浅谈三相异步电动机软启动控制与保护

摘  要：软启动的调压模块一般由三相反并联晶闸管组成，可以通过改变晶闸管的触发角改变定子的电压，方便控制，性能良好。文章对三相异步电机的启动进行概述，分析了软启动的原理和特性，介绍了软启动系统构成及作用，同时分析了软启动技术的优越性和实用性。

关键词：三相异步电动机；软启动控制技术；晶闸管

      传统电动机启动，对电力系统的各个部件造成重大影响，降低它们的使用寿命，甚至可能形成电网电压骤降，从而影响电力系统的安全运转，直接影响电网中的其余电气设施运转状态。如此大的电流不但加重了输入线路、供电网和电机前方的开关设施的负载，巨大的转矩冲击导致电机产生剧烈的脉冲。还给用于动力传递的辅助设施，如三角带、传动机构和用于动力传递的机械设备带来了机械冲击，并且无法避免。

      电动机频繁使用，再加上它直接启动带来的各种危害，一种新的启动方式——软启动应运而生，如今软启动已广泛应用到各个领域，与传统启动方式相比具有很多优势，而且软启动也分为各种启动的方式，各种方式应用于不同的领域，比如轻载，重载。同时，软启动所用材料也各有不同，不同的软启动材料也有不同的特点，也有各种不同的利弊。因为电机的问题，造成工厂出现事故，直接或者间接导致经济重大的损失。

      由此可以看出，电动机既是为数众多，广泛应用的动力设备，同时又是国民经济的薄弱环节，电动机的研究保护设计以及正确的使用，对于国民经济有着较重要的意义。

1.1启动过程

      异步电动机在社会的各个领域有着广泛的应用，各个行业如工业、农业、交通运输业，都少不了异步电动机，可见它在日常生活中对人们的重要性。

      电动机的电压和电流呈正比，所以要把电压全加到定子上的话可以减轻启动电流过大的冲击，这就是降压启动。一般降压启动的时候，在这样的情况下，它们的数值都不会很高：就是启动电流和启动转矩在电压的情况下，一同增加，一同减小。像这样的情况，更适合需求启动电流和启动转矩都不高的场合。

      为了更加便利，可以采用这样的办法：在电机启动时，为了避免造成谐波过大，首先可以采用星型连接的方式，在启动完成后把电路连接方式转换成三角形连接。异步电动机启动时要注意：启动需要的设备不要复杂，要简单，操作要方便；电动机要有特别大的启动转矩；启动转矩相同的情况下，启动电流小的越适合人们应用，功率损耗越小的越受到广泛应用。转矩和启动电流是电机启动时的两个重要参数，要兼顾这两个方面来控制电动机的启动。

1.2启动方法

1.1传统减压启动

      根据电压幅度的大小能不能连续可调，可以分为分步调压和逐级调压。分级电压调节是把电压分成几个层次，用较低的电压水平启动电动机，并在起动的过程中逐渐变大电压幅值，一直到电动机启动。

1.2软启动

      三相反并联晶闸管以星型方式连接，这样的电流不会四处流动，四处流动会导致电路中的谐波变大，就好像三角形连接，这样的连接效果就会导致电路中的谐波变大，损耗增加。

限流启动

      如果电流限制设置得小，启动转矩就会很小，从而无法启动。因为这种方法的启动转矩不高，轻载情况更适用于限流启动，电流先以线性上升，到上限电流后平稳，直到达到额定电压，再恢复至额定电流，启动成功。启动成功后，电流值会从维持了一会的电流值下降，而之前的维持上限电流是为了等待电机成功启动，而启动成功后，则不需要电流如此之大，就会逐渐下降到额定电流。这样的启动方式，避免了配置的损坏，而上限电流虽然维持了一会但不会对设备造成太大的影响。

      三相异步电机软启动工作原理中的交流调压模块是由三相反并联晶闸管组成，控制方式有很多种，都是为了转矩达到额定转矩来工作的。这样的控制方式避免了种种不利因素，以良好的启动效果实现启动。

      电动机软启动系统模块如图2所示。三相交流电源下有同步电压检测模块，电动机接有电流检测模块，SCR驱动电路、信号隔离电路都作用于反并联晶闸管。晶闸管端电压检测模块可以给功率因数角控制模块发出信号，后32位ARM微处理器把信息投入到液晶显示模块和键盘输入模块，并且和RS485以太网进行信息互相交流。其详细工作过程如下：LPC2378通过检测起动接触器的返回信号，了解电动机需要软起动。当晶闸管触发角和启动时间小于阈值时，旁路启动器闭合，并断开启动接触器，使得电机与电网相连。这样保证了系统能源的充分利用，使启动后的电力资源直接供应给电机，这样不仅方便了供电，还提升了电网设备的耐用性，这种方法为多数电厂设备所采用。三相晶闸管可以控制触发角度，所以启动时比较平滑，是连续的，便于启动调节。

      1）功率单元：主要由六个晶闸管组成，每相由两个晶闸管逆并联，每相晶闸管的两端由旁路接触器并联，旁路接触器用于启动后的旁路软起动器。并联电容是为了滤波。

      2）检测单元：三相电压经调节电路馈入控制器A/D通道，用于电压监测、过压、欠压保护等。第二种是利用检测到的晶闸管电压变换后的方波信号同时进入A/D通道，并馈入控制器计算电机的功率因数角。

      3）晶闸管触发单元：晶闸管触发单元能改变定子电压，实现驱动，是因为晶闸管触发单元能与三相交流电源与三相异步电动机相连。

      4）外围拓展单元：这些单元包括信号处理、信号隔离、功率放大、运行参数和故障信息检测显示，还有键盘输入电路等。外围拓展的单元基本包含了与外部器件相关的功能与应用。

      文章对系统的硬件部分做了分析与应用，同时对硬件部分在系统中的应用做了介绍。硬件部分有主要器件、电源模块、主电路、同步信号采集模块、电流检测电路，它们是硬件部分的各个模块，起到不同的作用。

4.1产品简介

4.2产品选型

      产品功能

说明：“√"表示具备“■"表示可选

 

      文章介绍了三相异步电机的各个方面，包括了它的启动过程、启动方法、硬件设计、软件设计。在三相异步电机的启动过程中，应尽量避免电压降，过大的启动电流，同时启动转矩也应该列为重要的参数之一，不断观察启动转矩，以免电动机启动失败。众多启动方法中，应用参数用到了电压、电流、电磁转矩，这些都可以作为电机启动过程中启动的因素。今后电机的启动的发展方向会趋向节能，保护电机，效率高，耐用性高的方向，三相晶闸管应用更受大多数电机的应用，在以后的应用中应该加入一个快速熔断器，防止在调压的过程中晶闸管的损坏。