李学栋

（天津渤化工程有限公司,天津300193）

化工行业的低压配电系统中, 含有大量的感应电动机，且很多情况下都需重载启动。多年来，大功率电机的启动、重载启动的问题倍受关注。传统的电机启动方式分为全压启动和降压启动。全压启动时，启动电流大(约4～7 倍额定电流In)、功率因数低，不仅增大变压器及电机的损耗，而且会对配电系统造成冲击。而传统的降压启动(如自耦降压启动或Y-△启动)，虽可降低启动电流(自耦降压启动约 1.7～4 倍 In；Y-△启动约 1.8～2.6 倍In），但还是相对较大，功率因数较低。所以全压启动和降压启动还是属于大电流启动方式。

随着软启动器的出现，不但电机启动过程中过大启动电流冲击电网的问题得到了解决,提高了供电系统的质量，而且抑制了启动过程中过大转距，提高了用电设备的寿命，降低了运维费用。

1 电动机软启动器的工作原理

软启动器以单片机为CPU、以可控硅（晶闸管）为执行元件。工作中，软启动器采集电机功率因数角，自动判断电机负载率，并根据控制算法输出触发脉冲，调整晶闸管的导通角来改变输出电压(图1)，从而调节启动电流、启动转矩[1]。

图1

图2

软启动器启动可使电机在空载、轻载启动运行时端电压降低、启动电流减小，如此一来不仅可以减小电机损耗、减小电网对电机的输入功率，也可以减小大电机启动时对电网的冲击。

通过软启动器启动电机，随着转速加快，晶闸管电压逐渐变大直至整个导通，电机完成启动。此后，晶闸管被旁路接触器所代替，如此一来，不仅能减少对晶闸管的消耗，延长软启动器寿命，还能避免电网被谐波所污染。

不仅如此，软启动器还能在电机停车时发挥相反的作用，让电压逐步减小到最低，以免在停车的时候受到冲击力的作用。

2 电动机软启动器的启动方式[2～8]

2.1 限流启动：电机在启动过程中限制启动电流不超过某一设定值(Is)的软启动方式。其输出电压从零开始迅速增长，直到输出电流达到预先设置的电流限值Is，然后在保持输出电流I＜Is 的条件下逐渐升高电压到额定电压。使电机转速逐渐升高，直到额定转速。此种启动方式的优点是启动电流小且能按需要调整，对电网影响小。缺点是在启动时难以知道启动压降，不能充分利用压降空间。损失启动力矩，对电机不利。所以在控制电机启动时，需根据实际情况，将限流启动和其他启动方式配合使用。

2.2 斜坡电压启动：顾名词义，启动时电机定子端电压逐步线性上升，即从原始的降压启动从有级变成了无级，随着电压升高，电机驱动转矩也逐渐增大。当驱动转矩大于阻尼转矩和负载转矩之和时，电机开始启动，并最终达到稳定运行。此启动方式只需调整晶闸管导通角，使之和时间成一定函数关系，较为简便。

斜坡电压启动适用于重载启动(图2)，如引风机、循环水泵及一些内部物料粘稠的机泵。但也有其缺点，即初始转矩小，转矩特性抛物线型上升对拖动系统不利。且过长的启动时间不仅有损于电机，晶闸管也会因巨大的重聚电流而出现破损的情况。

2.3 转矩控制启动：该方法是指将电动机的启动转矩由小到大线性上升。其优点是平滑启动、柔韧度好，针对拖动系统有独特的保护，能有效延长拖动系统的使用寿命，也能降低电机启动对电网的冲击，是目前最好的启动方式，也是重载启动的最优选择。缺点是它启动时间较长。

2.4 转矩加突跳控制启动：和上述方法相仿也适用于重载启动，不同之处在于启动的瞬间，此种启动方式使用突跳转矩去克服电机静转矩，而后转矩逐渐上升，可缩短启动时间。但是，突跳会向配电系统发送尖脉冲、干扰其它负荷，使用时需要注意这个问题。

2.5 电压控制启动：该方式适用于轻载启动的地方，在确保启动压降下，让电机以最大启动转矩运转，使启动时间大大缩短，是最优的轻载软启动方式。

3 电动机软启动器在化工项目中的应用及工作特点

在化工项目中，除工艺专业使用很多大容量机泵，如熔盐泵、氢压缩机、氨压缩机、空气压缩机外，公用工程相关专业也不乏其数，例如循环水泵、脱盐水泵、冷冻机等。且化工行业还有其特点，根据工艺生产流程，厂内生产装置区占地面积大、用电设备多且布置集中，而储运区域尤其是各类罐区，用电负荷又很分散。并且根据工艺要求，很多时候变配电站无法充分靠近负荷中心，导致电设备配电距离远。

大容量机泵所配电机，若直接启动则会对所在配电系统造成冲击，使系统母线电压下降，影响系统内其他设备的正常运行。若采用传统降压启动，虽可部分减小对配电系统的冲击，但仍无法完全消除，且无论自耦降压启动或Y－△启动，都有其各自的缺点，如Y－△启动需在电机端采用两种接线形式，也需两根电缆进行配电，若配电距离很远则经济上比较浪费。虽可利用变频器实现软启动，但较高的价格及大量晶闸管在线运行造成的谐波对电网电能质量的影响，使之难以作为电机软启动的主要方式，而更多的应用于生产上需要变频控制的机泵。

化工行业所使用的机泵，一般通过现场控制按钮或工艺自动控制系统给出干接点信号，通过硬接线形式送至控制回路，随后由软启动器采集主回路参数并控制电压、电流的升高，当电机端电压到达额定电压之后，旁路接触器自动闭合，并短接可控硅回路，电机连通三相电源，最终完成启动的所有步骤。软启动器主回路的接线图见图3 所示。

图3

当然也可直接通过软启动器自带的RS485 接口，采用 Modbus 或 Profibus 通讯协议，由工艺自动控制系统实现全面远程控制和监测。

此外，目前的软启动器产品还具有很多保护功能，配合着硬件电路，软件设计有过压、欠压、断相、过载等保护程序，动作可靠程度高。且通过RS485 接口软启动器可与其它直启电机的马达保护器通讯接口相连，接入工艺自动控制系统网络，实现全厂工艺生产的高度自动化。

在化工工程应用中，各类气体压缩机、冷冻机等撬装设备的主电机不仅容量大且需频繁启停，此时应用软启动器则能明显体现出优势。软启动器不仅结构紧凑、接线简明、发热量低、功能强大，且通过大幅度减小冲击和振动，可以降低设备本体所承受的机械应力，延长设备使用寿命。经过多项化工、石化行业工程实际运用的考验，无论设备频繁启停，还是长时间运行等各类工况，软启动器都经受了考验。

4 结语

软启动器有效的解决了全压和降压启动过程中电流过大而带来的各种问题。不仅可以使电动机安全平稳的启动，还能减小对配电系统的冲击，不仅能够实现对电动机运行的保护，还能提高工艺生产自动化的程度，不仅能稳定配电系统的电能质量，还能延长电动机的机械使用寿命.....功能相较于之前多了许多，而各项操作又相对容易。但软启动器也不可一概而论，这其中限电流启动和斜波电压启动，就是比较原始比较简单的启动方式。最适用最先进的启动方式应是电压控制启动和转矩控制启动及转矩加突跳控制启动。对于频繁启停的设备，软启动器可有效降低启动电流，减小启动应力，延长电机使用寿命，同时减小配电容量，避免增容节约投资。