软启动工作原理.doc

《软启动工作原理.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《软启动工作原理.doc（23页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、软启动工作原理 - -软启动器电动机的应用1 软启动器工作原理与主电路图 软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器， 将其接入电源和电 动机定子之间。 这种电路如三相全控桥式整流电路， 主电路图见图 1。 使用软启动器启动电动机时， 晶闸管的输出电压逐渐增加， 电动机逐 渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上， 实现平滑启动， 降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定 转数时， 启动过程结束， 软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务 的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压， 以降低晶闸管的热损耗， 延长软启动器的使用寿命， 提高其工作效率， 又使电网避免了谐波污 染。软

2、启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电 压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。软 启动与软停车的电压曲线见图 2，3。2 软启动器的选用（1）选型：目前市场上常见的软启动器有旁路型、无旁路型、 节能型等。根据负载性质选择不同型号的软启动器。旁路型： 在电动机达到额定转数时， 用旁路接触器取代已完成任 务的软启动器， 降低晶闸管的热损耗，提高其工作效率。 也可以用一 台软启动器去启动多台电动机。无旁路型： 晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，忽 略电压谐波分量，经常用于短时重复工作的电动机。节能型： 当电动机负荷较轻时， 软启动器自动降低施加于电动机

3、定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，提高电动机功率因数。（ 2 ） 选规格： 根据电动机的标称功率，电流负载性质选择启动 器，一般软启动器容量稍大于电动机工作电流， 还应考虑保护功能是 否完备，例如：缺相保护、短路保护、过载保护、逆序保护、过压保 护、欠压保护等。3 Alt48 软启动器的特点Alt48 软启动器启动时采用专利技术的转矩控制。转矩斜坡上升 更快速，损耗更低。具有电动机和软启动器综合保护功能，能全时连 续检测电机电流， 提供电机可靠和完整保护， 这种保护功能在启动结 束旁路后仍能起作用，这是其它软启动器都不具备的。Alt48 在保持加速力矩的同时，实时计算定子和转子的功率。在

4、整个加速周期连续计算电机功率因数和定子损耗， 通过检测电压和电 流来计算功率因数， 并扣除定子损耗， 得到实际的转子功率和电机力 矩。4 Alt48 软启动器的应用设计采用一拖二方案，见图 4 ，即一台软启动器带两台水泵，可 以依次启动， 停止两台水泵。 一拖二方案主要特点是节约一台软启动 器，减少了投资，充分体现了方案的经济性，实用性。(1) 启动过程：首先选择一台电动机在软启动器拖动下按所选定 的启动方式逐渐提升输出电压，达到工频电压后，旁路接触器接通。 然后，软启动器从该回路中切除，去启动下一台电机。(2) 停止过程：先启动软启动器与旁路接触器并联运行，然后切 除旁路，最后软启动器按所选

5、定的停车方式逐渐降低输出电压直到停 止。5 应用效果通过一年的运行， 表明该装置可靠性高，性能完善， 能满足生产 要求。主要体现在以下几点：(1) 使用软启动器后，启动电流明显降低，减少配电容量与增容 投资。(2) 软启动器实现平稳启动，对水泵及管道无冲击，提高供电可 靠性和供水可靠性。(3) 采用软停车方式减少对机械的冲击，防止水锤效应，延长水 泵及其相关设备的使用寿命。(4) 多种启动模式及保护功能融于一体，防止事故的产生软起动可减小电动机硬起动（即直接起动）引起的电网电压降， 使之不影响共网其它电气设备的正常运行，可减小电动机的冲击电 流，冲击电流会造成电动机局部温升过大， 降低电动机寿

6、命，可减小 硬起动带来的机械冲力，冲力加速所传动机械（轴、啮合齿轮等）的 磨损，减少电磁干扰， 冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正 常运行。软起动使电动机可以起停自如，减少空转，提高作业率，因 而有节能作用。软起动的分类软起动可分为有级和无级两类， 前者的调节是分档的； 后者的调 节是连续的。传统的软起动均是有级的，如星 /角变换软起动，自耦 变压器软起动， 电抗器软起动等等。 连续调节的主要有三种：以电解 液限流的液阻软起动，以晶闸管（SCR ）为限流器件的晶闸管软起动， 以磁饱和电抗器（SR）为限流器件的磁控软起动。变频调速装置也是一种软起动装置， 它是比较理想的一种， 它可 以在限

7、流的同时保持高的起动转矩。 价格贵是制约其推广应用的主要 因素。人们购置变频调速装置一般都是着眼于调速，所以，常常不把 它归类于软起动装置。在电动机定子回路，通过串入有限流作用的电力器件实现软起 动，叫做降压或限流软起动。 它是软起动中的一个主要类别。高压降压软起动又是其中的一个重要类别软起动过程描述参数与软起动装置优劣评分项目为了能够客观地对软起动过程以及装置做出比较和评价， 提出以 下 15 条。不言而喻，所有的比较和评价只有在电网、电动机、负载 相同的条件下才有意义。1. 软起动能否完成，以及起动（完成）时间；2. 软起动过程中的电动机最大电流（标幺值）；3. 软起动过程中的最大电网电压

8、降（标幺值）；4. 软起动过程中电动机有否机电共振等异常现象；5. 软起动过程中电流的高次谐波含量（标幺值）；6. 软起动装置的价格（常以单位容量的人民币表示）；7. 软起动装置允许的连续起动次数；8. 软起动装置占用的空间大小；9. 软起动装置限流器件开度的易控性：调节是否平滑、快速；10. 软起动装置对使用环境要求的裕度；11. 软起动装置的起动重复性（相连两次软起动 “过程描述参数 ” 的守恒性）；12. 软起动装置所提供的起动和停止方式的多样性；13. 软起动装置所具备的对于装置本身以及电动机综合保护功 能的完备性（包括过流、过载、欠相、起动超时、接地等，包括故障 提示和显示、诊断、记

9、忆等）；14. 软起动装置在起动过程中的噪声大小；15. 软起动装置所需要的辅助电源功率的大小。注： 上述项目均属于 “装置评分项目 ”，前五项属于 “过程描述参 数”。液阻软起动液阻是一种由电解液形成的电阻， 它导电的本质是离子导电。 它 的阻值正比于相对的二块电极板的距离， 反比于电解液的电导率， 极 板距离和电导率都便于控制。 液阻的热容量大。液阻的这两大特点 （阻 值可以无级控制和热容量大） ，恰恰是软起动所需要的。 加上另一个 十分重要的优势即低成本使液阻软起动得到广泛的应用。液阻软起动也有缺点：液阻箱容积大，其根源在于阻性限流， 减小容积引起温升加大。 一次软起动后电解液通常会有

10、10°C30°C 的温升，使软起动的重复 性差。移动极板需要有一套伺服机构， 它的移动速度较慢， 难以实现 起动方式的多样化。液阻软起动需要维护， 液箱中的水， 需要定期补充。电极板长 期浸泡于电解液中，表面会有一定的锈蚀，需要作表面处理（一般 2 至 3 年一次）。液阻软起动装置不适合于置放在易结冰或颠簸的现场。近年有所谓的热变液阻软起动装置， 通过液阻本身在软起动过程 中的温升，借助电解液电导率与温度的正相关性实现无极板伺服机构 的软起动。但是，其可行性大可质疑：它的限流器件不具备限流能力 易控性，装置对使用环境温度要求高，软起动重复性差。液阻软起动装置可以串在绕线电动

11、机转子回路实现重载软起动， 售价低廉，在软起动过程中不产生高次谐波等等， 则是它突出的优点。 预言它即将被淘汰，肯定是为时过早。液阻软起动装置国外早已使用。 至今，在国内仍然运行着不少国 外的液阻软起动产品，来自日本、加拿大、意大利等国。 出厂日期从 60 年代到 90 年代均有。 国产品的生产厂家很多， 知名度较高的有湖 北襄樊的追日公司、大力公司、雷诺尔公司、沈阳前特兰公司以及上 海的几家公司等。晶闸管软起动晶闸管软起动产品问世不过 30 年左右的时间。它是当今电力电 子器件长足进步的结果。 10 年前，电气工程界就有人指出，闸管软 起动将引发软起动行业的一场革命。目前在低压（ 380 伏

12、）范围内， 晶闸管软起动产品价格已经下降到液阻软起动的大约 2 倍。而其主要 性能却大大优于液阻软起动。 与液阻软起动相比， 它的体积小、 结构 紧凑，几乎免维护，功能齐全，菜单丰富，起动重复性好， 保护周全，这些都是液阻软起动难以望其项背的但是晶闸管软起动产品也有缺点。 一是高压产品的价格太高， 是 液阻的 510 倍，二是晶闸管引起的高次谐波较严重，三是对于绕线 转子异步机无所作为。 在这几个缺点中， 价格高是制约其发展的主要 因素。对于贫者，无力选用它； 对于富者，何不直接选用高压变频装 置？这就是高压晶闸管软起动比较受冷落的原因。生产高压晶闸管软起动装置的厂家主要是： Rockwell

13、 、Motortro nics 、Benshaw 等三家国外厂家， 国内据说某研究所近期会有此类产 品问世。据调查，国外厂家截至 2001 年 9 月在中国大陆的高压晶闸 管软起动装置销售量仅仅为 30 多台。磁控软起动的工作原理和结构磁控软起动是从电抗器软起动衍生出来的。 用三相电抗器串在电 动机定子实现降压是两者的共同点。 磁控软起动不同于电抗器软起动 的主要点是其电抗值可控。 总体说来， 起动开始时电抗器的电抗值较 大，在软起动过程中， 通过反馈调节使电抗值逐渐减小， 及至软起动 完成后被旁路。电抗值的变化是通过控制直流励磁电流， 改变铁芯的饱和度实现 的，所以叫做磁控软起动。 因为磁饱

14、和电抗器的输出功率比控制功率大几十倍，它也可以称为 “磁放大器 ”。由于它不具有零输入对应零输 出的特点，所以，不建议采用 “磁放大器 ”这一词。磁饱和电抗器有三对交流绕组 （每相一对） 和三相共有的一个直 流励磁绕组。 在交流绕组里流过的是电动机定子电流， 它必然会在直 流励磁绕组上感应出电势。 后者会影响励磁回路的运行。 用一对交流 绕阻的主要原因就是为了抵消这种影响。显然， 电抗值的调节是静止的、 无接触的、非机械式的。这就为 微电子技术的介入打开了大门。 所以，在工作原理上磁控软起动与晶 闸管软起动是完全相同的。 说磁控软起动能够实现软停止， 能够具有 晶闸管软起动所具有的几乎全部功能

15、，其原因盖出于此。高压磁饱和电抗器在原理和结构上与低压 （380 伏）磁饱和电抗 器没有本质区别，但是在某些方面采取了一些特殊处理。磁饱和电抗器具有 0.1 秒量级的惯性， 这使得磁控软起动的快速 性比晶闸管软起动慢一个数量级。 对于电动机系统的大惯性来说， 磁 控软起动的惯性是不足为虑的。有人说磁控软起动不产生高次谐波。这是错误的。只要饱和，就 一定会有非线性， 就一定会引起高次谐波。 只是磁饱和电抗器产生的高次谐波会比工作于斩波状态的晶闸管要小一些。 磁控软起动装置需 要有相对较大功率的辅助电源，噪声较大则是其不足之处。QS 为高压隔离开关， QF 为真空断路器， SR 为磁饱和电抗器，M

16、 为电动机磁控软起动装置现状 发达国家很少有这类产品，这可能与发达国家的国情有关。 在国内，西安某公司生产磁控软起动已有 4 年以上的历史。 但该 公司不生产高压磁控软起动装置，仅仅生产不大于 330KW 的低压磁 控软起动装置。它的产品分成二个类别，即高于 160KW 和低于 160 KW 。前者需要与星 /角转换配合（因此，也只适合于定子角接的电动 机）；后者则单一地靠磁饱和电抗器。其控制系统仍停留在模拟集成 电路阶段。天津市先导机电有限公司研制的高压磁控软起动装置在济源钢 铁公司顺利投产， 标志着磁控软起动已经踏入了高压的门坎。 该装置 的起动对象是炼铁厂高炉的 4#风机异步电动机（ 6

17、KV 、2MW ），软 起动方式是 3.2 倍额定的恒流软起动，软起动时间为 34 秒，软起动 重复性好，满足了生产工艺要求。高压磁控软起动前瞻什么是高压磁控软起动装置？它是一种兼具高压晶闸管软起动 装置性能和高压液阻软起动价格的装置。 所以，它有可能成为国内乃 至国外高压软起动装置市场上的主流产品。从高压磁控软起动今后发展看， 要解决两个问题： 一是将交流电 压等级从目前的 6KV 提高到 10KV ，预计这不会遇到大的困难。 二是 将容量从目前的 2MW 提高到 20MW 。据调查，特大容量（ 20MW 以上）电动机的软起动至今还没有 一种圆满的技术手段。 采用专建一个变电站的办法和重金购

18、买特大容 量的高压变频装置的办法，都是出于无奈的办法。因此，液阻软起动、晶闸管软起动、磁控软起动都面对着特大容 量电动机起动的挑战。 特大容量往往要求将限流电力器件安装在主电 室外甚至户外， 液阻软起动装置将不得不面对户外环境的问题， 特大 箱体、特大极板的问题，晶闸管软起动将不得不面对串、 并联高压晶 闸管的均压、均流问题。磁控软起动面临的主要问题将是如何在有效防干扰的前提下把 磁饱和电抗器的容量做大。 特大容量磁饱和电抗器在世界上并非没有 先例。70 年代末，在武汉钢铁公司 1 米 7 工程热轧厂引进的比利时 ACEC 公司无功补偿装置里，就包含了一台这样的饱和电抗器： 10K V， 30

19、MVA ，它一直运行至今。因此，磁控软起动装置攻克特大容量电动机软起动难题指日可 待。软起动相关问题降压或限流软起动的作用？用它可减小电动机硬起动 （即直接起动）引起的电网电压降，不 会影响共网其它电气设备的正常运行， 可减小电动机的冲击电流， 冲 击电流会造成电动机局部温升过大， 降低电动机寿命， 可减小硬起动 带来的机械冲力，冲力加速所传动机械（轴、啮合齿轮等）的磨损， 减少电磁干扰，冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运 行。磁控软起动的适用范围和不适用范围？ 适用范围：笼形转子的异步电动机或同步电动机； 不适用范围：绕线转子的异步电动机。是不是磁控软起动不适用于重载软起动？ 不是

20、。只要用户选用了笼形转子的异步电动机或同步电动机， 就 可以选用磁控软起动，不论载荷是轻或是重。什么叫做软起动的起动方式？软起动的起动方式是指用什么方法使电动机由静止态到稳定的 运转态。例如恒电流起动，斜坡电压起动， 电流带冲击的（踢一脚”） 起动（这个冲击有助于克服静阻矩），以及这些方式的交替或组合。 开环软起动也是一种软起动方式。什么是软起动的起动方式菜单化？菜单化表示可选，可以由按键输入，通过计算机软件完成软起动 的起动方式的选择。什么是软起动仿真？将用户提供的数据，输入到计算机内，从而得到输出一一软起动 相关机电变量：转速、电流、电压等的时间曲线，以及描述曲线特征 的一些关键数据。软起

21、动仿真给出的结果虽然只是一种预测，但对用户和设计均有重要的参考价值。磁控软起动是否只适合于大容量电动机？否。只要用户有需求，不论大小均可采用磁控软起动。但是，如 果磁控软起动用在高压、大容量电动机场合，它的性能价格比优势会 更明显。列表比较电抗器软起动、 液阻软起动、 晶闸管软起动和磁控软 起动晶闸管移相式软启动原理质疑刘志斌摘要：晶闸管移相式交流调压电路不能应用于异步电动机的启动和运 行，所谓的软启动原理在理论上是不成立的。关键词：园旋转磁场、 平滑转矩；幅值高次振动的旋转磁场、非平滑 冲动式转矩；低功率因数、高无功损耗；高次谐波污染 , 。三相异步电动机启动电流大， 对供电电网、 同网设备

22、、电动机本身的 危害不言而谕。 多少年来人们在解决异步电动机启动课题上， 不断研 究、实践，取得了很多科学的、实用的、巧妙有效的方法和设备。近年来，由于电力电子技术的发展， 人们早就期盼的科学、简单、有 效、实用的变频设备成为现实，随心所欲地异步电动机变频调速、变 频软启动技术在自动化、智能化控制及自动化设备上得到广泛应用。“软启动”成为现代工控技术最时髦的代名词。晶闸管移相式直流调压、 交流调压技术多年来广泛应用于直流电机调 速，交、直流电焊等诸多方面。过去谁也没想着把它用到异步电机的 启动上，因为大家都明白异步电机用的是正弦交流电。可是现在工控市场上有了晶闸管移相式软启动设备和相关生产厂家

23、， 它们把晶闸管移相式交流调压技术用到异步电机的启动上， 并冠以软 启动这样最时髦的代名词。 更叫人不惑的是广告、 说明书上那些做宣 传的忽悠之词，黑白不分、利弊颠倒叫人上当。 从三相异步电动机的工作原理看： 只有三相对称正弦交流电产生的是 园旋转磁场；产生的电磁转矩是连续、平滑的；影响异步电动机电流 大小的主要因素是： 转差率s；电源电压Um阻抗Z；功 率因数cos）。采用最新最先进电力电子技术的变频器， 在对异步电动机软启动过程 中电机电流可以控制的很小IQ < IN ,原因是它实现了平滑地、 随意地改变、 控制三相对称正弦交流电源的 频率f ,从而平滑地改变定子园旋转磁场的转速 n

24、1,使其跟随转子的 转速n2,始终保持其有一个非常小的转差率S < SN,常用的传统降压启动设备是把电源电压 Um降低，使电动机在低电压 下启动，减小电机启动电流，启动电流降为IQ = （3-4）IN高压鼠笼异步电动机启动方式中定子回路串电抗器、 定子回路串液态 电阻、转子回路串电阻，都是通过改变电动机阻抗 Z、提高功率因 数cos）的方式减小启动电流。总之，传统降压启动方法，不改变单一正弦交流电的基本性质（既频 率不变），保证了园旋转磁场、连续平滑的电磁转矩的异步电机的根 本属性不变，启动过程异步电机的原有机械特性不改变。 而晶闸管移相式软启动是改变正弦交流电压的波形， 使之变为非正弦

25、 脉冲式交流电，通过调节其占空比（如图所示），来改变交流电的平 均电压。 其平均电压是可控的、平滑变化的。它加在异步电动机绕组 上产生的磁场是一个旋转的幅值高次振动的磁场； 其转子电磁转矩是 一个大小高次振动的非平滑变化的冲动式的破坏性转矩。 在机械方面 产生（转子高频机械冲动，其冲动频率 f 机械 = 2f 电源）震动，对 电机和生产机械形成机械损害； 在定子电磁转换中产生过电压， 直接 损害电机绝缘， 减少电机使用寿命； 从电能利用效率看， 启动过程中 电机处于低功率因数、 高无功损耗、 高有功损耗（转子高频机械震动） 的状态。特别是平均电压越低（既控制角 a越大，导通角B越小） 存在的上

26、述问题就愈加严重。 有的生产厂家声称自己生产的软启动箱具有节电、 节能功能。实际上， 这种占空比不断变化的非正弦脉冲式交流电作用在异步电动机上， 与 传统启动设备相比，功率因数 COS）更低，无功损耗更大。而且在负 载率低时， 晶闸管移相交流调压输出波形的占空比更小， 高次谐波幅值比例增大，上述情况表现得更分明，不但不能节电，而是损耗更厉 害。异步电动机降低启动电流的一个主要目的就是减小大电流对电网的 冲击， 减小对同网设备的影响。 而晶闸管移相交流调压电路输出的占 空比变化的非正弦脉冲式交流电中，高次谐波对电网存在有害污染； 对同网电气设备和通信、 电视等系统的正常工作存在影响。 不但不起

27、好作用，而是起坏作用。克拉玛依油田企业， 有很多单位高价进了这种所谓软启动箱， 没用几 天，很快就被淘汰出局，统统换上了真正的软启动设备变频器。 晶闸管移相式软启动这种未经过国家权威机构科学论证、 实际检验的 不成熟产品，违反了国家机电产品生产、销售的基本法规。它的流行 将给企业正常生产造成不良影响，将造成社会财富的巨大浪费。无刷自控电机软起动器原理及应用 摘要：本文先简要介绍绕线电机常用的起动方法和存在的主要缺点， 后介绍无刷自控电机软起动器的原理、 结构特点、 主要性能及典型应 用效果，说明无刷自控电机软起动器的优势和代替其它电机起动装置 的必然性 .。关键词：软起动器 起动电流 起动转矩

28、 无刷自控电机 绕线电机随着国民经济的发展，生产设备越来越大型化。工业领域的球磨机、 破碎机、风机、水泵、打浆机、轧钢机等设备中的电动机容量越来越 大。三相绕线式转子交流异步电动机因转子可外接电阻、 频敏变阻器， 且有较高的起动转矩、 起动功率因素和较小的起动电流， 故在大容量、 大转矩的电机中得到广泛应用。1 绕线电机常用起动方法和存在的主要问题 绕线电机常用的起动方法有：A、频敏变阻起动柜：它是将绕线式电机转子回路通过滑环、碳刷引 入地面的频敏变阻起动柜内， 在电机起动时，串入频敏变阻器， 随着 电机转速的增加，转子电流频率的降低，频敏变阻阻抗逐步减少，达 到连续限制电机起动电流的目的。

29、电机起动结束后、 还需通过接触器 或短路环将频敏变阻短接（部分中小型电机在转子上装有短路环） 。 串频敏变阻器起动， 由于频敏变阻器实际上是一个电感元件， 它降低 了电机起动时的功率因数。 即如要产生电机额定转矩的起动转矩， 电 机起动电流须是电机额定电流的 2.5 倍以上。因此，它一般用在对起 动转矩要求不太高的风机、水泵、空压机和球磨机电机上。它的变形 产品： 无刷无环起动器是将频敏变阻器直接安装在电机转子上， 实现 电机无刷运行。无刷无环起动器存在： （ 1）起动电流一经出厂， 就无 法调整。（2）重量是无刷自控电机软起动器的 1.8 倍以上，且起动器 最大功率无法越过500KW。（ 3

30、）电机正常运行时，频敏变阻器不短 接，会产生一定的功率损耗。B、绕线式异步电机串电阻多级起动柜，它也是将电机转子电流引入 起动柜内，通过时间、 电流或凸轮控制器改变电阻的大小，达到增加 电机起动转矩、 减少起动电流的目的。但复杂的起动控制装置， 且起 动过程中需频繁切换起动电阻，造成多次冲击电流，因此，它只用在 对起动转矩要求特高的起重机，轧钢机等设备上。它的变型产品是： 绕线式异步电动机液态电阻起动柜， 它是将绕线式电机转子回路通过 滑环、碳刷引入地面， 将液体电阻串入电机的转子回路， 通过伺服电 机改变液体电阻的大小， 达到无级连续调整电机起动转矩和起动电流 的目的。 它与凸轮控制器改变电

31、阻相比，最大的优点是： 无级连续调 整电机电流；缺点是： 常见的绕线式异步电动机液态电阻起动柜，没 有考虑液体电阻对极板及其传动设备的腐蚀作用、 没有考虑装置的密 封和防爆、没有考虑环境温度对起动装置的影响， 造成寿命低， 应用 范围小，不能安装在有振动的地方（如行车上）和北方的室外和造价 高等缺点。柜式起动设备均需将转子电流通过电刷、 滑环、电缆等引到地面控制 柜，电刷与滑环间磨下的碳粉会导致电机绝缘的降低， 引发电动机故 障。滑环、电刷压力弹簧锈蚀， 引起电刷与滑环间打火。 因对电机保 养提出了更高的要求。 同时电机起动过程人为给定， 不能适应不同负 载；起动装置元器件多、二次回路复杂、故

32、障率高、维护保养技术要 求高、拖动系统综合价格高是它们共同的另一个通病。由于上述起动装置一些无法克服的缺陷， 为满足用户的要求， 开发了 无刷自控电机软启动器。2 无刷自控电机软起动器工作原理及结构特点2.1 无刷自控电机软起动器简介 无刷自控电机软起动器是将起动电阻直接安装在电动机的转轴上， 利 用电机旋转时产生的离心力作为动力， 控制电阻的大小， 达到减少电 机起动电流、 增加起动转矩， 使绕线式异步电动机实现无刷自控运行 的装置。它主要由机壳、电解液、动极板、弹簧、接线柱、安全阀、 排气阀等构成。它的内部原理结构简图如图 1 所示，当电机起动时， 一方面，随着电机转速的升高，动极板在离心

33、力的作用下，逐步靠近 机壳，串入电机转子内的电阻逐步减少，并在达到额定转速时， 与外 壳短接，电阻降为零； 另一方面，动极板与机壳间的水电阻，因通过 电流而发热，在水电阻负温度特性的作用下，电阻也会逐步减少。在 上述两方面的作用下，使电动机以恒定电流、恒定转矩起动。2.2 无刷自控电机软起动器工作原理 无刷自控电机软起动器控制原理如图 2 所示，它与绕线式交流异步电 动机转子串入可变电阻相当。 在电机起动过程中， 水电阻大小通过下 述方法进行调节：a) 改变极板的距离：随着电机转速的升高，离心力加大，水电阻极 板距离逐步减少，并在电机转速达到电机额定转速经过一段延时后， 将水电阻极板距离降为零

34、。b) 改变水电阻的温度：水电阻通过电流后温度自动升高，在水电阻 负温度特性的作用下，电阻逐步减少。2.3 无刷自控电机软起动器结构特点 为保证水电阻能在电机转子上长期免维护运行， 无刷自控电机软起动 器在整体设计上应用了以下技术：1、选用具有下述特性的电解液为水电阻：A、对金属(铜和钢)具 有防锈作用；B、通过大电流后，不发生电解液变质、极板腐蚀、产 生气体的化学反应；C、电解液的冰点为-25C，沸点为120C，以满 足不同环境下安全工作的要求。 2、起动器采用金属全密封结构，尽 可能减少密封面数量。 3、设置安全排气阀，在电机转速达到额定转 速后，自动打开排气阀，保证正常运行时， 起动器内

35、部的压力与大气 压一致；同时，为避免因电机长时间堵转，电解液烧开、 起动器内部 压力升高，设置了安全阀，保证电机及起动器的安全。3 达到的效果 无刷自控电机软起动器实现了绕线式异步电动机无刷自控运行， 避免 了绕线式异步电机因存在滑环、碳刷，造成运行维护工作量大、 故障 率高的缺点，达到了以下效果：a）无刷自控电机软起动器能以额定电流、额定转矩起动电动机，同时 启动电流启动转矩可以根据负载性质， 通过改变电解液内电解质的浓 度，方便无级调整。避免了高压鼠笼式异步电动机液态电阻（热变电 阻）、磁控电抗器、固态（晶闸管）软起动设备，起动转矩与起动电 流的平方成正比，当电流降低 50%时，起动转矩降

36、低 75%的影响， 起动电流必须大于电机额定电流 3 倍以上，才能起动轻载电机这一缺 点。b）无刷自控电机软起动器起动过程是电机根据本身的转速自动完成， 无需人去干涉。 其它起动装置一般靠时间继电器、 电流继电器等间接 控制；电机起动结束后，还要靠人去将起动装置退出运行 （特别是高 压电机），如退出时机不对，会威胁电机、机械、供电和起动设备的安全运行。c）当电网电压较低或负载较重，造成电机输出转矩不足时，水电阻的温度会因通过电流而升高，电阻自动降低，从而逐步提高电机电流， 电机起动转矩自动增加，确保电机一次起动成功。d）无刷自控电机软起动器使电机的起动电流限制在额定电流附近，避免过大的起动电流

37、对电机造成的各种危害。e）如电机出现堵转现象，电机会自动加热电解液，当电解液烧干后， 电机电流会自动降为零，避免电机因长时间堵转而烧坏。f）电机运行过程中，遇到突加负载（如轧钢机在轧钢过程中出现堵 转），随着电机转速的降低，起动电阻会自动串入转子回路，达到增 加转矩，减少电流，保护电机安全的目的。g）台1400KW电机无刷自控电机软起动器的市场售价仅 2万元。是 相同容量的常规软起动装置需 12 万元以上，一台 1400KW 电机无刷 自控电机软起动器外形仅是一个 600X 32的圆柱体，并直接安装在 电机上。而相同容量的高压鼠笼式异步电动机液态电阻（热变电阻） 起动装置外形尺寸为（1700+

38、1200）海200疋800,需进行基建投资。h）电机和起动装置合为一体变成了无刷自控电机。对用户来说，它就是一台具有优良起动性能 （不用配置起动控制柜及相应电力电缆、 控 制电缆, 不用考虑起动设备安装调试,就能使电机以额定电流、 额定 转矩起动）的 “鼠笼式异步电动机 ”。起动设备安装完成后,对起动装 置无需进行任何操作和维护。4 典型应用 上海市供排水公司， 有数十台 10KV，480KW 防洪排涝水泵电机， 原 均使用频敏变阻器起动柜起动电机， 由于它必须使用碳刷、滑环、起 动控制柜等装置，故障率高。 该公司为提高排水装置的可靠性， 决定 采用“无刷自控电机软起动器 ”，使起动电流由电机

39、额定电流的 4 倍降 为额定电流的两倍，满足了该公司对起动装置的要求。 湖南柿竹园有色金属有限责任公司， 有两台 380V，280KW 球磨机电 动机，原均使用频敏变阻器起动柜起动电机，电机起动时，起动电流 达到电机额定电流的 4 倍以上，单台电机起动时的电压降达到电源额 定电压的 10%以上。 同时，由于该公司离电源中心较远， 电源电压较 低，经常出现电机起动失败现象，严重时，出现起动装置损坏。 采用 “无刷自控电机软起动器 ”后，电机的起动电流降到电机额定电流的 2 倍左右，电机起动压降降为额定电压的 6%，并且从未出现电机起动 失败现象， 减少了电机运行维护工作量和故障率， 受到了现场运

40、行维 护人员的喜爱。5 结束语 无刷自控电机软起动器将电气控制、 机械设计和电化学技术有机地结 合在一起， 使交流电动机以较简单的结构、 较低的成本实现了以额定 电流、 额定转矩起动的梦想。 无刷自控电机软起动器为需要大起动转 矩、小起动电流的用户找到了降低电机拖动及控制系统的成本有效方 法。无刷自控电机软起动器必将以优良的起动性能、低廉的价格、对 电源和负载自适应的能力、 微小的体积、节能和运行维护方便等特点， 获得更广泛的应用。 无刷自控电机软起动器已获得两项实用新型专利（专利号分别为：ZL01277402.2，ZL 03219788.8），另有一项发明专利（申请号：03112809.2）已于 2003 年 7 月公开，目前正处于审核阶段。 无刷自控电机软起动器通过了江西电机产品鉴定站性能鉴定， 列入浙 江省 2004 年度首批高新产品试制计划。