)式空壓機(jī)、離心式風(fēng)機(jī)、離心泵、空載啟動(dòng)的輸送機(jī)及各種空載啟動(dòng)的設(shè)備。
②經(jīng)濟(jì)性。采用變頻器調(diào)速啟動(dòng)比智能軟啟動(dòng)的投資費(fèi)用高兩倍甚至三倍。
綜合以上技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于工礦企業(yè)能實(shí)際推廣的啟動(dòng)方式當(dāng)數(shù)后者。
3.2智能軟啟動(dòng)器
智能軟啟動(dòng)主要由串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間的三對(duì)反并聯(lián)晶閘管組成的調(diào)壓電路構(gòu)成，以微處理器為控制核心，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程在數(shù)字化程序軟件控制下自動(dòng)進(jìn)行。智能軟啟動(dòng)器利用三對(duì)晶閘管的電子開關(guān)特性，通過(guò)啟動(dòng)器中的微處理器，控制其觸發(fā)脈沖的遲早來(lái)改變觸發(fā)延遲角的大小，而晶閘管觸發(fā)延遲角的大小，又可改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，從而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)壓的特點(diǎn)是，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的二次方成正比，電動(dòng)機(jī)的電流和定子電壓成正比，因此，電動(dòng)機(jī)的啟動(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)。而電動(dòng)機(jī)定子電壓又是通過(guò)晶閘管的導(dǎo)通角來(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)載啟動(dòng)特性。在電動(dòng)機(jī)啟動(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，啟動(dòng)完成，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流的最大值可根據(jù)負(fù)載情況設(shè)定。
3.3.1智能軟啟動(dòng)器的基本特性
①采用微處理器全數(shù)字自控監(jiān)控。啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流以恒定的斜率平穩(wěn)上升，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊電流，不會(huì)造成大的電壓降落，保證了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、電流、電壓、時(shí)間可按負(fù)載不同而設(shè)定，可取得最佳的電流沖擊和最佳的轉(zhuǎn)矩控制特性，極大地減少了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩對(duì)負(fù)載的沖擊，也滿足了不同工作對(duì)象對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的不同要求，保護(hù)了被驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
②電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。由于在晶閘管的移相電路中，引入了電流反饋，因而使電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中保持恒流、平穩(wěn)啟動(dòng)。同時(shí)，由于以啟動(dòng)電流為定值整定，當(dāng)電網(wǎng)電壓上下波動(dòng)時(shí)，通過(guò)控制電路自動(dòng)增大或減小晶閘管導(dǎo)通角來(lái)維持原始設(shè)定值，可保護(hù)啟動(dòng)電流恒定。有的軟啟動(dòng)器還采用雙電源隔離，保證控制部分不受各種強(qiáng)電干擾。
③根據(jù)工作對(duì)象的不同，電動(dòng)機(jī)可選擇多種啟停方式，而采用不同的啟動(dòng)方式，其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不同。一般電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的初始轉(zhuǎn)矩 范圍內(nèi)選擇，從初始轉(zhuǎn)矩，可根據(jù)用戶要求在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的平開始，電動(dòng)機(jī)的定子電壓在斜坡加速時(shí)間內(nèi)無(wú)級(jí)增加，加速的斜坡時(shí)間由用戶設(shè)定。電動(dòng)機(jī)可以自由停車和軟停車，軟停車時(shí)間可調(diào)節(jié)。軟停車特性大大延長(zhǎng)電氣觸點(diǎn)壽命。