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摘要：本文结合三相异步电动机的起动方式，论述中压电动机固态软起动的原理及優势，并介绍在某石化企业中的应用，包括其基本组成、起动模式、保护功能、运行情况、故障维修及同步电机的软启动等内容。
关键词：软起动；电机起动；晶闸管；限流
1、三相异步电动机起动方法及其优缺点
（1）直接起动
直接起动的优点是所需设备少，起动方式简单，成本低。小容量的电动机绝大部分都是直接起动的。直接起动的危害有以下几点：
空载全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的5～7倍。当电动机容量较大时，将引起电网电压急剧下降，破坏电网稳定。
全压起动时的大电流在电机上产生冲击力，引起电机故障，产生的焦耳热会损伤绕组绝缘。
全压起动时的起动转矩约为额定转矩的2倍，加快加大机械磨损。
会产生短谐波电流，可能引起继电保护和自动装置误动。
产生操作过电压，对绝缘造成极大的伤害。
（2）用自耦变压器降压起动
采用自耦变压器降压起动，电动机的起动电流及起动转矩与其端电压的平方成比例降低。
（3）Y-△降压起动
定子绕组为△连接的电动机，起动时接成Y，速度接近额定转速时转为△运行，适合于容量不大的电机。
（4）转子串电阻起动
绕线式三相异步电动机，转子绕组通过滑环与电阻连接。外部串接电阻相当于转子绕组的内阻增加了，减小了转子绕组的感应电流。
（5）软起动器
软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管交流调压器。运用不同的方法，改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压【1】。
（6）变频器
变频器同时改变输出频率与电压，具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，价格昂贵但性能良好。要求起动转矩很大和对起动电流限制很苛刻的场合，适合选用变频器。
2、软起动简介
软起动的基本原理、优点
运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。一旦电机达到全速，软起动部分就被接触器旁路掉。
软起动的优点：
（1）技术较为成熟，较其他起动方式设备更小，现有技术可达到免维护使用。
（2）传统的降压起动方式有Y-△ 起动、自耦降压起动、转子串电阻起动等。这些起动方式都属于有级降压起动，不能随意调节起动转矩，所以仍然存在大的冲击电流和机械冲击。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值，能做到起动特性和负载转矩特性完善配合。
（3）与变频器相比，软起动切换至电网供电更加简单、用时更短，可靠性更高，设备更小巧，价格更低，维修更简单【2】。
企业中压电动机起动方式选择
老企业中压电动机主要采用在定子回路串联电抗器或采用自耦变压器降压起动，或在转子回路中串联液体电阻器起动。新建企业中一般均采用变频器起动和建立在晶闸管调压基础上的软起动器，除了要求起动转矩很大和对起动电流限制很苛刻的场合，软起动的性价比更高，也是大多数企业的选择。
3、中压固态软起动在某企业的应用
某大型石化企业中压电动机采用的是美国某型号中压固态软起动器，主要应用在加氢压缩机和焦化切焦高压水泵两组设备上。
该设备具有以下优点：高性能的电动机保护功能；超强的适应性能——多种起动斜坡；重载设计；可靠的门极触发电路。
下面就以焦化切焦高压水泵为例介绍：
某软起动器的工作原理、基本组成
完整的中压固态软起动器包括：隔离开关、保险丝、进线真空接触器、控制变压器、控制模块、可控硅模块、旁路真空接触器【3】。
软起动器的控制核心是微处理器CPU，微处理控制系统可以对电动机及相关设备进行起动和保护。CPU 对SCR 进行相角触发控制以降低加在电动机上的电压，然后慢慢的提高加在电动机上的电压和电流来平滑的增加电动机转矩，直到电动机加速到全速运行。这种起动方式可以降低电动机的起动冲击电流，减少对电网和电动机自身的冲击。同时也减少了对连在电动机上机械负载装置的机械冲击，以延长设备的使用寿命，减少故障和停机检修时间。
图1、软起动电气原理图
SCR 组件：在每相中是用一对相同参数的SCR 反并联安装在一起。
CPU 板：CPU 板上装有微处理器和通讯处理器来进行控制。
主控板：控制进线接触器、旁路接触器的动作顺序和SCR 的触发。
TCB：终端控制板是用户的接线板。
触发板：把触发脉冲信号进行放大来触发SCR。
Temp/CT 板：温度控制和电流互感器板通过光纤把散热器温度和电流信号送到主电源板。
MOV 板：压敏电阻板用来防止SCR 的控制极被高电压损坏。
DV/DT 板：阻容性质的过电压吸收回路，用来保护SCR，防止其阴阳极上的电压脉冲突变。
触发信号用脉冲变压器隔离，另外一个独立的控制电源变压器经电磁隔离后为所有的低压电路和CPU 提供电源。
光纤隔离用于中压电源和全部低压系统之间。
某软起动器的起动模式及其参数设置
软起动器提供了几种加速模式，出厂设置为具有限流功能的电压斜坡，也是最可靠的起动模式，可以满足大多数应用场合。另外还有电流斜坡，恒流控制，自定义加速曲线，速度反馈斜坡控制，减速模式等起动方式。 电压斜坡加电流限流是最常用的电压软起曲线，加上一个可调的最大输出电流限流，电压是渐渐的上升到最大限流值，电压将会保持在这一电压值直到电动机加速到全速运行。使用电流限制将会延长起动时间，所以当加速时间不是要求特别重要时可以使用电压软起动加限流。
初始电压使转子开始转动，斜坡时间决定了到达限流值所需的时间，限流值决定所输出的最大功率。
起动电压设定：20% 线电压
斜坡时间设定：10 秒
电流限流设定：350% FLA
如果电动机不能达到全速，可以增加限流值。如果电动机不能起动，可以增加初始电压。对于负载变化剧烈的情况下，把电流限流设置的太低会引起电动机堵转或过载保护跳闸。
电动机和系统的保护功能
软起动器的操作过程可以分为四个：起动准备、起动过程、运行过程和停机过程。CPU 对所有的过程都提供全面的保护。
起动准备模式：控制电源和主回路电源已经加到软起动器上，保护包括相序保护；频率窗口保护等。
起动模式：当软起动器收到起动命令后，以下保护功能开始工作：起动过载保护；反震荡控制；电流不平衡保护；短路保护；零序保护选项等。
运行模式：电动机起动完毕后进入运行模式，电动机电流将降到电动机满载电流以下，在运行过程中以下保护能有效：运行过载曲线；缺相保护；过电流保护；电子安全销保护；低电流保护等。
停机模式：一旦软起动器得到停机命令，电源立即从电动机上断开恢复到“起动准备模式”，下面的保护功能生效：滑行减速锁定；每小时起动次数锁定；起动间隔时间锁定等。
某软起动器的运行情况
下面是焦化高压水泵启动时，进线开关柜所录波形。
图2、焦化高壓水泵启动电流波形
某软起动器的维护保养
MVC Plus 系列软起动器为免维护产品。但应定期对产品检查看是否有灰尘污染、受潮以及工业生产环境污染。每年要检查螺栓是否有松动。检查真空接触器的气隙间隔是否合乎要求。
几种常见的故障信息
进入测量页面可查看上次跳闸的故障原因、电流、电压记录
过热跳闸。请首先确认环境温度不超过40摄氏度。若非过热，可能是电流温度检测板损坏
负序跳闸。检查电源、电机，若都无问题请检查可控硅及电流温度检测板。
缺相跳闸。检查电源及电机，无问题请检查软起内同步变压器上的高压保险、可控硅及电流温度检测板。
过载跳闸。检查电机负载。
加速时间跳闸（未能在30秒内启动成功）。检查电机负载。
如果怀疑SCR有问题，就对SCR散热片组件进行电阻测量。SCR散热片组件A和B、B和C之间的电阻小于10K Ohm，即为SCR损坏；SCR门极 （G） 与阴极 （K） 之间的电阻小于8或大于100Ω，即为SCR损坏。
光纤故障主要有三种：
（1）连接部分未完全插进光纤插座，或位置不正确。
（2）弯曲半径应大于51mm，过小会造成不可逆的裂缝。
（3）过热损坏，过热会造成护套表面较小的形变或轻微的膨胀，用手指触摸可以检查出这种损坏。
同步电动机的软起动
加氢压缩机为同步电动机，采用异步起动方式。同步电动机转子磁极表面上安装有阻尼绕组，在起动过程中会产生异步转矩。所以上述异步电动机的起动方法也可用于同步电动机，所不同的是同步电动机还要考虑励磁控制问题。在同步电动机起动过程中通常是将其励磁绕组经由一个电阻短接，当电动机在异步转矩作用下加速到一定转速后，用开关将同步电动机由起动装置切换到电网，同步电动机继续加速到亚同步转速以上（n>ns，ns为可能自动牵入同步的最大转速）时，再对励磁绕组组通以直流电流，产生同步转矩，将电动机牵入同步运行，起动过程结束。
4、结论
石化企业中压电动机价格昂贵，在生产运行中起核心作用，精心的管理是十分必要的。石化企业对于供电质量要求很高，保证供电可靠、稳定更是重中之重。因此软起动装置虽然工作时间短，但其重要程度不容忽视，应该引起电气技术工作人员及管理人员的高度重视。
中压固态软起动装置技术成熟、可靠性高、价格低廉、免维护使用、维修方便，已经成为大功率中压电动机最主要的起动方式之一。
参考文献：
【1】电力电子技术 王兆安，刘进军主编 机械工业出版社 2009.7.1
【2】变频启动与固态软起的比较 上海杰诣通用电器有限公司 厉无咎
【3】中压固态软启动器说明书
原扬媚（1986.05 -），女，汉族，河南新乡人，助理工程师，本科，研究方向是电气运行技术管理
关键词：软起动；电机起动；晶闸管；限流
1、三相异步电动机起动方法及其优缺点
（1）直接起动
直接起动的优点是所需设备少，起动方式简单，成本低。小容量的电动机绝大部分都是直接起动的。直接起动的危害有以下几点：
空载全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的5～7倍。当电动机容量较大时，将引起电网电压急剧下降，破坏电网稳定。
全压起动时的大电流在电机上产生冲击力，引起电机故障，产生的焦耳热会损伤绕组绝缘。
全压起动时的起动转矩约为额定转矩的2倍，加快加大机械磨损。
会产生短谐波电流，可能引起继电保护和自动装置误动。
产生操作过电压，对绝缘造成极大的伤害。
（2）用自耦变压器降压起动
采用自耦变压器降压起动，电动机的起动电流及起动转矩与其端电压的平方成比例降低。
（3）Y-△降压起动
定子绕组为△连接的电动机，起动时接成Y，速度接近额定转速时转为△运行，适合于容量不大的电机。
（4）转子串电阻起动
绕线式三相异步电动机，转子绕组通过滑环与电阻连接。外部串接电阻相当于转子绕组的内阻增加了，减小了转子绕组的感应电流。
（5）软起动器
软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管交流调压器。运用不同的方法，改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压【1】。
（6）变频器
变频器同时改变输出频率与电压，具有调压、调频、稳压、调速等基本功能，价格昂贵但性能良好。要求起动转矩很大和对起动电流限制很苛刻的场合，适合选用变频器。
2、软起动简介
软起动的基本原理、优点
运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。一旦电机达到全速，软起动部分就被接触器旁路掉。
软起动的优点：
（1）技术较为成熟，较其他起动方式设备更小，现有技术可达到免维护使用。
（2）传统的降压起动方式有Y-△ 起动、自耦降压起动、转子串电阻起动等。这些起动方式都属于有级降压起动，不能随意调节起动转矩，所以仍然存在大的冲击电流和机械冲击。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值，能做到起动特性和负载转矩特性完善配合。
（3）与变频器相比，软起动切换至电网供电更加简单、用时更短，可靠性更高，设备更小巧，价格更低，维修更简单【2】。
企业中压电动机起动方式选择
老企业中压电动机主要采用在定子回路串联电抗器或采用自耦变压器降压起动，或在转子回路中串联液体电阻器起动。新建企业中一般均采用变频器起动和建立在晶闸管调压基础上的软起动器，除了要求起动转矩很大和对起动电流限制很苛刻的场合，软起动的性价比更高，也是大多数企业的选择。
3、中压固态软起动在某企业的应用
某大型石化企业中压电动机采用的是美国某型号中压固态软起动器，主要应用在加氢压缩机和焦化切焦高压水泵两组设备上。
该设备具有以下优点：高性能的电动机保护功能；超强的适应性能——多种起动斜坡；重载设计；可靠的门极触发电路。
下面就以焦化切焦高压水泵为例介绍：
某软起动器的工作原理、基本组成
完整的中压固态软起动器包括：隔离开关、保险丝、进线真空接触器、控制变压器、控制模块、可控硅模块、旁路真空接触器【3】。
软起动器的控制核心是微处理器CPU，微处理控制系统可以对电动机及相关设备进行起动和保护。CPU 对SCR 进行相角触发控制以降低加在电动机上的电压，然后慢慢的提高加在电动机上的电压和电流来平滑的增加电动机转矩，直到电动机加速到全速运行。这种起动方式可以降低电动机的起动冲击电流，减少对电网和电动机自身的冲击。同时也减少了对连在电动机上机械负载装置的机械冲击，以延长设备的使用寿命，减少故障和停机检修时间。
图1、软起动电气原理图
SCR 组件：在每相中是用一对相同参数的SCR 反并联安装在一起。
CPU 板：CPU 板上装有微处理器和通讯处理器来进行控制。
主控板：控制进线接触器、旁路接触器的动作顺序和SCR 的触发。
TCB：终端控制板是用户的接线板。
触发板：把触发脉冲信号进行放大来触发SCR。
Temp/CT 板：温度控制和电流互感器板通过光纤把散热器温度和电流信号送到主电源板。
MOV 板：压敏电阻板用来防止SCR 的控制极被高电压损坏。
DV/DT 板：阻容性质的过电压吸收回路，用来保护SCR，防止其阴阳极上的电压脉冲突变。
触发信号用脉冲变压器隔离，另外一个独立的控制电源变压器经电磁隔离后为所有的低压电路和CPU 提供电源。
光纤隔离用于中压电源和全部低压系统之间。
某软起动器的起动模式及其参数设置
软起动器提供了几种加速模式，出厂设置为具有限流功能的电压斜坡，也是最可靠的起动模式，可以满足大多数应用场合。另外还有电流斜坡，恒流控制，自定义加速曲线，速度反馈斜坡控制，减速模式等起动方式。 电压斜坡加电流限流是最常用的电压软起曲线，加上一个可调的最大输出电流限流，电压是渐渐的上升到最大限流值，电压将会保持在这一电压值直到电动机加速到全速运行。使用电流限制将会延长起动时间，所以当加速时间不是要求特别重要时可以使用电压软起动加限流。
初始电压使转子开始转动，斜坡时间决定了到达限流值所需的时间，限流值决定所输出的最大功率。
起动电压设定：20% 线电压
斜坡时间设定：10 秒
电流限流设定：350% FLA
如果电动机不能达到全速，可以增加限流值。如果电动机不能起动，可以增加初始电压。对于负载变化剧烈的情况下，把电流限流设置的太低会引起电动机堵转或过载保护跳闸。
电动机和系统的保护功能
软起动器的操作过程可以分为四个：起动准备、起动过程、运行过程和停机过程。CPU 对所有的过程都提供全面的保护。
起动准备模式：控制电源和主回路电源已经加到软起动器上，保护包括相序保护；频率窗口保护等。
起动模式：当软起动器收到起动命令后，以下保护功能开始工作：起动过载保护；反震荡控制；电流不平衡保护；短路保护；零序保护选项等。
运行模式：电动机起动完毕后进入运行模式，电动机电流将降到电动机满载电流以下，在运行过程中以下保护能有效：运行过载曲线；缺相保护；过电流保护；电子安全销保护；低电流保护等。
停机模式：一旦软起动器得到停机命令，电源立即从电动机上断开恢复到“起动准备模式”，下面的保护功能生效：滑行减速锁定；每小时起动次数锁定；起动间隔时间锁定等。
某软起动器的运行情况
下面是焦化高压水泵启动时，进线开关柜所录波形。
图2、焦化高壓水泵启动电流波形
某软起动器的维护保养
MVC Plus 系列软起动器为免维护产品。但应定期对产品检查看是否有灰尘污染、受潮以及工业生产环境污染。每年要检查螺栓是否有松动。检查真空接触器的气隙间隔是否合乎要求。
几种常见的故障信息
进入测量页面可查看上次跳闸的故障原因、电流、电压记录
过热跳闸。请首先确认环境温度不超过40摄氏度。若非过热，可能是电流温度检测板损坏
负序跳闸。检查电源、电机，若都无问题请检查可控硅及电流温度检测板。
缺相跳闸。检查电源及电机，无问题请检查软起内同步变压器上的高压保险、可控硅及电流温度检测板。
过载跳闸。检查电机负载。
加速时间跳闸（未能在30秒内启动成功）。检查电机负载。
如果怀疑SCR有问题，就对SCR散热片组件进行电阻测量。SCR散热片组件A和B、B和C之间的电阻小于10K Ohm，即为SCR损坏；SCR门极 （G） 与阴极 （K） 之间的电阻小于8或大于100Ω，即为SCR损坏。
光纤故障主要有三种：
（1）连接部分未完全插进光纤插座，或位置不正确。
（2）弯曲半径应大于51mm，过小会造成不可逆的裂缝。
（3）过热损坏，过热会造成护套表面较小的形变或轻微的膨胀，用手指触摸可以检查出这种损坏。
同步电动机的软起动
加氢压缩机为同步电动机，采用异步起动方式。同步电动机转子磁极表面上安装有阻尼绕组，在起动过程中会产生异步转矩。所以上述异步电动机的起动方法也可用于同步电动机，所不同的是同步电动机还要考虑励磁控制问题。在同步电动机起动过程中通常是将其励磁绕组经由一个电阻短接，当电动机在异步转矩作用下加速到一定转速后，用开关将同步电动机由起动装置切换到电网，同步电动机继续加速到亚同步转速以上（n>ns，ns为可能自动牵入同步的最大转速）时，再对励磁绕组组通以直流电流，产生同步转矩，将电动机牵入同步运行，起动过程结束。
4、结论
石化企业中压电动机价格昂贵，在生产运行中起核心作用，精心的管理是十分必要的。石化企业对于供电质量要求很高，保证供电可靠、稳定更是重中之重。因此软起动装置虽然工作时间短，但其重要程度不容忽视，应该引起电气技术工作人员及管理人员的高度重视。
中压固态软起动装置技术成熟、可靠性高、价格低廉、免维护使用、维修方便，已经成为大功率中压电动机最主要的起动方式之一。
参考文献：
【1】电力电子技术 王兆安，刘进军主编 机械工业出版社 2009.7.1
【2】变频启动与固态软起的比较 上海杰诣通用电器有限公司 厉无咎
【3】中压固态软启动器说明书
原扬媚（1986.05 -），女，汉族，河南新乡人，助理工程师，本科，研究方向是电气运行技术管理