軟啟動裝置設計

① 什麼是軟起動

軟起動又稱軟啟動器，電機軟起動器，軟起動器是採用電力電子技術，微處理技術及現代控制理論而設計生產的具有當今國際先進水平的新型起動設備。

該產品能有效地限制交流非同步電動機起動時的起動電流，可廣泛應用於風機、水泵、輸送類及壓縮機等負載，是傳統的星／三角轉換、自耦降壓、磁控降壓等降壓設備的理想換代產品。

軟啟動保護功能

（1）過載保護功能：軟起動器引進了電流控制環，因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。通過增加過載電流的設定和反時限控制模式，實現了過載保護功能，使電機過載時，關斷晶閘管並發出報警信號。

（2）缺相保護功能：工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發生斷流，即可作出缺相保護反應。

（3）過熱保護功能：通過軟起動器內部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值後自動關斷晶閘管，並發出報警信號。

以上內容參考網路-軟起動

② 軟啟動器的相關原理

軟啟動器工作原理：
軟啟動器（軟啟動器）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能於一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft
Starter。軟啟動器採用三相反並聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉數逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。
軟啟動器分類：
1、根據電壓分類：高壓軟啟動器、低壓軟啟動器；
2、根據介質分類：固態軟啟動器、液阻軟啟動器；
3、根據控制原理：電子式軟啟動器、電磁式軟啟動器；
4、根據運行方式：在線型軟啟動器、旁路型軟啟動器；
5、根據負載：標准型軟啟動器、重載型軟啟動器。

③ 電工知識軟啟動的工作原理及控制圖

是一個晶閘管交流調壓器。改變晶閘管的觸發角，就可調節晶閘管調壓電路的輸出電壓。在整個起動過程中，軟起動器的輸出是一個平滑的升壓過程（且可具有限流功能），直到晶閘管全導通，電機在額定電壓下工作。
ABB軟啟動器簡介
如果對於各類電機的平滑啟動顯得十分重要時，ABB固態軟啟動器可大顯身手。不同於直接用全電壓控制，軟啟動器採用了逐步升壓的方法。
ABB軟啟動器有4種型號，PS
S
03－25，PS
S18/30－300/515，PS
D75－840和30－720。
PS
S
03－PS
S25是適用於小型電機的緊湊設計。安裝於DIN35毫米導軌上。這種小型軟啟動器具有內置的旁路接點。
PS
S18/30－PS
S300/515用於一般啟動，可用"外接"和"內接"兩種連接方法（可與標準的Y/D啟動器相比較）。採用"內接"可減少42%流經軟啟動器的電流。也就是說使用戶有可能用58A的軟啟動器來啟動和運行100A的電機。
限流功能可做為選件提供，標準的配置是兩個內裝的信號繼電器。這種軟啟動器的任務率為1.15，即其最大電流等於額定電流I＊1.15。例：PS
S18/30在"外接"時的額定電流為18A，而其最大的電流為1.15＊18A=20.7A。
PS
D
75－PS
D
840和PS
DH
30－PS
DH
720這類軟啟動器具有堅固的金屬外殼設計，可適用各類應用，包括常規啟動和重載啟動。
柔性組合的電位器式參數設定，
清晰的LED狀況與故障指示於單元前面板上。可配選先進的電子過載保護脫扣器（對於PS
DH型這脫扣器是標准配置），從而為電機提供比常規雙金屬片更有效的保護。例如：可用在電機間斷工作狀態。
ABB軟起動器的主要控制功能
ABB軟起動器的工作原理如上所述。在使用中可以進行以下主要工作：
1.起動時升壓時間的設定和控制
PSS型軟起動器的起動時升壓時間設定范圍為：1~30S；PSD型軟起動器的起動時升壓時間設定范圍為0.5~60。
2.起動時初始電壓的設定和控制
PSS型軟起動器的起動時初始電壓設定范圍為：30~70電源電壓（PSS型軟起動器在運用限流功能後，起動時初始電壓被固定在40%電源電壓）；PSD型軟起動器的起動時初始電壓設定范圍為：10~60%電源電壓。
3.限流功能的設定和控制
PSS型軟起動器的限流設定范圍：1.5～4倍電機額定電流。PSD型軟起動器的限流設定范圍：2～5倍電機額定電流。
4.停止時降壓時間的設定和控制
PSS型軟起動器的停止時降壓時間設定范圍為：0~30S；PSD型軟起動器的停止時降壓時間設定范圍為：0~30S；PSD型軟起動器的停止時降壓時間設定范圍為：5~240S。ABB軟起動器在得到停止信號後，按照設定的降壓時間，輸出端由電源電壓（PSD型軟起動器由設定的級落電壓，100~30%電源電壓）降至初始電壓，然後即刻降到零電壓。
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ATS48M10Q
400/1000A
230…415V,軟起動器
ATS48M12Q
500/1200A
230…415V,軟起動器
簡介：
施耐德Altistart48軟起動器是由六個晶閘管組成的軟起-軟停單元，可控制三相非同步電機的起動和停止。採用施耐德獨一無二的專利轉矩控制方式，性能卓越，適合重載大力矩起動。電流及其他多參數的實時監控，無須熱繼，保護完善可靠。操作盤參數設定，簡潔明了。支持Modbus/profibus等多種其他通訊。
技術說明：
兩個系列
Q
系列：230V
和
415V
Y
系列：208V
和
690V
額定電流：17~1200A
全系列產品進線端子統一，位於模塊頂部，方便接線。
全系列產品提供旁路接線端子，位於模塊底部，三個電機端子，三個旁路端子。
Altistart
48可以控制：
旁路接觸器
進線接觸器（由RUN命令）
由散熱器溫度控制模塊內部風扇
內部集成
Modbus
與其他網路和匯流排連接
(可選件)
Ethernet
Fipio
Profibus
Device
Net
獨一無二的轉矩控制方式
第二電機參數配置
通過邏輯輸入強迫本地控制
屏蔽所有保護功能
在特殊情況下強制運行
(eg:
排煙)
復位所有可復位故障(包括熱故障)
通過邏輯輸入口強迫自由停車
自動再起動
捕捉旋轉負載
由密碼保護參數設定
電機內三角型連接（Q系列）
應用場合：
離心機械,
壓縮機和輸送機械
可與變頻器一同組成系統－－
ATV38
泵控系統
提供電機控制避免機械損傷和水錘

④ 軟啟動器的內部結構

作為籠式非同步電動機的起動設備——軟起動器，從20世紀70年代開始利用晶閘管交流調壓技術進行製作應用，以後又把功率因素控制技術結合進去。近年來，採用微電腦代替模擬控制電路，發展成現代的智能化軟起動器。

1智能化軟起動器的主要品種

目前世界上有許多電氣公司在生產智能化軟起動器，著名的有：法國施耐德電氣(SchneiderElectric)公司生產的Altistart(ATS)軟起動器，最大功率達到800kW：美國艾倫-布拉得利(Allen-Bradley,A-B)公司生產的SMC系列軟起動器，最大功率達1200kW：通用電氣(GE)公司生產的QC、ASTAT系列軟起動器，最大功率達850kW，額定電壓500V，額定電流1180A，最大起動電流5900A：義大利西威(SIEI)公司生產的eST、dST系列軟起動器，額定電壓690V、額定電流1600A：德國西門子(SIEMENS)公司生產的3RW22系列軟起動器，額定電壓690V、額定電流1200A。上述產品中，ATS產品實用可靠，體積小，結構緊湊，使用方便，為一般用戶考慮選用：通用電氣和西威公司產品力求功能全面：A-B公司則把軟起動器設計成許多派生品種，不同品種對應不同功能：西門子公司的產品介於通用電氣與A-B公司產品之間。

2智能化軟起動器

幾乎所有的智能化軟起動器的結構組成原理均大同小異，現以Altistart(ATS)軟起動器為例加以說明。

ATS軟起動器的結構

ATS軟起動器包括一個控制模塊和一個電源組件，其結構組成如圖1所示。

圖1

控制模塊同一系列不同功率之間的模塊可以互換，其功能有：觸發可控硅整流器：用微處理機計算操作狀況：記錄和儲存電動機和起動器熱狀態：監測電源和電氣絕緣：通過內部聯鎖繼電器發出監測和報警輸出信號：3個LED提供狀態顯示：4個選擇開關實現選擇功能：4個電位器實現整定。

電源組件包括：背對背安裝的3對可控硅整流器並帶有保護電路：測量用電流互感器和控制電路電源：72A以上的風扇及其安全電路。

ATS系列軟起動器

ATS系列軟起動器包括：各種用途的ATS-23軟起動——軟停止單元：控制離心泵液壓泵的ATS-23P軟起動——軟停止單元：控制1.5～8.5kW低功率電動機簡單用途的ATS系列VR2電壓斜坡起動器。

圖2

ATS軟起動器的控制原理

ATS軟起動器的控制原理如圖2所示。通過推移相位角g，直到電動機電流為零以後，再觸發可控硅。

該技術可保證電動機在起動完成後連續平穩轉動，具有極佳的穩定性：微處理機控制起動單元和電動機的主要工作參數，並不斷進行優化。

軟起動器實際上是一個晶閘管調壓調速的線路。其工作原理是通過改變晶閘管的觸發角，調節晶閘管調壓電路的輸出電壓。其特點是電動機轉速近似與定子電壓的平方成正比。軟起動器起動電動機時，晶閘管全導通，使電動機工作在額定電壓的機械特性上。

3基本功能

起動電壓軟起動器的起動電壓在35%～65%(甚至20%～95%)額定電壓間可調，這時起動轉矩為10%～36%(或4%～90%)直接起動轉矩。

脈沖突跳起動方式有些負載如擠壓機、攪拌機和皮帶輸送機等靜阻力比較大，必須施加一個短時的大起動力矩，以克服大的靜摩擦力，所以在軟起動器上設置了脈沖突跳方式，可以短時輸出95%的額定電壓(相當於90%直接起動轉矩)，0～400ms可控。脈沖突跳結束後，根據斜坡設定值繼續起動。軟起動器在一個工作周期中的輸出電壓波形如圖3所示。

圖3

加速斜坡控制電動機開始轉動後，可以控制電動機電壓線性增大，加速時間可在一定范圍內(如1～999s)調節。還可提供電流限幅(如在200%～500%電動機額定電流間可調)的起動加速方式，可使電動機線性加速到額定轉速。

加速斜坡作用於小功率電動機，而快速斜坡用於慣性大的設備。

運行狀態軟起動有4種運行狀態：①跨越運行模式：晶閘管處於全導通狀態，電動機工作於全壓方式，電壓斜坡分量可以完全忽略，常用於短時重復的電動機。②接觸器旁路工作模式：在電動機達到滿速運行時，用旁路接觸器來取代已完成任務的軟起動器，這樣可以降低晶閘管的熱損耗，提高系統效率。可以用一台軟起動器起動多台電動機。③節能運行模式：當電動機負荷較輕時，軟起動器自動降低施加於電動機定子上的電壓，減少電動機電流勵磁分量，從而提高了電動機的功率因素，起到了節能效果。④調壓調速方式：軟起動器可以作調壓調速運行，因電動機轉子內阻很小，要得到大范圍的調速，就需在電動機轉子中串入適當的電阻。

停止功能該功能的停止方式有4種：①自由停車：直接切斷電源，電動機自由停車。②軟停止：有時不希望電動機突然停止，採用軟停止方式。在接收停機信號後，電動機端電壓逐漸減小，轉速下降到可調整斜坡時間(如1～999s)。③泵停止：適用於慣性力矩較小的泵驅動，消除「水錘效應」。④直流制動：當給出停車信號後，將直流注入電動機加快制動，直流制動時間可在0～99s間選擇。主要用於慣性力矩大的負載或需要快速停機的場合。還可用於准確停車功能，該功能用於要求定位控制停車的場合。⑤保護和監控：軟起動器以字元式顯示器提供設備的監控和快速故障診斷信息，它的保護功能有：限流，2～5倍電動機電流可調：按I2t負載曲線提供過載保護：輸入、輸出缺相，3s跳閘：晶閘管短路、散熱器過熱及轉子堵轉時，200ms內跳閘：當電動機內熱敏電阻的電阻值大於規定值時，200ms內跳閘：CPU故障，600ms關機：熱故障信號、電動機過載及溫升超過臨界閾值時，停機。停機後，如果電動機溫度依然過高，軟起動器的熱控制裝置可防止重新啟動：相故障和相位不平衡，LED和輸出繼電器發出信號：軟啟動器還具有電源掉電、欠電壓、過電壓等保護。

智能軟起動器液晶顯示器可顯示電流、電壓、功率、功率因子、電動機溫度、運行時間。在通信方面，提供了標準的串列通信口，可通過鍵盤和LED以菜單形式設置參數。

4應用

智能化軟起動器的起動方式及獨特的功能是其他降壓起動方式不能比擬的，因此它可應用在多種負載控制系統中，如：機床、鑄造設備、運輸設備、傳輸帶、風機、壓縮機等。

5注意事項

軟起動器應用注意事項如下。

圖4

由於軟起動器沒有反轉控制功能，設備的正、反轉仍由接觸器實現。為保證設備的軟起動，可將軟起動器的可編程標准硬體接點接入接觸器控制迴路：同時，在軟起動器控制迴路中亦可引入接觸器的輔助觸點，其控制原理見圖4。

軟起動器有多種內置的保護功能，如失速、堵轉測試、相間平衡、欠壓保護、欠載保護和過壓保護等。設計線路時應根據具體情況通過編程來選擇保護功能，或使某些功能失效，以確保安全運行可靠。

由於軟起動器本身沒有短路保護，為保護其中的晶閘管，應該採用快速熔斷器。

當軟起動器使電動機制動停機時，只是晶閘管不導通，在電動機和電源之間並沒有形成電氣隔離。如果此時檢修軟起動器之後的線路、電動機，那是不安全的，所以在電動機一次控制迴路中，應在軟起動器之前增加斷路器。

軟起動器在通過電流時將會產生熱耗散，安裝時應注意在其上、下方及左右留出一塊空間，一般距設備上下100mm、左右50mm。

軟起動器一般應垂直安裝。

應避免將軟起動器靠近產生熱量的場所安裝。