软启动装置设计

① 什么是软起动

软起动又称软启动器，电机软起动器，软起动器是采用电力电子技术，微处理技术及现代控制理论而设计生产的具有当今国际先进水平的新型起动设备。

该产品能有效地限制交流异步电动机起动时的起动电流，可广泛应用于风机、水泵、输送类及压缩机等负载，是传统的星／三角转换、自耦降压、磁控降压等降压设备的理想换代产品。

软启动保护功能

（1）过载保护功能：软起动器引进了电流控制环，因而随时跟踪检测电机电流的变化状况。通过增加过载电流的设定和反时限控制模式，实现了过载保护功能，使电机过载时，关断晶闸管并发出报警信号。

（2）缺相保护功能：工作时，软起动器随时检测三相线电流的变化，一旦发生断流，即可作出缺相保护反应。

（3）过热保护功能：通过软起动器内部热继电器检测晶闸管散热器的温度，一旦散热器温度超过允许值后自动关断晶闸管，并发出报警信号。

以上内容参考网络-软起动

② 软启动器的相关原理

软启动器工作原理：
软启动器（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。软启动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，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
软启动器分类：
1、根据电压分类：高压软启动器、低压软启动器；
2、根据介质分类：固态软启动器、液阻软启动器；
3、根据控制原理：电子式软启动器、电磁式软启动器；
4、根据运行方式：在线型软启动器、旁路型软启动器；
5、根据负载：标准型软启动器、重载型软启动器。

③ 电工知识软启动的工作原理及控制图

是一个晶闸管交流调压器。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。在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程（且可具有限流功能），直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。
ABB软启动器简介
如果对于各类电机的平滑启动显得十分重要时，ABB固态软启动器可大显身手。不同于直接用全电压控制，软启动器采用了逐步升压的方法。
ABB软启动器有4种型号，PS
S
03－25，PS
S18/30－300/515，PS
D75－840和30－720。
PS
S
03－PS
S25是适用于小型电机的紧凑设计。安装于DIN35毫米导轨上。这种小型软启动器具有内置的旁路接点。
PS
S18/30－PS
S300/515用于一般启动，可用"外接"和"内接"两种连接方法（可与标准的Y/D启动器相比较）。采用"内接"可减少42%流经软启动器的电流。也就是说使用户有可能用58A的软启动器来启动和运行100A的电机。
限流功能可做为选件提供，标准的配置是两个内装的信号继电器。这种软启动器的任务率为1.15，即其最大电流等于额定电流I＊1.15。例：PS
S18/30在"外接"时的额定电流为18A，而其最大的电流为1.15＊18A=20.7A。
PS
D
75－PS
D
840和PS
DH
30－PS
DH
720这类软启动器具有坚固的金属外壳设计，可适用各类应用，包括常规启动和重载启动。
柔性组合的电位器式参数设定，
清晰的LED状况与故障指示于单元前面板上。可配选先进的电子过载保护脱扣器（对于PS
DH型这脱扣器是标准配置），从而为电机提供比常规双金属片更有效的保护。例如：可用在电机间断工作状态。
ABB软起动器的主要控制功能
ABB软起动器的工作原理如上所述。在使用中可以进行以下主要工作：
1.起动时升压时间的设定和控制
PSS型软起动器的起动时升压时间设定范围为：1~30S；PSD型软起动器的起动时升压时间设定范围为0.5~60。
2.起动时初始电压的设定和控制
PSS型软起动器的起动时初始电压设定范围为：30~70电源电压（PSS型软起动器在运用限流功能后，起动时初始电压被固定在40%电源电压）；PSD型软起动器的起动时初始电压设定范围为：10~60%电源电压。
3.限流功能的设定和控制
PSS型软起动器的限流设定范围：1.5～4倍电机额定电流。PSD型软起动器的限流设定范围：2～5倍电机额定电流。
4.停止时降压时间的设定和控制
PSS型软起动器的停止时降压时间设定范围为：0~30S；PSD型软起动器的停止时降压时间设定范围为：0~30S；PSD型软起动器的停止时降压时间设定范围为：5~240S。ABB软起动器在得到停止信号后，按照设定的降压时间，输出端由电源电压（PSD型软起动器由设定的级落电压，100~30%电源电压）降至初始电压，然后即刻降到零电压。
ATS48D17Y
5.5/17A
208…690V,软起动器
ATS48D22Y
7.5/22A
208…690V,软起动器
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ATS48C17Y
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ATS48C25Q
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ATS48C32Q
132/320A
230…415V,软起动器
ATS48C41Q
160/410A
230…415V,软起动器
ATS48C48Q
220/480A
230…415V,软起动器
ATS48C59Q
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230…415V,软起动器
ATS48C66Q
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ATS48C79Q
355/790A
230…415V,软起动器
ATS48M10Q
400/1000A
230…415V,软起动器
ATS48M12Q
500/1200A
230…415V,软起动器
简介：
施耐德Altistart48软起动器是由六个晶闸管组成的软起-软停单元，可控制三相异步电机的起动和停止。采用施耐德独一无二的专利转矩控制方式，性能卓越，适合重载大力矩起动。电流及其他多参数的实时监控，无须热继，保护完善可靠。操作盘参数设定，简洁明了。支持Modbus/profibus等多种其他通讯。
技术说明：
两个系列
Q
系列：230V
和
415V
Y
系列：208V
和
690V
额定电流：17~1200A
全系列产品进线端子统一，位于模块顶部，方便接线。
全系列产品提供旁路接线端子，位于模块底部，三个电机端子，三个旁路端子。
Altistart
48可以控制：
旁路接触器
进线接触器（由RUN命令）
由散热器温度控制模块内部风扇
内部集成
Modbus
与其他网络和总线连接
(可选件)
Ethernet
Fipio
Profibus
Device
Net
独一无二的转矩控制方式
第二电机参数配置
通过逻辑输入强迫本地控制
屏蔽所有保护功能
在特殊情况下强制运行
(eg:
排烟)
复位所有可复位故障(包括热故障)
通过逻辑输入口强迫自由停车
自动再起动
捕捉旋转负载
由密码保护参数设定
电机内三角型连接（Q系列）
应用场合：
离心机械,
压缩机和输送机械
可与变频器一同组成系统－－
ATV38
泵控系统
提供电机控制避免机械损伤和水锤

④ 软启动器的内部结构

作为笼式异步电动机的起动设备——软起动器，从20世纪70年代开始利用晶闸管交流调压技术进行制作应用，以后又把功率因素控制技术结合进去。近年来，采用微电脑代替模拟控制电路，发展成现代的智能化软起动器。

1智能化软起动器的主要品种

目前世界上有许多电气公司在生产智能化软起动器，著名的有：法国施耐德电气(SchneiderElectric)公司生产的Altistart(ATS)软起动器，最大功率达到800kW：美国艾伦-布拉得利(Allen-Bradley,A-B)公司生产的SMC系列软起动器，最大功率达1200kW：通用电气(GE)公司生产的QC、ASTAT系列软起动器，最大功率达850kW，额定电压500V，额定电流1180A，最大起动电流5900A：意大利西威(SIEI)公司生产的eST、dST系列软起动器，额定电压690V、额定电流1600A：德国西门子(SIEMENS)公司生产的3RW22系列软起动器，额定电压690V、额定电流1200A。上述产品中，ATS产品实用可靠，体积小，结构紧凑，使用方便，为一般用户考虑选用：通用电气和西威公司产品力求功能全面：A-B公司则把软起动器设计成许多派生品种，不同品种对应不同功能：西门子公司的产品介于通用电气与A-B公司产品之间。

2智能化软起动器

几乎所有的智能化软起动器的结构组成原理均大同小异，现以Altistart(ATS)软起动器为例加以说明。

ATS软起动器的结构

ATS软起动器包括一个控制模块和一个电源组件，其结构组成如图1所示。

图1

控制模块同一系列不同功率之间的模块可以互换，其功能有：触发可控硅整流器：用微处理机计算操作状况：记录和储存电动机和起动器热状态：监测电源和电气绝缘：通过内部联锁继电器发出监测和报警输出信号：3个LED提供状态显示：4个选择开关实现选择功能：4个电位器实现整定。

电源组件包括：背对背安装的3对可控硅整流器并带有保护电路：测量用电流互感器和控制电路电源：72A以上的风扇及其安全电路。

ATS系列软起动器

ATS系列软起动器包括：各种用途的ATS-23软起动——软停止单元：控制离心泵液压泵的ATS-23P软起动——软停止单元：控制1.5～8.5kW低功率电动机简单用途的ATS系列VR2电压斜坡起动器。

图2

ATS软起动器的控制原理

ATS软起动器的控制原理如图2所示。通过推移相位角g，直到电动机电流为零以后，再触发可控硅。

该技术可保证电动机在起动完成后连续平稳转动，具有极佳的稳定性：微处理机控制起动单元和电动机的主要工作参数，并不断进行优化。

软起动器实际上是一个晶闸管调压调速的线路。其工作原理是通过改变晶闸管的触发角，调节晶闸管调压电路的输出电压。其特点是电动机转速近似与定子电压的平方成正比。软起动器起动电动机时，晶闸管全导通，使电动机工作在额定电压的机械特性上。

3基本功能

起动电压软起动器的起动电压在35%～65%(甚至20%～95%)额定电压间可调，这时起动转矩为10%～36%(或4%～90%)直接起动转矩。

脉冲突跳起动方式有些负载如挤压机、搅拌机和皮带输送机等静阻力比较大，必须施加一个短时的大起动力矩，以克服大的静摩擦力，所以在软起动器上设置了脉冲突跳方式，可以短时输出95%的额定电压(相当于90%直接起动转矩)，0～400ms可控。脉冲突跳结束后，根据斜坡设定值继续起动。软起动器在一个工作周期中的输出电压波形如图3所示。

图3

加速斜坡控制电动机开始转动后，可以控制电动机电压线性增大，加速时间可在一定范围内(如1～999s)调节。还可提供电流限幅(如在200%～500%电动机额定电流间可调)的起动加速方式，可使电动机线性加速到额定转速。

加速斜坡作用于小功率电动机，而快速斜坡用于惯性大的设备。

运行状态软起动有4种运行状态：①跨越运行模式：晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，电压斜坡分量可以完全忽略，常用于短时重复的电动机。②接触器旁路工作模式：在电动机达到满速运行时，用旁路接触器来取代已完成任务的软起动器，这样可以降低晶闸管的热损耗，提高系统效率。可以用一台软起动器起动多台电动机。③节能运行模式：当电动机负荷较轻时，软起动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，从而提高了电动机的功率因素，起到了节能效果。④调压调速方式：软起动器可以作调压调速运行，因电动机转子内阻很小，要得到大范围的调速，就需在电动机转子中串入适当的电阻。

停止功能该功能的停止方式有4种：①自由停车：直接切断电源，电动机自由停车。②软停止：有时不希望电动机突然停止，采用软停止方式。在接收停机信号后，电动机端电压逐渐减小，转速下降到可调整斜坡时间(如1～999s)。③泵停止：适用于惯性力矩较小的泵驱动，消除“水锤效应”。④直流制动：当给出停车信号后，将直流注入电动机加快制动，直流制动时间可在0～99s间选择。主要用于惯性力矩大的负载或需要快速停机的场合。还可用于准确停车功能，该功能用于要求定位控制停车的场合。⑤保护和监控：软起动器以字符式显示器提供设备的监控和快速故障诊断信息，它的保护功能有：限流，2～5倍电动机电流可调：按I2t负载曲线提供过载保护：输入、输出缺相，3s跳闸：晶闸管短路、散热器过热及转子堵转时，200ms内跳闸：当电动机内热敏电阻的电阻值大于规定值时，200ms内跳闸：CPU故障，600ms关机：热故障信号、电动机过载及温升超过临界阈值时，停机。停机后，如果电动机温度依然过高，软起动器的热控制装置可防止重新启动：相故障和相位不平衡，LED和输出继电器发出信号：软启动器还具有电源掉电、欠电压、过电压等保护。

智能软起动器液晶显示器可显示电流、电压、功率、功率因子、电动机温度、运行时间。在通信方面，提供了标准的串行通信口，可通过键盘和LED以菜单形式设置参数。

4应用

智能化软起动器的起动方式及独特的功能是其他降压起动方式不能比拟的，因此它可应用在多种负载控制系统中，如：机床、铸造设备、运输设备、传输带、风机、压缩机等。

5注意事项

软起动器应用注意事项如下。

图4

由于软起动器没有反转控制功能，设备的正、反转仍由接触器实现。为保证设备的软起动，可将软起动器的可编程标准硬件接点接入接触器控制回路：同时，在软起动器控制回路中亦可引入接触器的辅助触点，其控制原理见图4。

软起动器有多种内置的保护功能，如失速、堵转测试、相间平衡、欠压保护、欠载保护和过压保护等。设计线路时应根据具体情况通过编程来选择保护功能，或使某些功能失效，以确保安全运行可靠。

由于软起动器本身没有短路保护，为保护其中的晶闸管，应该采用快速熔断器。

当软起动器使电动机制动停机时，只是晶闸管不导通，在电动机和电源之间并没有形成电气隔离。如果此时检修软起动器之后的线路、电动机，那是不安全的，所以在电动机一次控制回路中，应在软起动器之前增加断路器。

软起动器在通过电流时将会产生热耗散，安装时应注意在其上、下方及左右留出一块空间，一般距设备上下100mm、左右50mm。

软起动器一般应垂直安装。

应避免将软起动器靠近产生热量的场所安装。