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[摘 要]本文分析了井场三相异步电动机软启动器的原理、功能和特点，与传统起动方式比较，具有体积小，功耗底，高可靠性，免维护，安装方便等特点。并且阐述了电动机的综合保护，分机械保护和电气保护，软起动器本身集成了传统起动器的起动性能与电动机综合保护器的保护性能。
[关键词]异步电动机 软启动 综合保护
中图分类号：TM307 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
1、引言
目前，钻井井场越来越多的使用电动机进行钻井作业，根据不完全统计，电动机的用电量占井场发电量的60%-70%，而井场使用的电动机基本上都是交流电动机，因此对交流电动机拖动的控制及保护是达到节约能源、简化控制、优化资源的重要手段，同时电动机的正常工作也保证了钻井作业的顺利进行。现在钻井井场的交流电动机经常出现故障，从而导致了钻井作业的间断以及人力物力的浪费，这主要是因为没有解决好以下两个问题：a、起动问题，包括起动时的电流冲击及起动转矩冲击，电动机因起动引起的故障占总故障的10%以上；b、综合保护问题，如过载、过流、短路、缺相等动态保护及特殊环境中的电动机除湿干燥等静态保护。
2、电动机的起动问题
三相异步电动机全压直接起动将产生过高的电动转矩与起动电流。直接影响井场电网上的其它电气设备的运行。全压起动的电动机容量愈大，供电变压器容量愈小时，这种影响愈显著。通常认为电动机容量大于动力变压器容量的30%，不允许经常全压起动，否则在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压的降低，影响到电网内其他电气设备的运转，电压的降低可能引起电动机本身的起动无法正常完成，严重时，电动机可能烧毁。同时，全压起动产生过高的起动冲击转矩将引起一系列的机械问题，如连接件损坏、电动机机座变形、传送带撕裂，齿轮或齿轮箱损坏等。因此必须设法改善电动机的起动过程，使电动机平滑无冲击的完成起动过程。解决此类问题的常用方法为：适当降低电动机的端电压，从而减少电动机的起动电流及过大的起动冲击转矩。交流电动机传统的起动方法有自耦变压器起动、星-三角起动、串电抗器起动、串电阻起动等。随着晶闸管的问世，从二十世纪七十年代开始推广应用晶闸管交流调压技术的低压固态软起动器，之后随着电力电子控制应用技术的发展，市场上出现了一系列的中、低压软起动器，电压范围从0.2-15KV，功率从7.5-650KW，广泛应用在世界各地，其中很多产品在中国市场已经运行好多年。
3、软起动器
软起动器主要由主控制板、驱动板、电机主控制回路及控制面板组成。
串电抗器起动：對于鼠笼异步电动机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线电动机采用转子回路串电抗器起动。起动方式属降压起动，起动有较大的功率损耗，分级起动引起起动特性不平滑。
星-三角起动：起动时定子绕组星形连接，起动完成后三角形连接，起动的电流为三角形连接的1/3，同样起动转矩也降为三角形的1/3。同时从星三角接线切换到三角形接线过程中会出现二次冲击电流及转矩，
自耦变压器起动：电动机起动时，其定子通过自耦变压器连接到三相电源上，当起动完毕后，自耦变压器切除。当电动机容量较大时，变压器的体积增大，成本高，因变压器自身发热限制不允许频繁起动，而且起动特性不平滑。
以上几种传统的起动方式的共同特点是控制线路简单，起动转矩固定不变，起动过程中都存在二次冲击电流的问题，停机时都是瞬间断电，无法满足软停车的要求。
软起动器是电力电子技术与自动化技术的综合产物，采用全数字控制，利于联网集中控制，并且具有体积小，功耗底，高可靠性，免维护，安装方便等特点。固态软起动器利用晶闸管的移相控制原理，控制晶闸管的触发角就可以控制输出电压的大小。电动机起动过程中，SFR软起动器按照预先设定的起动曲线增加电动机的端电压使电动机平滑加速，起动过程中的电流可以按照起动要求设定起动电压和电流进行控制，达到限流值后电流不再增加，随着转速的增加，为了维持限流值电压按照限流的要求逐步增加，从而减少了电动机起动时对电网、电动机本身、相连设备的电气及机械冲击。电动机达到正常转速后，旁路接触器接通。电动机起动完毕后，软起动器继续监控电动机并提供各种故障保护。
第二，液态变阻器起动方式投资少。
中压故态软起动器生产厂家主要集中在美国，其所有控制及保护功能比低压软起动器更完美更全面，以美国摩托托尼公司的软起动器来说，其中压软起动器电压及功率等级覆盖了所有中压电动机的功率范围，在不同行业、不同工况已大量使用。中压软起动器使用寿命为液态变阻器寿命的4倍以上，而且液态变阻器体积庞大，不允许频繁起停，起动功耗大，无法满足一台控制多台电动机的要求，需要专人维护，同时其响应比较慢及设备运行费用比较高。
在欧洲、美国、日本等地中压电动机主要采用中压固态软起动器或中压变频器起动。众所周知，中压变频造价高、调试繁琐、体积庞大、效率低，如果仅仅作为起动电动机的起动器来说故障率明显高于软起动器。所以中压软起动器解决中压电动机起动的问题不管从造价方面、起动性能方面来说，都是最好的选择。
软起动器的软停车
软起动器可以使软停车过程中的输出电压逐渐减小，从而在停车过程中提供一个平滑递减的输出转矩。这样可以使停车的时间延长，减小负载停车时的机械冲击。固态软起动器的软停车功能用在离心式水泵中，可以避免正常停车时水锤现象造成阀门的损坏。因此水泵的软停车经常被称为水泵的保护控制。
软停的另一使用场合：在货物传送过程中，自然停车过程中，经常引起货物的碰撞或倒塌的事情，如果使用软停机器可以使停车过程变缓，从而避免此类生产故障发生。对于吊车、吊桥、运货车采用软停后可以防止运行中的不稳定以及突然停止所生产的故障。
4、电动机的综合保护
用于钻井现场的三相异步交流电动机，因运行在恶劣的工作环境中，由于环境温度湿度、负载过大、电动机老化、电网波动等因素造成电动机损坏。具有关权威部门统计数字表明，电动机烧坏绝大部分原因是由受潮、过载、过流、堵转、缺相及三相不平衡引起的。电动机的保护可分为机械保护和电气保护两大类。机械保护主要是大容量电动机运行时的轴承保护。电气保护主要有：短路保护、过负载保护、缺相保护、失压或欠压保护、接地或接零保护。
并非所有电动机都需要所有的保护功能，可以根据情况配合使用，目的是保护电动机不会因为过热而烧毁。而常说的电动机的综合保护主要是指电气保护。
针对此类问题，摩托托尼公司设计及生产了大量的用于电动机保护及控制的产品。如：电动机综合保护器、电动机加热除湿器、电子刹车、可控硅调压、调功产品等产品，已广泛应用于电力、冶金、石化、水利等行业。电动机的综合保护器，集成了所有常用的保护功能，用户接线及参数设定简单，电动机加热除湿器与电子刹车国内生产厂家很少，并且国内产品故障率高，严重影响了生产效率，增加了运行费用，对于一些环境温度比较低，空气湿度比较大的地方，如果电动机长时间处于停机状态，空气中的潮湿会使电动机绕组绝缘降低，起动前必须通电预热，对机体进行干燥处理，恢复绕组的绝缘，这种情况下，建议用户选择合适的加热除湿器。
而软起动器本身集成了传统起动器的起动性能与电动机综合保护器的保护性能，对于选用软起动器起动电动机的传动系统，电动机的起停参数、各种保护参数用户都可以通过编程设定，简化了用户外部接线，提高了系统的集成度，便于集中控制和远程控制。
5、结语
井场三相交流异步电动机的软启动和综合保护是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键之一。
[关键词]异步电动机 软启动 综合保护
中图分类号：TM307 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
1、引言
目前，钻井井场越来越多的使用电动机进行钻井作业，根据不完全统计，电动机的用电量占井场发电量的60%-70%，而井场使用的电动机基本上都是交流电动机，因此对交流电动机拖动的控制及保护是达到节约能源、简化控制、优化资源的重要手段，同时电动机的正常工作也保证了钻井作业的顺利进行。现在钻井井场的交流电动机经常出现故障，从而导致了钻井作业的间断以及人力物力的浪费，这主要是因为没有解决好以下两个问题：a、起动问题，包括起动时的电流冲击及起动转矩冲击，电动机因起动引起的故障占总故障的10%以上；b、综合保护问题，如过载、过流、短路、缺相等动态保护及特殊环境中的电动机除湿干燥等静态保护。
2、电动机的起动问题
三相异步电动机全压直接起动将产生过高的电动转矩与起动电流。直接影响井场电网上的其它电气设备的运行。全压起动的电动机容量愈大，供电变压器容量愈小时，这种影响愈显著。通常认为电动机容量大于动力变压器容量的30%，不允许经常全压起动，否则在起动瞬间大电流的冲击下，将引起电网电压的降低，影响到电网内其他电气设备的运转，电压的降低可能引起电动机本身的起动无法正常完成，严重时，电动机可能烧毁。同时，全压起动产生过高的起动冲击转矩将引起一系列的机械问题，如连接件损坏、电动机机座变形、传送带撕裂，齿轮或齿轮箱损坏等。因此必须设法改善电动机的起动过程，使电动机平滑无冲击的完成起动过程。解决此类问题的常用方法为：适当降低电动机的端电压，从而减少电动机的起动电流及过大的起动冲击转矩。交流电动机传统的起动方法有自耦变压器起动、星-三角起动、串电抗器起动、串电阻起动等。随着晶闸管的问世，从二十世纪七十年代开始推广应用晶闸管交流调压技术的低压固态软起动器，之后随着电力电子控制应用技术的发展，市场上出现了一系列的中、低压软起动器，电压范围从0.2-15KV，功率从7.5-650KW，广泛应用在世界各地，其中很多产品在中国市场已经运行好多年。
3、软起动器
软起动器主要由主控制板、驱动板、电机主控制回路及控制面板组成。
串电抗器起动：對于鼠笼异步电动机一般采用定子回路串电抗器分级起动，绕线电动机采用转子回路串电抗器起动。起动方式属降压起动，起动有较大的功率损耗，分级起动引起起动特性不平滑。
星-三角起动：起动时定子绕组星形连接，起动完成后三角形连接，起动的电流为三角形连接的1/3，同样起动转矩也降为三角形的1/3。同时从星三角接线切换到三角形接线过程中会出现二次冲击电流及转矩，
自耦变压器起动：电动机起动时，其定子通过自耦变压器连接到三相电源上，当起动完毕后，自耦变压器切除。当电动机容量较大时，变压器的体积增大，成本高，因变压器自身发热限制不允许频繁起动，而且起动特性不平滑。
以上几种传统的起动方式的共同特点是控制线路简单，起动转矩固定不变，起动过程中都存在二次冲击电流的问题，停机时都是瞬间断电，无法满足软停车的要求。
软起动器是电力电子技术与自动化技术的综合产物，采用全数字控制，利于联网集中控制，并且具有体积小，功耗底，高可靠性，免维护，安装方便等特点。固态软起动器利用晶闸管的移相控制原理，控制晶闸管的触发角就可以控制输出电压的大小。电动机起动过程中，SFR软起动器按照预先设定的起动曲线增加电动机的端电压使电动机平滑加速，起动过程中的电流可以按照起动要求设定起动电压和电流进行控制，达到限流值后电流不再增加，随着转速的增加，为了维持限流值电压按照限流的要求逐步增加，从而减少了电动机起动时对电网、电动机本身、相连设备的电气及机械冲击。电动机达到正常转速后，旁路接触器接通。电动机起动完毕后，软起动器继续监控电动机并提供各种故障保护。
第二，液态变阻器起动方式投资少。
中压故态软起动器生产厂家主要集中在美国，其所有控制及保护功能比低压软起动器更完美更全面，以美国摩托托尼公司的软起动器来说，其中压软起动器电压及功率等级覆盖了所有中压电动机的功率范围，在不同行业、不同工况已大量使用。中压软起动器使用寿命为液态变阻器寿命的4倍以上，而且液态变阻器体积庞大，不允许频繁起停，起动功耗大，无法满足一台控制多台电动机的要求，需要专人维护，同时其响应比较慢及设备运行费用比较高。
在欧洲、美国、日本等地中压电动机主要采用中压固态软起动器或中压变频器起动。众所周知，中压变频造价高、调试繁琐、体积庞大、效率低，如果仅仅作为起动电动机的起动器来说故障率明显高于软起动器。所以中压软起动器解决中压电动机起动的问题不管从造价方面、起动性能方面来说，都是最好的选择。
软起动器的软停车
软起动器可以使软停车过程中的输出电压逐渐减小，从而在停车过程中提供一个平滑递减的输出转矩。这样可以使停车的时间延长，减小负载停车时的机械冲击。固态软起动器的软停车功能用在离心式水泵中，可以避免正常停车时水锤现象造成阀门的损坏。因此水泵的软停车经常被称为水泵的保护控制。
软停的另一使用场合：在货物传送过程中，自然停车过程中，经常引起货物的碰撞或倒塌的事情，如果使用软停机器可以使停车过程变缓，从而避免此类生产故障发生。对于吊车、吊桥、运货车采用软停后可以防止运行中的不稳定以及突然停止所生产的故障。
4、电动机的综合保护
用于钻井现场的三相异步交流电动机，因运行在恶劣的工作环境中，由于环境温度湿度、负载过大、电动机老化、电网波动等因素造成电动机损坏。具有关权威部门统计数字表明，电动机烧坏绝大部分原因是由受潮、过载、过流、堵转、缺相及三相不平衡引起的。电动机的保护可分为机械保护和电气保护两大类。机械保护主要是大容量电动机运行时的轴承保护。电气保护主要有：短路保护、过负载保护、缺相保护、失压或欠压保护、接地或接零保护。
并非所有电动机都需要所有的保护功能，可以根据情况配合使用，目的是保护电动机不会因为过热而烧毁。而常说的电动机的综合保护主要是指电气保护。
针对此类问题，摩托托尼公司设计及生产了大量的用于电动机保护及控制的产品。如：电动机综合保护器、电动机加热除湿器、电子刹车、可控硅调压、调功产品等产品，已广泛应用于电力、冶金、石化、水利等行业。电动机的综合保护器，集成了所有常用的保护功能，用户接线及参数设定简单，电动机加热除湿器与电子刹车国内生产厂家很少，并且国内产品故障率高，严重影响了生产效率，增加了运行费用，对于一些环境温度比较低，空气湿度比较大的地方，如果电动机长时间处于停机状态，空气中的潮湿会使电动机绕组绝缘降低，起动前必须通电预热，对机体进行干燥处理，恢复绕组的绝缘，这种情况下，建议用户选择合适的加热除湿器。
而软起动器本身集成了传统起动器的起动性能与电动机综合保护器的保护性能，对于选用软起动器起动电动机的传动系统，电动机的起停参数、各种保护参数用户都可以通过编程设定，简化了用户外部接线，提高了系统的集成度，便于集中控制和远程控制。
5、结语
井场三相交流异步电动机的软启动和综合保护是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键之一。