摘要：本文針對農(nóng)用大功率異步電動機(jī)通常降低啟動電流沖擊的措施，提出新的智能軟起動概念。進(jìn)而對其技術(shù)性能及功能進(jìn)行綜述。并討論了應(yīng)用中的有關(guān)問題。旨在進(jìn)一步推動此新起動方式在農(nóng)業(yè)電氣化中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：異步電動機(jī) 晶閘管調(diào)壓 智能軟起動
異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價格便宜、過載能力強(qiáng)，使用、安裝、維護(hù)方便，在農(nóng)業(yè)用電中大多電力負(fù)荷均由異步電動機(jī)驅(qū)動。但它起動電流約為額定電流的5～7倍。電動機(jī)容量越大，起動時沖擊電流對農(nóng)網(wǎng)及其負(fù)載沖擊就越大。所以大功率異步電動機(jī)需采用起動裝置啟動。常用的有自耦變壓器降壓、串飽和電抗器和Y/△轉(zhuǎn)換降壓起動等，靠接觸器切換電壓實(shí)施啟動降壓，無法根本解決起動瞬時電流尖峰沖擊；起動轉(zhuǎn)矩不可調(diào)，起動中二次沖擊電流對負(fù)載產(chǎn)生沖擊轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電網(wǎng)電壓下降，可能造成電動機(jī)堵轉(zhuǎn)；起動過程接觸器帶載切換，易造成觸點(diǎn)的拉弧、損壞等方面問題。
1-全新的起動方式
(1)軟起動：
軟起動是采用軟件控制方式來平滑起動電動機(jī)，一方面控制方式以軟(件)控強(qiáng)(電)，另一方面控制結(jié)果將電機(jī)起動特性由"硬"平滑為"軟"，故被稱之為"軟起動"。它又分為兩種：一種是采用變頻恒矩限流；另一種是采用晶閘管調(diào)壓起動，又稱智能軟起動。
(2)兩類軟起動的對比：
①技術(shù)性能。采用變頻調(diào)速起動，起動時具有良好的靜、動態(tài)性能，就是在低速情況下也能隨意調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，能以恒轉(zhuǎn)矩起動電動機(jī)，起動電流可以限制在150%額定電流。
采用智能軟起動，起動時由于轉(zhuǎn)矩是按電壓比的平方減少，因此起動轉(zhuǎn)矩很小。軟起動器有電流反饋，也可采用恒流起動，即在起動過程中保護(hù)起動電流不變，直到電動機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速。
從技術(shù)性能方面考慮，變頻調(diào)速起動適用于較大起動轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，一般是大于50%的場合，例如往復(fù)式空壓機(jī)、離心分離機(jī)、帶負(fù)載的輸送機(jī)、破碎機(jī)、螺旋式或振動式給料機(jī)、活塞式泵、帶飛輪沖壓機(jī)。智能軟起動適用于較小轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，一般是小于50%的場合，例如旋轉(zhuǎn)式空壓機(jī)、離心式風(fēng)機(jī)、離心泵、空載起動的輸送機(jī)、各種空載起動的設(shè)備。
②經(jīng)濟(jì)性。采用變頻器調(diào)速起動比智能軟起動的投資費(fèi)用高兩倍甚至三倍。
綜合以上技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性，對農(nóng)網(wǎng)而言，當(dāng)前受歡迎、能實(shí)際推廣的起動方式當(dāng)數(shù)后者。
(3)智能軟起動：
智能軟起動主要由串接于電源與被控電動機(jī)之間三對反并聯(lián)晶閘管調(diào)壓電路構(gòu)成，以單片機(jī)為控制核心，整個起動過程是數(shù)字化程序軟件控制下自動進(jìn)行。利用三對晶閘管的電子開關(guān)特性，通過起動器中的單片機(jī)，控制其觸發(fā)脈沖的遲早來改變觸發(fā)角的大小。而觸發(fā)導(dǎo)通角的大小，又改變晶閘管的導(dǎo)通時間，從而最終改變加到定子繞組的三相電壓的大小。異步電動機(jī)定子調(diào)壓的結(jié)果，一方面其轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比，另一方面電動機(jī)的電流又和定子電壓成正比。從而電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩和初始電流的限制可以通過定子電壓的控制來實(shí)現(xiàn)，而定子電壓又是通過可控硅的導(dǎo)通相角來控制的，所以不同的初始相角可實(shí)現(xiàn)不同的端電壓，以滿足不同的負(fù)載起動特性。電動機(jī)起動過程中，晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動機(jī)從零開始加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級平滑起動。電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的最大值可根據(jù)負(fù)載情況設(shè)定。
2-智能軟起動的技術(shù)特性與功能
(1)基本特性：
①采用單片機(jī)全數(shù)字自控監(jiān)控。起動時起動電流以恒定的斜率平穩(wěn)上升，對電網(wǎng)無沖擊電流，不會造成大的電壓降落，保證了電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。啟動轉(zhuǎn)矩、電流、電壓、時間可按負(fù)載不同而設(shè)定，可取得最佳的電流沖擊和最佳的轉(zhuǎn)矩控制特性。極大地減少了電動機(jī)轉(zhuǎn)矩對負(fù)載的沖擊，也滿足了不同工作對象對起動轉(zhuǎn)矩的不同要求，保護(hù)了驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
②電動機(jī)起動不受電網(wǎng)電壓波動的影響。由于在晶閘管的移相電路中，引入了電流反饋，因而使電動機(jī)在起動過程中保持恒流、平穩(wěn)起動。同時，由于以起動電流為定值整定，當(dāng)電網(wǎng)電壓上下波動時，通過控制電路自動增大或減小晶閘管導(dǎo)通角來維持原設(shè)定值，可保護(hù)起動電流恒定。有的還采用雙電源隔離，保證控制部分不受各種強(qiáng)電干擾。
③根據(jù)工作對象的不同，可選擇多種起停方式。而采用不同的起動方式，其起動力矩也不同。一般軟起動的初始轉(zhuǎn)矩可根據(jù)用戶要求在鎖定轉(zhuǎn)矩的0%～90%范圍內(nèi)選擇，從初始力矩水平開始，電動機(jī)的電壓在斜坡加速時間內(nèi)無級增加，加速的斜坡時間由用戶設(shè)定�？梢宰杂赏＼嚭蛙浲＼�，軟停車時間可調(diào)節(jié)。軟停車特性大大延長電氣觸點(diǎn)壽命。
④結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，無噪音，占地小。作為無觸點(diǎn)控制，其使用壽命比傳統(tǒng)的接觸器大大延長，若使用得當(dāng)，可長達(dá)幾十年，全免維修。而且安裝、操作、使用簡便。平滑、漸進(jìn)的起動過程亦降低設(shè)備的振動和噪聲，延長轉(zhuǎn)動機(jī)壽命，并改善了工人的勞動環(huán)境。
⑤可選擇過流、過載、電源缺相多種保護(hù)，保證了設(shè)備和電機(jī)的安全。提供設(shè)備的監(jiān)控保護(hù)的快速故障診斷信息，如限流、過載、缺相、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)等。保護(hù)整定值可由用戶指定，保護(hù)性能可靠。有的還具相序自動識別、相序保護(hù)功能。
⑥帶標(biāo)準(zhǔn)的RS232C接口，具有通信功能。通過標(biāo)準(zhǔn)接口傳輸數(shù)據(jù)，可集成網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。全數(shù)字設(shè)定和外控功能大大方便用戶。人機(jī)界面友好：工作時顯示工作電壓，工作電流，最大電流；故障時顯示故障，性能價格比高。方便的外控接口具有數(shù)字延時起動控制；軟停控制輸入；起動延時繼電器輸出；故障繼電器輸出等多種功能。
(2)起動特性：
①限流型：限制起動電流，降低起動壓降，任意調(diào)整，鍵盤設(shè)定。
②電壓控制型：設(shè)定允許電壓降百分值，自動測量壓降并限制壓降。通過測量壓降自適應(yīng)控制起動電流。調(diào)試數(shù)據(jù)電腦自動記憶，運(yùn)行時由智能程序自動監(jiān)控運(yùn)行。
③轉(zhuǎn)矩控制型：對電機(jī)運(yùn)行特性的控制，尤其是在起動和停止期間。對電機(jī)和起動器的過載保護(hù)。對傳動機(jī)械的保護(hù)，清除浪涌轉(zhuǎn)矩并降低沖擊電流。在給定區(qū)間內(nèi)控制加速轉(zhuǎn)矩和按應(yīng)用要求調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)矩。
④轉(zhuǎn)矩控制加突跳型：如果轉(zhuǎn)矩控制起動時間長，通過轉(zhuǎn)矩突跳克服靜轉(zhuǎn)矩，加快起動周期。
(3)停車特性：
①自由停機(jī)：自由掉電停機(jī)，外故障停機(jī)，自復(fù)位可編位。
②軟停機(jī)：0～200s(t=Os為自由停機(jī))自設(shè)定。電機(jī)停車傳統(tǒng)方式為自由停機(jī)，既通過瞬間停電來實(shí)現(xiàn)。但如皮帶運(yùn)輸機(jī)、升降機(jī)等許多負(fù)荷并不宜突然停機(jī)，軟停車功能正好能滿足此要求。晶閘管在收到軟停機(jī)信號后，導(dǎo)通角漸減，經(jīng)一定時間才過度到全關(guān)，即電動機(jī)端電壓漸減至零。停車時間可按實(shí)際需要設(shè)定。
③制動停機(jī)：0～60s自設(shè)定，強(qiáng)制停機(jī)。
(4)控制及通訊功能：
①控制輸入：無源開關(guān)量(無源觸點(diǎn))。起動：瞬停；軟停；手、自動切換；共用端五種。
②控制輸出：旁路；延時；故障輸出三種。
③電流輸出：4～20ma。
④計算機(jī)通訊：RS232或RS485。
⑤顯示器：正常時，顯示電動機(jī)運(yùn)行電流或電壓；故障時；顯示故障內(nèi)容。
⑥鍵盤：設(shè)定參數(shù)；接點(diǎn)功能；鎖停。
(5)系統(tǒng)保護(hù)功能：
①電子速斷保護(hù)：內(nèi)置，起動、運(yùn)行、軟停時輸出短路，報警并動作；
②單相接地保護(hù)：故障時報警并停車；
③過電壓保護(hù)：故障時報警并停車；
④過負(fù)荷保護(hù)：故障時先報警，后停車；
⑤斷相保護(hù)：電動機(jī)上、下口斷相對報警并停車；
⑥倒相保護(hù)：電動機(jī)上口倒相時報警并不啟動。
(6)維護(hù)及管理功能：
①故障自診斷，短路、過電壓、單相接地、電機(jī)過載、堵轉(zhuǎn)，加智能程序可判斷拖動系統(tǒng)工況；
②故障顯示與繼電器接點(diǎn)輸出；
③模塊化組合設(shè)計，根據(jù)故障顯示內(nèi)容，5min排除故障；
④可帶4～20mA模擬量電流輸出口，輸出電機(jī)的起動電流和運(yùn)行電流值；
⑤可帶計算機(jī)通訊接口(RS232C)，可聯(lián)上位微機(jī)管理或遙信。
3-智能軟起動的應(yīng)用
選用原則：在農(nóng)業(yè)電氣化實(shí)際應(yīng)用中，一般根據(jù)下述原則來選用，
①功率較大，直接起動對電網(wǎng)產(chǎn)生不允許的沖擊的電動機(jī)；
②防止起動時產(chǎn)生力矩沖擊，而使轉(zhuǎn)動機(jī)械斷裂、損壞的場合；
③較頻繁起動的電動機(jī)(軟起動裝置一般允許起動10次/h，而使電動機(jī)不致過熱)；
④需重載起動，且正常負(fù)載所需運(yùn)行負(fù)載力矩又比大一號電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩小得多的電動機(jī)；
⑤需防止水錘效應(yīng)，防止管道破裂的泵類負(fù)載；
⑥拖動負(fù)載需特殊功能的電機(jī)。如突跳、平滑加速、減速、快速停止、低速制動和準(zhǔn)確定位等。
