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摘 要：阐述了高压电动机的启动方式，分析了电动机直接全压启动的危害性，介绍了软启动器的工作原理，分析比较了软启动与降压启动方式的不同点。对MVC Plus系列中压固态软起动器的原理及在电厂的实际应用情况加以说明。
关键词：电动机；软启动；可靠性
1 绪论
随着国民经济的发展，高压电动机在许多行业中占有举足轻重的地位，高压电动机的数量越来越多，因此启动问题日益受到关注，特别是在大容量高压电动机的启动中，普遍应用了高压电动机软启动技术，可以降低电机的起动冲击电流，减少对电网和电机自身的冲击。因此，高压电动机软启动已成为电动机启动方面的一项关键技术，在工业中的应用将有广阔的前景。目前高压电动机的启动方式主要有四种方式，即：降压启动、直接启动、变频器启动方式、软启动方式。
降压启动虽可减少电动机启动时的启动电流，但启动转矩减小较大，降压启动只能用于对启动转矩要求不高的场所，且启动方式体积庞大，笨重，故障率高并对机械造成不可避免的巨大冲击，理应被时代所淘汰。变频器启动方式启动平缓，顺滑，具备理想的启动曲线并克服了传统启动方式的诸多弊端，是理想的启动方式。但其价格昂贵，在无须调速的场合闲置了大部分的功能是一大浪费。
软启动器启动方式是针对电机启动而专门设计的，具备了与变频器启动方式相同的优良特性，而价格却比变频器便宜了很多。但是，传统的启动方式发展至今仍占据了半壁江山，其原因在于软启动器仅仅作为启动功能来讲，尽管价格低廉，但仍与传统启动方式在价格上存在一定的差距，甚至与功能简单、廉价的变频器价格相差无几，制约了其在市场的快速发展。
2 电动机直接启动的危害性
2.1 对电动机本身的损伤
a.大电流产生的热量反复作用于绕组外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。
b.大电流产生的机械力使绕组相互磨擦，降低绝缘寿命。
c.高压断路器合闸时触头的不同期会在电动机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电动机绝缘造成极大损害。
d.大电流在电动机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力 ，会造成线夹松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。
2.2 对电网的影响
a.电动机启动时，电机建立磁场所需的励磁电流，需要从电网中吸取滞后的无功电流，会使电网的cosφ值降低，电压损耗和线路损耗增大，甚至使电网容量受到限制。
b.电动机直接启动时，一般启动电流可达电动机额定电流的4～7倍，大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常会引发功率振荡，甚至使电网失去稳定。
c.启动电流中含有大量的高次谐波，与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动装置失灵等故障。
d.直接启动时，启动电流过大受到电网容量所限制，若电网容量不大，则电动机的启动电流可能使电网电压下降，影响其它电动机和电气设备的正常运行。
2.3 对所拖动的机械设备的损伤
直接启动时的启动转矩最大可达额定转矩的2倍，如此大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损，甚至打齿，加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。
当采用降压启动时，危害只有一定程度的降低；当采用软启动时，危害几乎完全消失，同时可以大大延长电动机的使用寿命。
3 软启动器启动
3.1 软起动器
软启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，国外称为Soft Starter。
3.2软启动器工作原理
软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压。
3. 3软起动与传统降压起动方式的不同之处
无冲击电流：软起动器在起动电机时，对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。
有软停车功能：即平滑减速，逐渐停机，减少设备损坏。
起动参数可调：根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。
4 MVC Plus系列中压固态软起动器
4.1软启动装置的结构
MVC Plus系列中压固态高压电动机软启动装置是一个NEMA E-2标准的电机起动控制器，用来保护和控制中压交流电机。软起动部分仅包括：控制模块、可控硅模块、高压真空旁路接触器。
4.2加速模式
MVC Plus系列提供了几种加速模式，可以根据感应电机的负载情况选择最合适的起动曲线。
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，可满足多数应用场合。初始转矩设定为电机刚好能带动负载转动时的值，电压逐渐的平滑上升，在限定的斜坡时间和电机起动电流范围内，使电机平滑到全速运转。
如果电机在软起斜坡结束前达到全速运行，自动反震荡电路将会自动的把全压加到电机上而使斜坡时间不再起作用。可以防止任何的浪涌电流或电机转矩的脉动。这种情况通常可能会发生在负载没有加在电机上而电机工作在减压和低转矩的电机起动过程中。
如果电机在斜坡时间结束前，没有达到全速运行，电流限流设定将会按比率的控制最大输出转矩，反馈传感器会自动的防止电机过载失速或超过加速设定时间的故障发生。
限流功能对于电机从电网或发电机中吸取一定数量的电流提供了有效的手段和控制方式，当电机起动转矩达到限定的起动电流值所对应的转矩后，自动保持这个转矩和电流运行，电流限流值不受设定斜坡时间的影响，直到电机达到全速运行。
4.3装置工作原理
MVC Plus系列的控制核心是微处理器CPU，可以对电机进行起动和保护。CPU对SCR进行相角触发控制以降低加在电机上的电压，然后控制加在电机上的电压和电流平滑的增加电机转矩，直到电机加速到全速运行。当电机达到全速运行后，电流降到正常全速运行的电流值，MVC Plus系列软起动器有一个全速运行状态输出继电器，从而使旁路高压真空接触器闭合，使电机电流经旁路接触器，从而防止SCR导通所产生的压降引起的热损耗，提高了工作效率及可靠性。
4.4实际应用
某电厂670t/h锅炉采用DTM350/700筒式钢球磨煤机，每台磨煤机额定出力55.86t/h，每台磨煤机由两台同型号JS1510-6型电动机通过减速机带动磨煤机筒体旋转，电动机额定功率650KW，额定电流75A，转速985r/min。电动机采用直接启动方式。
为了提高锅炉制粉系统的经济性，降低制粉系统磨煤机单耗，达到降低厂用电率的目的，当锅炉粉仓粉位到达设计或规定高度时，磨煤机须停止制粉，当锅炉粉仓粉位将到规定值时，磨煤机须启动制粉，这就要求磨煤機须频繁启停。经济性提高的同时，相应也就带来一系列问题。为了解决这一问题，在两台磨煤机电动机启动中应用了软启动技术，在电动机启动回路中安装了MVC Plus系列软起动器。同时结合实际情况，对原设计结构做了相应改动。使用原有手车断路器替代MVC Plus系列软起动器的隔离开关；加装了为防止软启动器故障的手动控制旁路真空接触器合闸的控制回路。
5 结束语
高压电动机软启动装置技术性能先进、可靠性高、价格低廉，虽然在不同的应用场所会存在一些小的问题，但随着高压电动机软启动器的社会应用范围的越加广泛，加之其强大的适用功能和精巧的设计特点，必将使其技术性能更加完善、可靠。
作者简介：
张德泉，（1973- ），男，工程师，从事发电厂电气运行工作。
关键词：电动机；软启动；可靠性
1 绪论
随着国民经济的发展，高压电动机在许多行业中占有举足轻重的地位，高压电动机的数量越来越多，因此启动问题日益受到关注，特别是在大容量高压电动机的启动中，普遍应用了高压电动机软启动技术，可以降低电机的起动冲击电流，减少对电网和电机自身的冲击。因此，高压电动机软启动已成为电动机启动方面的一项关键技术，在工业中的应用将有广阔的前景。目前高压电动机的启动方式主要有四种方式，即：降压启动、直接启动、变频器启动方式、软启动方式。
降压启动虽可减少电动机启动时的启动电流，但启动转矩减小较大，降压启动只能用于对启动转矩要求不高的场所，且启动方式体积庞大，笨重，故障率高并对机械造成不可避免的巨大冲击，理应被时代所淘汰。变频器启动方式启动平缓，顺滑，具备理想的启动曲线并克服了传统启动方式的诸多弊端，是理想的启动方式。但其价格昂贵，在无须调速的场合闲置了大部分的功能是一大浪费。
软启动器启动方式是针对电机启动而专门设计的，具备了与变频器启动方式相同的优良特性，而价格却比变频器便宜了很多。但是，传统的启动方式发展至今仍占据了半壁江山，其原因在于软启动器仅仅作为启动功能来讲，尽管价格低廉，但仍与传统启动方式在价格上存在一定的差距，甚至与功能简单、廉价的变频器价格相差无几，制约了其在市场的快速发展。
2 电动机直接启动的危害性
2.1 对电动机本身的损伤
a.大电流产生的热量反复作用于绕组外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。
b.大电流产生的机械力使绕组相互磨擦，降低绝缘寿命。
c.高压断路器合闸时触头的不同期会在电动机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电动机绝缘造成极大损害。
d.大电流在电动机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力 ，会造成线夹松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。
2.2 对电网的影响
a.电动机启动时，电机建立磁场所需的励磁电流，需要从电网中吸取滞后的无功电流，会使电网的cosφ值降低，电压损耗和线路损耗增大，甚至使电网容量受到限制。
b.电动机直接启动时，一般启动电流可达电动机额定电流的4～7倍，大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常会引发功率振荡，甚至使电网失去稳定。
c.启动电流中含有大量的高次谐波，与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动装置失灵等故障。
d.直接启动时，启动电流过大受到电网容量所限制，若电网容量不大，则电动机的启动电流可能使电网电压下降，影响其它电动机和电气设备的正常运行。
2.3 对所拖动的机械设备的损伤
直接启动时的启动转矩最大可达额定转矩的2倍，如此大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损，甚至打齿，加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。
当采用降压启动时，危害只有一定程度的降低；当采用软启动时，危害几乎完全消失，同时可以大大延长电动机的使用寿命。
3 软启动器启动
3.1 软起动器
软启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，国外称为Soft Starter。
3.2软启动器工作原理
软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压。
3. 3软起动与传统降压起动方式的不同之处
无冲击电流：软起动器在起动电机时，对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳起动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。
有软停车功能：即平滑减速，逐渐停机，减少设备损坏。
起动参数可调：根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。
4 MVC Plus系列中压固态软起动器
4.1软启动装置的结构
MVC Plus系列中压固态高压电动机软启动装置是一个NEMA E-2标准的电机起动控制器，用来保护和控制中压交流电机。软起动部分仅包括：控制模块、可控硅模块、高压真空旁路接触器。
4.2加速模式
MVC Plus系列提供了几种加速模式，可以根据感应电机的负载情况选择最合适的起动曲线。
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，可满足多数应用场合。初始转矩设定为电机刚好能带动负载转动时的值，电压逐渐的平滑上升，在限定的斜坡时间和电机起动电流范围内，使电机平滑到全速运转。
如果电机在软起斜坡结束前达到全速运行，自动反震荡电路将会自动的把全压加到电机上而使斜坡时间不再起作用。可以防止任何的浪涌电流或电机转矩的脉动。这种情况通常可能会发生在负载没有加在电机上而电机工作在减压和低转矩的电机起动过程中。
如果电机在斜坡时间结束前，没有达到全速运行，电流限流设定将会按比率的控制最大输出转矩，反馈传感器会自动的防止电机过载失速或超过加速设定时间的故障发生。
限流功能对于电机从电网或发电机中吸取一定数量的电流提供了有效的手段和控制方式，当电机起动转矩达到限定的起动电流值所对应的转矩后，自动保持这个转矩和电流运行，电流限流值不受设定斜坡时间的影响，直到电机达到全速运行。
4.3装置工作原理
MVC Plus系列的控制核心是微处理器CPU，可以对电机进行起动和保护。CPU对SCR进行相角触发控制以降低加在电机上的电压，然后控制加在电机上的电压和电流平滑的增加电机转矩，直到电机加速到全速运行。当电机达到全速运行后，电流降到正常全速运行的电流值，MVC Plus系列软起动器有一个全速运行状态输出继电器，从而使旁路高压真空接触器闭合，使电机电流经旁路接触器，从而防止SCR导通所产生的压降引起的热损耗，提高了工作效率及可靠性。
4.4实际应用
某电厂670t/h锅炉采用DTM350/700筒式钢球磨煤机，每台磨煤机额定出力55.86t/h，每台磨煤机由两台同型号JS1510-6型电动机通过减速机带动磨煤机筒体旋转，电动机额定功率650KW，额定电流75A，转速985r/min。电动机采用直接启动方式。
为了提高锅炉制粉系统的经济性，降低制粉系统磨煤机单耗，达到降低厂用电率的目的，当锅炉粉仓粉位到达设计或规定高度时，磨煤机须停止制粉，当锅炉粉仓粉位将到规定值时，磨煤机须启动制粉，这就要求磨煤機须频繁启停。经济性提高的同时，相应也就带来一系列问题。为了解决这一问题，在两台磨煤机电动机启动中应用了软启动技术，在电动机启动回路中安装了MVC Plus系列软起动器。同时结合实际情况，对原设计结构做了相应改动。使用原有手车断路器替代MVC Plus系列软起动器的隔离开关；加装了为防止软启动器故障的手动控制旁路真空接触器合闸的控制回路。
5 结束语
高压电动机软启动装置技术性能先进、可靠性高、价格低廉，虽然在不同的应用场所会存在一些小的问题，但随着高压电动机软启动器的社会应用范围的越加广泛，加之其强大的适用功能和精巧的设计特点，必将使其技术性能更加完善、可靠。
作者简介：
张德泉，（1973- ），男，工程师，从事发电厂电气运行工作。