电动机软启动技术的分析与实现方法

黄达义

摘要：文章论述了感性负载（电动机、压缩机等）软启动的特性，进一步以降低大功率电动机启动时问题发生的概率为原则，提升其启动的安全性、平稳性和可靠性为目的，对电动机智能软启动方案的设计进行分析阐述。

关键词：电动机：软启动;压缩机

中图分类号：TM922.72

文献标识码：A

文章编号：2095-6487（2019）03-0107-02

0引言

如何改变传统的电动机启动方式对电网的冲击，降低电动机启动时的震动，文中重点研究电动机的软启动技术和实现方法。交流电动机在启动时因其电路电流过大，对电网而言会对其电压造成较大影响，相应地对其他用户的正常用电造成干扰;此外，与启动时的大电流同时产生的机械冲击转矩对电动机而言也会造成干扰导致其损坏。

文中研究的软启动装置安装简单、操作方便、运行可靠、起始电流线性可调、方便合理、广泛适用等。

1电动机的启动方式

一般来说电动机具有硬启动和软启动两种不同方式，硬启动模式的启动条件为等额电压;而对于软启动而言则是在启动时对其电压或电流进行调整。实际生活中的电动设备启动方式通常直接启动，这一方式优势在于系统接线较为简单，在启动方面也具有很快的速度，操作起来方便快捷、维护流程简洁”。但相应地也有其劣势存在：

（1）对电网影响较大。针对大功率电动机进行分析可知，直接启动时其空载电流的数值与额定电流相比是其4-7倍，满载时最高可达到10倍之多，这样给的电网带来的结果是电流迅速增加，从而致使电网的电压极不稳定，对同一电网下的其他设备运行造成不良影响。

（2）由于过大的起动电流会使电机绕组发热，导致绝缘老化加速，影响电机寿命。

（3）其机械系统容易由于电气系统的突变而对机械系统造成冲击。对于机械系统内的风机、水泵等设备而言，电机直接启动时一：般会产生一定的压力突变，而压力的迅速变化对风机的管道、水泵的閥门等部件造成损害，使用寿命也因此大大缩减;对此设备传动精度产生的不良影响也使得过程控制发生一定的偏差。为了进一步提升电动机直接启动的安全性和经济性，在实际运用当中对其启动选择做出以下限制。

第一，电动机的直接启动与否首先应当参照机械设备的工艺性能、设备参数。

第二，应当参照电动机的最大容量与电网变压器的最大容量之比来确定其能否采用直接启动的方式，一般来说二者比值应当小于0.1。

第三，针对电动机直接启动的限制还在于电网电压的下降情况，一般要求电压降低应当小于额定电压的15%。于大功率电动机而言往往采用软启动而不采用直接启动，启动之时对电压进行一定的补偿，从而保障其启动的稳定性。

2软启动系统方案

2.1电动机软启动器硬件设计

该软启动器包括EMI电路、以LNK304DN为核心的电源转换及脉冲同步电路（能生成-5V的直流输出，为整个控制电路提供稳定的工作电源）、相序检测电路、控制电路、三相移相脉冲输出电路、过载检测电路、输出功率电路。在给电动机通电时起，施加在电动机中的电流线性增加，逐步完成启动的过程。具体实现是通过移相技术线性改变可控硅的触发角a的大小，进而实现对电动机启动电流的先行调整，进一步地降低启动时对电能的损耗，使其能够以最佳的状态启动。电流检测系统能够通过检测电动机处于运行状态的电路电流，并结合电动机的额定参数设定自发地对定子电压进行调节，进而将电动机的功率因数维持稳定、运行效率控制在最佳范围。

其中，可控硅的选用可以根据电机容量的大小以选用不同的器件。软启动控制系统以高性能的MB95F936K单片机作为控制核心。该电路与电源转换脉冲同步电路、相序检测电路、控制电路、三相移相脉冲输出电路一起实现对电动机工作电流进行调整。

2.2电压检测电路

电压检测电路的重要功能体现在以下三个方面。

首先是对同步信号的检测，采样的起始时刻为三项交流电其电压值刚刚过零的瞬间，该采样值作为可控硅脉冲触发信号的同步信号，达到协调整个系统有序工作的条件。

三相交流电压的信号在进入单片机之前需要通过A/D转换，经转换入单片机的信号为实时电压测量值，可用于故障诊断以及过电压、欠电压保护。因软启动控制器需要在一整个电压周期内完成对可控硅导通任务的控制，也即是在确认电压波形过零点后发出信号，控制器根据信号实现对导通的控制。而电压波形的过零点能够由同步信号电路检测系统获得。而同步也实现了可控硅有秩序的实时触发。

2.3相序检测电路

将三相交流电通过光电耦合器进行脉冲取样，送入单片机中断端，由单片机进行运算，通过发出控制脉冲去打开光电耦合器，由（MOC3021）光电耦合器取出发可控硅。2.4电流检测电路

电流检测的方法多种多样，我们采用具有统计效率的多点插值取平均的办法，有效的避免偶然的奇异数据，使得系统更加可靠。单片机的电压设置精度为5mV。对交流电进行正比转换后输入单片机P3.1引脚，再经A/D转换后的数据输送至CPU，接着由软件来完成对监测电流和给定电流的数据分析，按照PID调节器算法完成限流调节和过流保护功能。

2.5可控硅触发电路

单片机给出的控制信号，是以同步脉冲作为基础的，单片机将采样到的同步脉冲进行运算处理后发出移相触发脉冲去驱动可控硅。可控硅触发电路采用绝缘度高、隔离效果好的光电耦合器。

3结束语

该软启动方案设计使得大功率电动机具备了操作简便、系统稳定的优点，还可根据具体启动条件要求的不同而对启动时间进行设定。特别适合50-200kW的大容量大功率电动机的使用，较好地满足要求。

参考文献

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