软启动器，其电路图、操作，优势和应用程序

我们的工业使用各种各样的机器。感应电机是应用最广泛的三相交流电机之一，几乎占工业用电机的70%。其坚固的结构和高效率使其成为每个工业部门的最佳选择。但是它们确实需要用于安全操作的保护装置和设备，以便它可以安全操作，防止对电机的任何潜在损坏，并延长它们的寿命。三相感应电动机最重要的设备是电动机起动器。

电动机起动器

电动机起动器是一种电气装置，用于安全启动和停止电动机。它还提供过电流和低电压保护。由于感应电动机广泛用于工业中的各种应用，它们需要马达启动器安全地启动和停止它。感应电动机在启动时消耗大量电流。这是由于静止时电机绕组的低阻抗造成的。

这对感应电动机的安全运行至关重要。这是因为电机在静止位置时转子阻抗较低。转子阻抗取决于感应电机的转差率(转子和定子之间的相对速度)。感应电动机的转差率不是恒定的，在其整个运行过程中是变化的，因此转子阻抗也是变化的。与电机转差率成反比。

在静止状态(静止位置)，滑动异步电动机最大，即1，因此转子阻抗最小。由于这种低阻抗称为浪涌电流，将电机连接到电源会在定子绕组中产生大量电流。定子中的交流电产生旋转磁场(RMF ),在转子绕组中感应出电流。转子电流产生自己的磁场，试图抵消其原因&开始在RMF方向旋转。因此，转子受到转矩&随着其速度开始增加，电机的转差率降低(即转子RMF速度接近定子RMF速度)。由于转差率降低，转子阻抗增加&电机开始汲取正常额定电流。

高浪涌电流是电机满载额定电流的5-8倍。感应电机不能承受如此大的电流，因为它会很快损坏或烧毁绕组，降低电机的性能和寿命。如此高的电流还会导致线路电压大幅下降，这对连接到同一线路的其他设备来说是危险的。

为了防止如此高的浪涌电流，我们使用电机启动器，在短时间内降低初始电流。一旦电机达到一定速度，正常供电将恢复。它还提供低电压保护过量电流.

这些电机起动器通常用于大功率额定电机。1Hp以下的小型电机不需要电机启动器，因为它们的阻抗很高。然而，它们确实需要过流保护，可在中找到DOL启动器.

电机起动器使用各种技术来起动电机，例如

• 全压或跨线起动技术；它将电机连接到电源的全电压。它用于小型电机
• 降压启动器；它在电机启动时降低电源电压，以减少浪涌电流。软起动器使用这种技术来起动感应电动机。
• 多速起动器；电机设计为具有多个预选速度，通过磁极(绕组)配置实现。速度的逐渐增加会降低浪涌电流。

什么是软启动器？

软起动器是一种使用电压降低技术来降低电压在电机启动期间。软启动器在电机启动过程中逐渐增加电压。这将允许电机缓慢加速&以平稳的方式获得速度。它可以防止由于突然提供全电压而引起的任何机械撕裂和抖动。

感应电动机的转矩与电流的平方成正比。&水流取决于电源电压。所以电源电压可以用来控制起动转矩。在正常的电动机起动器中，向电动机施加全电压会产生最大的起动转矩，这对电动机有机械危害。

因此，我们可以说软起动器是一种降低起动转矩的装置&以安全的方式逐渐增加起动转矩，直到达到额定速度。一旦电机达到其额定速度，软启动器通过它恢复全电压供应。

在电机停止期间，电源电压逐渐降低，以平稳地使电机减速。一旦速度达到零，它就会切断电机的输入电压供应。

软起动器中用于调节电压的主要元件是半导体开关比如一个晶闸管(SCR)。调整晶闸管的触发角可以调节通过它提供的电压。其他组件如OLR(过载继电器)用于过电流保护。

软启动器示意图

在一个三相感应电动机，两个SCR沿电机的每相以反并联配置连接，总共有6个SCR。这些SCR由一个独立的逻辑电路控制，该逻辑电路可以是PID控制器或者一个微控制器。逻辑电路由市电供电，使用整流电路如图所示。

除了电源开关&逻辑电路、其他保护组件，如断路器或保险丝, 磁性接触器为了隔离，使用了OLR(过载继电器)来防止过电流。

当电机达到全额定速度时，旁路开关也用于恢复电机上的全电压。

软启动器的工作原理

用于控制软起动器中电压的主要元件是晶闸管。它是一个可控整流器，当施加一个称为点火脉冲的门脉冲时，它只在一个方向上开始传导电流。

点火脉冲的角度决定了应该允许多少输入电压周期通过它。由于交流在最大和最小峰值之间摆动，形成一个完整的360°周期，我们可以使用触发脉冲的角度在特定的持续时间内接通晶闸管，并控制所提供的电压。

发射脉冲可以在0°到180°之间变化。触发脉冲角度的减小增加了晶闸管的导通时间，从而允许高电压通过。

对于每一相，两个这样的晶闸管以背对背的形式连接。所以它可以控制两个方向的电流。每半个周期，点火角度

三对晶闸管，每对用于单个相位，用于控制电压以启动和停止电机。晶闸管导通周期取决于逻辑电路控制的触发角。逻辑电路包含PID控制器或简单的微控制器，通过编程产生脉冲。控制器使用光隔离器与电源隔离，整流器用于为DC源供电。由微控制器产生的脉冲被馈送到晶闸管触发电路，该电路在触发SCR之前将其放大。

当电机启动时，控制器为每个单独的可控硅产生脉冲。基于使用过零检测器检测到的过零来产生脉冲。第一次点火脉冲角度大约接近180 °(非常低的导通周期),以允许最小电压。每次过零后，触发脉冲的角度开始逐渐减小，增加了晶闸管的导通时间。通过晶闸管的电压开始增加。因此，电机速度逐渐增加。

一旦电机达到其全部额定速度(在0°点火角)，晶闸管在正常运行下会被旁路接触器完全旁路。由于SCR停止点火，它提高了软启动器的效率。在电机停止期间，SCR控制并开始有序点火以降低电源电压。

旁路接触器可以是内部的或外部的。内部旁路接触器嵌入电源内部开关。每个SCR并联有一个旁路开关，在正常情况下提供电流。这种接触器结构占用空间小，起动器设计紧凑。而外部旁路接触器在外部与软启动器并联连接。这种软启动器体积庞大。

旁路接触器并不意味着中断或接通电路的电流供应，因此它可以是低额定电流的接触器。

软启动器的优点

平稳启动:与传统的电动机启动器不同，它提供非常缓慢的电压增加，从而使速度非常平稳地启动。没有任何可能损坏电机的机械应力或冲击。

加速和减速控制:它提供了一个完全可调的电机加速和减速。缓慢或快速改变点火角可以控制电机启动时的加速和停止时的减速。这用于需要调整启动加速度的应用中。

无电涌:由于传统的电机起动器允许电机上的全电压，因此突入电流开始流入电机，导致电路中的电涌。软启动器限制这种电流，从而防止功率浪涌。

多次启动:一些应用要求电机在短时间内启动和停止多次。如果与传统启动器一起使用，这种电机将由于高启动电流而过热。然而，软起动器大大增加了电机在特定持续时间内的启动次数。

减少过热:电机过热是一个非常严重的问题。这是由于启动时绕组电流较高造成的。软启动器允许很小的启动电流，防止电机过热。

寿命延长:与传统起动器相比，软起动器提高了电动机的寿命。这是因为电机运行平稳，没有电气和机械应力。

维护更少:由于其平稳运行，感应电机不太可能有任何机械故障，这就是为什么它需要更少的维护相对于传统的电机起动器。

效率:传统的电动机起动器向电动机提供全电压(非常高的浪涌电流),这消耗了太多的能量。软启动器可显著降低能耗，并允许能耗逐渐增加。此外，使用非常低的电压电平来控制电源开关。它改善了整体电机的效率.

紧凑和小尺寸:软启动器具有非常紧凑的设计，占用非常小的空间。与其他电机启动器不同，它的尺寸非常小。

低成本:与VFD等其他启动器相比，这确实成本更低。

软启动器的缺点

无速度调节:软启动器仅允许控制输入电源电压，即从0伏到具有固定线路频率的线路电压。由于频率是恒定的，电机速度也是恒定的&仅由与之相连的负载调节。感应电动机的速度可以根据需要通过改变电源频率使其低于或高于线路频率来调节。此功能仅在VFD（变频驱动器）中可用

热消散:软启动器内部的半导体开关以热量的形式消耗一些能量。因此，它还需要散热器来冷却电源开关。

降低的启动扭矩:由于它降低了与输入电流相对应的输入电压，而输入电流与感应电机的启动转矩成正比，因此它显著降低了启动转矩。这是为什么软起动器用于低或中等起动转矩应用。

软启动器的应用

软启动器用于工业&更适合用于恒速运行的电机。

风扇:工业用的巨大风扇以恒定的速度运转。然而，它们确实需要启动保护。软启动器是这类风扇的最佳选择。

传送带:工业中的传送带是用来移动物体的&它需要特别小心。使用传统启动器启动或停止期间的突然冲击可能会使皮带错位，由于机械应力损坏皮带，并损坏放在皮带上的物体。它需要软启动器提供的平稳启动和停止

使用皮带和滑轮的电机:通过皮带和滑轮驱动负载的电机不能承受突然的冲击。它戴着把它和货物连接在一起的带子。软启动器为此类电机应用提供平稳启动。

水泵或液体泵:由于管道内压力突然增大，任何与电机相连的泵都需要平稳启动和停止。传统的启动器在启动时会产生足够的压力来破坏管线。软启动器向这种液体泵提供逐渐增加的压力。但是，在正常运行期间，泵没有速度控制。VFD是可变泵速的更好选择。