维普资讯 http://www.cqvip.com 第２卷第２期 ２００２年６月 湖南工业职业技术学院学报 ｊｏＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＵＮＡＮ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣ ＶＯ１．２ ＮＯ．２ Ｊｕｎｅ ２００２ 异步电动机的软启动与软制动技术 柳青 湖南长沙４１０００７） （湖南工业职业技术学院电气工程系［摘 要］本文介绍了异步电动机软启动器的主电路设计，软启动、软制动的几种工作方式以及适用的场合．描绘了软启动．软制动 过程中的电压、电流变化曲线．并对单片机控制软启动器的轻载节能原理进行了阐述。 ［关键词］异步电动机；软启动；软制动；工作方式；轻载节能 ［中图分类号］ＴＭ３４１ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１６７１—５００４（２００２）一ｏ２一ｏ１２一ｏ３ Ｓｏｆｔ－－ｓｔａｒｔ ａｎｄ Ｓｏｆｔ－－ｂｒａｋｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｏｆ ＡｓｙｎｃｈｒＯｎＯｕｓ Ｍｏｔｏｒ ＬＩＵ Ｑｉｎｇ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐｔ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０００７．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｓ０ｆｔ—ｓｔａｒｔｏｒ ｏｆ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒｔ ｓｏｍｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｕｓｅｄ ｏｃｃａｓｉｏｎｓ ｏｆ ｓｏｆｔ－－ｓｔａｒｔ ａｎｄ ｓｏｆｔ－－ｂｒａｋｅ．Ｉｔ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｓｏｆｔ－－ｓｔａｒｔ ａｎｄ ｓ０ｆｔ— ｂｒａｋｅ．Ａｌｓｏ，ｉｔ ｅｘｐｏｕｎｄｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｕｎｄｅｒｌｏａｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓａｖｉｎｇ ｏｆ ｓｏｆｔ－－ｓｔａｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｏｄ ｂｙ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ；ｓ０ｆｔ—ｓｔａｒｔ；ｓ０ｆｔ—ｂｒａｋｅ；ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｕｎｄｅｒｌｏａｄ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ 引言 异步电动机常用的启动方法有Ｙ一△降压启动、 Ｌ 自耦变压器降压启动、定子回路串接电抗降压启动 等；制动方法有回馈制动、反接制动、倒拉反转制动、 机械制动等。这些启动和制动方法虽各有其优点和实 用性，但也存在明显的不足之处，如没能很好地解决 电动机启动瞬间大电流对电网的冲击问题，以及制动 时定、转子回路电流过大而导致绕组过热的问题，另 外，这些启动和制动设备的触点多．发生故障率高，维 护工作量大等。 随着电力电子技术的发展，一种称为软启动器 （或固态软启动器）的新型启动设备正在工业生产中 广泛推广应用。这种软启动器使得电动机启动平稳， 对电网的冲击小，还可以实现软停车、软制动，以及电 动机的过载、缺相保护，并能实现异步电动机的轻载 图一晶闸管软启动器的主电路 管的导通角ａ的大小．使电动机的启动电流根据工作 要求所设定的规律进行变化。这样．电动机启动电流 大小、启动方式及启动时间均可任意调整与选择．使 电动机处于最佳启动状态，还可减少启动功率损耗。 二、软启动方式 １．斜坡电压软启动 早期的软启动器是以启动电压为控制对象进行 软启动的。图二为斜坡电压控制示意图。 图中，启动电压先以设定的速率增加，然后再转 节能等，与传统启动设备相比，软启动器具有更好的 启动、制动控制性能及保护性能。 一、软启动器的主电路设计 ’为额定电压。这种启动方式比传统的自耦变压器或 Ｙ一△降压启动有了较大的进步．但在某些工作状态 下应用时，还会出现较大的二次冲击电流，而且容易 损坏晶闸管。 ２．恒流软启动 ‘ ● ● 图一是以晶闸管组成的软启动器的主电路图。图 中Ｖ 一Ｖ 、Ｖ 。一Ｖ 、Ｖ 。一Ｖ 三个反并联普通晶 闸管模块串接在电动机的三相电路中；Ｍ为电动机。 在电动机启动过程中通过控制电路来控制晶闸 ［收稿日期－１ ２００２—０３一ｏ６ ［作者简介］柳青（１９６３一）．男，汉族．湖南安乡人，湖南工业职业技术学院讲师．主要从事电机原理及拖动技术、电气控制与自动化技术 的教学与研究工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期 Ｕ 柳青：异步电动机的软启动与软制动技术 ０ 图二斜坡电压控制 图五脉；中恒流软启动 ４．脉冲恒流软启动 这种启动方式在启动初始阶段有一个较大的启 动冲击电流，该电流值大于设定的恒流值Ｉｓｍ，从而 能产生较大的启动冲击转矩去克服较大的静磨擦转 图三恒流软启动的电流特性 矩，使设备能够迅速启动；然后进入恒流启动阶段，直 目前的软启动器大都以启动电流为控制对象进 行软启动的。启动时电动机的起动电流保持恒定（即 至启动结束。图五表示了脉冲恒流软启动方式的电流 特性。 限定启动电流），其电流限定值Ｉｓｍ通常在额定电流 的１．５＂－４．５倍之间选择。图三表示了这种恒流软启 动方式的电流特性。 图中脉冲启动阶段电流的幅值（以对电网不造成 在的冲击作用为前提）和脉冲维持时间是可以设定 的。显然，这种启动方式的启动转矩大，适用于重载启 设定的电流限定值Ｉｓｍ大（以对电网不造成大 的冲击作用为前提），启动转矩大，启动时间短；Ｉｓｍ 小，启动转矩小，启动时间长。这种方式一般适用于启 动惯性大的场合。 ３．斜坡恒流软启动 若控制启动电流以一定的速率平稳地增加，当启 动电流增大到所设定的电流限定值Ｉｓｍ时，就将启 动，如皮带输送机、磨煤机的带载启动。 除了上面介绍的软启动方式之外，还有电压与电 流控制的各种组合方式，如斜坡电压与电流下的 软启动，启动脉冲、斜坡电压与电流下的软启动 等。 三、软停车与软制动 １．软停车 软停车改变了常规关机时停止供电，由机械阻力 矩使电动机停车的方法，而是使电动机的工作电压由 额定电压逐步减少到零。在软停车的控制中，晶闸管 动电流保持恒定值直至启动结束。图四表示了斜坡恒 流软启动方式的电流特性。 从图中可以看出，电动机的启动过程分为两个阶 段，先为斜坡启动阶段，后为恒流启动阶段。当启动即 将结束时启动电流会自动减下来。启动电流上升变化 率和恒流值都可任意设定，恒流值Ｉｓｍ大小决定启 动时间的长短。因此，启动电流上升变化率和恒流值 一导通角ａ逐步改变，使电动机的工作电压逐步降低， 直至电动机停机。图六为软停车的电压特性曲线。 般应根据负载情况与生产要求来设定，以使软启动 斜坡恒流软启动方式一般适用于空载或轻载启 器获得最佳的启动过程，并减小启动损耗。 动，也适用于启动转矩随转速增加而增大的负载设 备，如通风机、水泵等。 ｝卜一软停车——＿’｛ 图六、软停车的电压特性曲线 从图六中可以看出，软停车的电压变化率是可以 任意设定的，如曲线１或２，也就是说停机的时间可 以根据负载的特性和电动机工作情况加以调整。这种 图四斜坡恒流软启动 软停车适用于水泵类负载的停机控制。因为拖动水泵 维普资讯 http://www.cqvip.com １４ 湖南工业职业技术学院学报 第２卷 负载的电动机若突然断电而停止工作，会由于水流的 能装置的原理图。此时，软启动器可以自动检测电动 巨大惯量而产生水击，容易造成水泵的损坏。 机的负载变化，根据负载轻重而改变晶闸管的导通 ２．软制动 角，使电动机的工作电压在空载、轻载时自动降低，并 在软制动的控制中，一般可采用能耗制动技术， 随负载的变化而变化。在电动机空载、轻载时降低电 即制动时除停止供给电动机交流电源外，同时给电动 动机的工作电压，可使电动机的每极磁通量减小、励 机定子绕组通入直流电，由此产生的制动转矩使电动 磁电流减小、铁耗减小、定子铜耗也减小，从而减小了 机快速停车。图七为软制动主回路原理图。 电动机的输入功率，减小了无功功率，提高了电动机 Ｌ Ｉ Ｌ， Ｌ 的效率和功率因数。这样，软启动器能使电动机始终 运行在较合理的工作电压下，达到了电动机空载、轻 载时节能运行的目的。 图七软制动主回路原理图 制动时将原来工作的晶闸管Ｖ 。～Ｖ 只保留 图九单片机控制的软启动器电路原理图 Ｖ 。和Ｖ 继续工作，其余则关断，另外还打开续流晶 此外，单片机控制的软启动器设置有相序和缺相 闸管Ｖ 。为避免制动时的冲击，晶闸管Ｖ 。、Ｖ 和 处理，过载和短路处理，漏电处理和自检处理等子程 Ｖ 的导通角应逐渐变化，其变化速率可以进行调整。 序，因而具有较完善的保护功能，大大提高了电动机 在这种软制动的控制中，电动机的转速由额定转 工作的可靠性。 速ｎ 能快速而平稳地减速至停机，或减至一定转速 （如１Ｏ％ｎ ），发出控制信号使机械抱闸动作，达到准 结束语 确停车的目的。图八为软制动的转速特性曲线。 异步电动机在直接启动过程中，自电源流入定子 绕组的电流可达其额定电流的７倍以上，这种大的冲 击电流容易造成电网电压显著下降，这不仅使电动机 的起动转矩减小（起动转矩与电源电压的平方成正 比）而启动困难，还会影响接在同一电网的其它用电 设备，如使附近照明灯变暗，附近正在工作的其他异 ｌＯ％ｎ Ｎ 步电动机的转矩减少，转速下降等，尤其是大容量电 Ｏ 动机，由于其起动电流较大，起动时间较长，对同一电 ｌ 图八 软制动的转速特性曲线 网的其它用电设备影响更大，而采用这种新型的软启 在软制动的过程中，其制动控制电流的变化率是 动设备则能很好地解决这一问题。同时，由单片机作 可调的，也就是制动时间是可调的。这种软制动适用 为控制电路的软启动器还可以将软启动、软制动、轻 于设备要求精确定位制动控制的场合。 载节能技术和缺相、过载、短路、漏电等保护措施融于 在软制动的控制中，除采用能耗制动技术的控制 一体，因而具有广阔的应用前景。 方案外，为增大电动机的制动转矩，以及使电动机在 ［参考文献］ 制动时三相绕组发热均匀，还可采用反接制动技术的 控制方案以及其它控制策略。 ［１］邱阿瑞．交流电力拖动及应ＪＨ ＥＭ］．人民邮ＩＵｎ；版社．２０００． ［２］许大中．贺益康．电机控制ＥＭ］．浙江大学ｊ【】版社．１９９５． 四、节能轻载 ［３］ 陈振民．徐元浩．三相异步【Ｕ动机ＥＭ］．广东科技“：版社 ２００１． 采用单片机作为控制电路的软启动器还可以作 ［４］ 潘留占．单片ｆＪＬ控制的三相电机保护器［Ｊ］．电工技术杂志 为异步电动机轻载调压节能装置使用。图九为这种节 ２０００、】．
