李晓龙 陈笃超 隋大伟 梁宇晨

（1.天津电气科学研究院有限公司 天津市 300180 2.天津市中天海河职业培训学院 天津市 300000）

1 引言

现代科技迅速发展，生产工艺不断进步，在电气传动中对于调速技术的应用越来越广泛。因为直流电机具有调速性能好、使用方便等优点，所以在调速的传动中应用很多。但是因为直流电机的器件包括换向器、电刷、升高片等等，这些器件在很大程度上限制了它的过载能力、转动惯量、单机容量，还有对于维修的程序，这些特点使直流电机无法在生产机械高性能、大型化的领域内得到广泛的发展。对于同步电机，它的转速是根据定子中的电流频率和电机的极对数决定的，若电网用固定的频率为同步机供电，同步电机意恒定的速度运转，电机定子和转子的磁场用一样的速度进行旋转，所以被称为同步电机。传统的同步电机的转子绕组利用直流来进行激磁，同步电机用确定的速度进行工作时，改变转子的激磁电流，同步电机的功率因数也会做出一定调整。传统的同步电机的运转速度是不变的，在带动恒速负载和提高功率因数的工作情况下使用比较多。交流调速的系统有两种，一种是异步运转和同步运转。异步运转主要控制异步电机，具有异步运转的功率因数、效率比较低、要求比较高等等的劣势。同步运转主要控制同步电机，同步电机有两种，分别是电励磁电动机以及永磁电动机。永磁电动机的优势是功率因数和效率比较高，劣势是过载比较差、单价比较高、维修程序繁琐、抗震能力比较弱，并且永磁电动机的转矩被永磁体所控制，不能强励磁和弱磁调速，在水泵、轧钢机、矿井提升机以及空气压缩机等等工作场所运用比较广泛，所以交流同步电动机的应用越来越多，所起作用也越来越重要。

2 同步电动机软启动的工作原理

同步电动机的启动分为两步，第一步是电网中加入定子绕组，在空隙中会产生旋转的磁场，这种磁场使得转子产生了相应的感应电流，感应电流和磁场相互作用，产生了异步的转矩，最后转子也跟着开始转动，这个过程是异步的启动过程。等到速度达到同步的速度（速度为同步速度的百分之九十五）时，加入励磁绕组，这时转子就会产生直流磁场，定子和转子所产生的磁场彼此吸引，在这个过程中就会产生同步的转矩，随着转矩的产生，转子会达到同步的转速，这时这个过程被称为同步阶段。软起动是利用软启动器使在电动机启动时定子的电压降低，从而降低启动时的电流，这种降压的方式是使用无级可调的方式来降低电压，这是和其他降压方法最根本的区别。软起动技术有着很好的发展前景，尤其在我们国家科技和经济高速发展的时代，电动机各方面的指标有着苛刻的要求，以前的降压方式已经跟不上现代工业的发展脚步。软启动器在工作周期短，工作频率高的场合得到广泛应用，也就是频繁起停、短期空载短期重载的设备，比如车床、起重机、剪床、皮带运输机、刨床等等，还有着特殊要求的设备，比如减速、平滑起动、快速停车、快速制动的情况，对于这些情况，应该使用软启动器，不仅可以降低启动时的电压，也很省电，大大节约了电力资源。软启动的现实意义是使得生产的规模形式得到优化，解决系统网络化的问题。在工业生产中，生产的规模形式使得在工业生产中，单个机器的功率变得很大，电动机的需求功率也越来越高，但是电网的功率无法满足电动机和机器的功率，无法形成正确的比关系。加之系统的网络化越来越广泛应用，电网无法承受，变得愈加脆弱，所以任一电机在启动时出现问题和出现不正常的情况，不只会对启动本身的工作场合产生影响，甚至有可能会对整个电网造成不良的影响，为了保证电力系统的安全，保障国民的生计问题，软启动能够在很大程度上优化这些问题。

软启动不仅能够保证电力系统的安全，也在很大程度上加速了现代工业的发展，使电力系统越来越完善，进而更快地提高电力系统的效率，更好地维护电力系统的稳定性。电动机作为电网中主要部分，它所用的电能是整个发电量的百分之十一，在电力系统中，若不使用软启动，比较大的电动机是没有办法启动的，如果强行启动很有可能造成电力系统的崩溃，从而不能正常运行。软启动使得电网的配置更加优化，使得电网运行更加安全，效率更高。软起动这种技术也更加优化了电动机的特性，使得电动机技术有了更好的发展。在软起动技术未使用之前，设计电动机时，不仅要考虑启动的特点，也要考虑运行的要求很难顾全这两方面的要求，但在使用软起动技术之后，就可以不用考虑启动的特点，只需要满足运行的要求即可，软起动技术可以很好地满足启动的特点，这使得电动机的设计更加合理，从而提高了系统的效率和工作效率。现代工业发展的主要内容是减少污染排放，提高能源利用效率，建设可持续发展，对于提高生产效率有着重要的意义。软起动技术是采用各种变频、降压、降补的方式来实现电动机的软起动，以此来减轻对电网的影响，对电网进行更好的保护，使整个系统更加稳定，工作相率更高。

软起动的技术包括三个方面：

（1）提高电动机的力矩以达到整个系统对电动机的各项要求，使电动机能够更加稳定的加速和运行，减少力矩的冲击破坏；

（2）提高电动机的起动电流以达到整个系统对电动机承受方面的各项要求，使电动机能够减少因发热产生的绝缘和损坏，减少力矩的冲击破坏；

（3）调整起动电流以满足国家电网的相关标准，降低电压的幅度，减低高次谐波的含量，使变压器、动力系统、电动机得到合理的分配和配合，间接地实现了节能的目标。

3 同步电动机软启动的启动方式

目前，大型同步电动机的启动方式分为两大类，分别是异步启动和同步启动，异步启动定子串电抗器启动、直接启动、串电阻启动、自耦变压器减压启动、串电阻启动、相控调压启动；同步启动包括变频启动、小拖大启动、背靠背启动。同步电机全压直接异步启动的优点是启动快速、操作简便、设备简单，缺点是启动电流大、冲击较大。

液变电阻软启动设备主要是通过改变电流进行软起动的方式，因为四周的温度和环境的不同，会造成不同程度的影响，或许会让液态电阻更大，这时启动电流没有增加到最大值就会出现电动机不能正常启动的故障，这是因为电动机在一段时间内速度没有提高到等于额定的转速导致的。出现这种情况时，必须要等到温度变低的时候才能再次启动，这个时间大约是几个小时，耗费大量的时间，降低工作效率，对于连续运行的生产，这种情况时绝对不能发生的，不然会造成更大的影响和损失。水电阻式软启动设备，利用的是可以动的极板，也就解决了上述的问题，不过水压力大时，极板的震动频率和振动幅度也很大，很容易损坏极板。用这种方法来启动电动机时，也就是在电动机的末端串联一个水电阻，把电源放置在中压断路器的前端，定子绕组放置在中压断路器的后端。合上电动机的开关时，电源的电压都加在定子绕组的前端，这种做法会产生较大的电压并对电机的绝缘产生很大的损坏。虽然水电阻的缺点有很多，但现代工业发展快速，对于电动机的需求越来越高，水电阻相对来说价格优惠，这个特点使得水电阻在生产中应用比较广泛。水电阻是我们国家现代工业的发展和社会经济发展的产物，在国内有很大的发展市场，中、小型电动机起动不多的情况比较适合用水电阻(含液变)软启动，其他情况要谨慎使用。

变频软启动是在电动机和电源之间串联一个变频软启动器，通过控制每一相上晶闸管的导通角间接地控制电动机的电压，当电动机慢慢达到额定转速时，切断变频器，让电动机开始运行工作。变频软启动器的优点是可以控制启动电流，可以设置最高电流，可以减少对装备的冲击损坏，可以减少对电动机和负载的冲击损坏，可以使装备更加稳定。现在使用最广泛的变频软启动器是交一直一交变频器，这种变频器包括逆变器和整流器，整流器的作用是把交流电源电压整流成直流电，接着进行滤波，通过逆变器转换成不同频率的交流电，然后在提供给电动机。通过对电源电压进行整流可以对电流进行换相，逆变器可以在速度比较低时通过电流断续法实现这一功能。电动机的运转速度能够控制逆变器的输出频率，也可以控制开关器件的触发，实现自同步的功能。与传统的降压方式相比，变频软启动器的降压方式优势在于使用变频软启动器，电动机刚开始启动的时候，可以通过控制晶闸管的控制角实现对电流的闭环控制，使启动电流从零慢慢增加达到设定值，这个过程不会产生冲击电流，启动电流是循序渐进的，这样才能使电机更加稳定地启动，当然，也可以根据电网和负载的不同要求来选择最佳的启动电流。变频软启动时，首先要加入励磁电流，然后加入电枢电流，再同步切换来启动电机，这样可以在很大程度上减少轴、齿轮、压缩机等机械装置的振动频率，适用于大型的电动机。一个变频器可以对两台电机进行分次启动，利用率是很高的，对于变频器平时的保养，要时常进行模拟启动，保障变频器的运行可以稳定进行。

4 总结

降低电动机的启动电流的方法有很多，例如星三角启动、串电抗启动、变频启动、软启动器降压启动，在这些降压方法中，转矩最大的是变频启动，电流最小的也是变频启动。大功率（6000kW以上）的同步电机，最好是选择软起动启动，软起动的功能最好。如果使用变频启动的方法，需要采用大功率的变频器，这样会增高经济投入，这种启动方法不适合工业的发展，但如果选用小功率的变频器又不能实现完全地拖动负载启动，无法实现两全。在设计大功率同步电机时，要精确计算短路的容量，考虑系统的各种运行方法，能够完全满足各项要求，在设计时要减少重复启动，减少对系统的损坏。实际运行时，工作人员需要明白电动机运行的各项条件，分析数据总结经验，完善技术资料。如果使用液态电阻，需要注意的是环境和工作时间最液态电阻有着很大的影响，所以在启动之前需要测量电阻值，进一步调整直到达到标准要求，谨慎处理对方提出的“3、5年不检修，仅适量加水”的要求内容。现在对于启动时间一般是通过PLC 控制和调整极板来调整，以此来调整电阻，进而达到电动机启动对电流的要求，不是每次启动的过程都是一样的，每次启动都需要分析数据和波形，来保证能够成功启动，启动之前，工作人员要仔细检查，仔细核对各项要求，如遇突发状况，要及时改变运行的方式。现代工业发展的主要内容是减少污染排放，提高能源利用效率，建设可持续发展，对于提高生产效率有着重要的意义。软起动技术是采用各种变频、降压、降补的方式来实现电动机的软起动，以此来减轻对电网的影响，对电网进行更好的保护，使整个系统更加稳定，工作相率更高。