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软启动器原理

软启动器原理、电机软起动器工作原理？

（软启动器，电机软起动器softstarter知识问答）

软启动器（软起动器）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SoftStarter。

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，主电路图见图1。

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。

软启动器概念

　　软启动器（又称软起动器，电机软起动器）

　　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SoftStarter。

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及其电子控制电路。

运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

软启动器与变频器有什么区别

软起动器和变频器是两种完全不同用途的产品。

变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软起动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。

变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软起动器贵得多，结构也复杂得多。

软启动器节能原理：

　　电动机属感性负载，电流滞后电压，大多数用电器都属此类。

为了提高功率因数须用容性负载来补偿，并电容或用同步电动机补偿。

降低电动机的激磁电流也可提高功率因数（HPS2节能功能，在轻载时降低电压，使激磁电流降低，使COS∮提高）。

节能运行模式：

轻载时降低电压减少了激磁电流，电机电流分为有功分量和无功分量（激磁分量）提高COS∮。

节能运行模式：

当电动机负载轻时，软启动器在选择节能功能的状态下，PF开关热拨至Y位，在电流反馈的作用下，软启动器自动降低电动机电压。

减少了电动机电流的励磁分量。

从而提高了电动机的功率因数（COS∮）。

（国产软启动器多无此功能）在接触器旁路状态下无法实现此功能。

TPF开关提供了节能功能的两种反应时间；正常、慢速。

节能运行模式：

自动节能运行。

（正常、慢速两种反应速度）空载节能40%，负载节能5%。

什么是电动机的软起动？

有哪几种起动方式？

　　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。

软起动一般有下面几种起动方式。

（1）斜坡升压软起动。

这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。

其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。

（2）斜坡恒流软起动。

这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1至t2阶段），直至起动完毕。

起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。

电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。

　　该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。

　　（3）阶跃起动。

开机，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。

通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。

　　（4）脉冲冲击起动。

在起动开始阶段，让晶闸管在级短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。

　　该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。

　　软起动与传统减压起动方式的不同之处在哪里？

笼型电机传统的减压起动方式有Y-Δ起动、自耦减压起动、电抗器起动等。

这些起动方式都属于有级减压起动，存在明显缺点，即起动过程中出现二次冲击电流。

软起动与传统减压起动方式的不同之处是：

（1）无冲击电流。

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。

（2）恒流起动。

软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。

（3）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。

什么是电动机的软停车？

　　电机停机时，传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的。

但有许多应用场合，不允许电机瞬间关机。

例如：

高层建筑、大楼的水泵系统，如果瞬间停机，会产生巨大的“水锤”效应，使管道，甚至水泵遭到损坏。

为减少和防止“水锤”效应，需要电机逐渐停机，即软停车，采用软起动器能满足这一要求。

在泵站中，应用软停车技术可避免泵站的“拍门”损坏，减少维修费用和维修工作量。

软起动器中的软停车功能是，晶闸管在得到停机指令后，从全导通逐渐地减小导通角，经过一定时间过渡到全关闭的过程。

停车的时间根据实际需要可在0~120s调整。

5.软起动器是如何实现轻载节能的？

笼型异步电机是感性负载，在运行中，定子线圈绕组中的电流滞后于电压。

如电机工作电压不变，处于轻载时，功率因数低，处于重载时，功率因数高。

软起动器能实现在轻载时，通过降低电机端电压，提高功率因数，减少电机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的；负载重时，则提高电机端电压，确保电机正常运行。

软起动器具有哪些保护功能？

（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。

　　（4）其它功能：

通过电子电路的组合，还可在系统中实现其它种种联锁保护。

　　7.什么是软起动MCC控制柜？

　　MCC（MotorControlCenter）控制柜，即电动机控制中心。

软起动MCC控制柜由以下几部分组成：

（1）输入端的断路器，

（2）软起动器（包括电子控制电路与三相晶闸管），（3）软起动器的旁路接触器，（4）二次侧控制电路（完成手动起动、遥控起动、软起动及直接起动等功能的选择与运行），有电压、电流显示和故障、运行、工作状态等指示灯显示。

有的软起动器为什么装有旁路接触器？

　　大多数软起动器在晶闸管两侧有旁路接触器触头，其优点是：

（1）控制柜具有了两种起动方式（直接起动、软起动）。

（2）软起动结束，旁路接触器闭合，使软起动器退出运行，直至停车时，再次投入，这样即延长了软起动器的寿命，又使电网避免了谐波污染，还可减少软起动器中的晶闸管发热损耗。

　　9.软起动MCC控制柜有哪些扩展功能？

　　将软起动MCC控制柜进一步加以组合，可以实现多种复合功能。

例如：

将两台控制柜加上控制逻辑，可以组成“一用一备方案”，用于大楼的消防系统与喷淋泵、生活泵等系统。

如果配上PC（可编程序控制器），则可以实现消防泵定时（如半个月）自动检测，定时自动关闭；加上相应的控制逻辑，则可以对消防泵及各个系统运转是否正常实施平时检测时，定时低速低水压（不出水）运行；在灭火时，则实施全速满载运行。

将若干台电机加上控制逻辑组合，可以组成生活泵系统或其它专用系统，按需要量逐次打开各台电机，也可逐次减少电机，实现最佳效率运行。

还可以根据客户要求，实现多台电机每次自动转换运行，使各台电机都处于同等的运行寿命期。

软起动器适用于哪些场合？

　　原则上，笼型异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可适用。

目前的应用范围是交流380V（也可660V），电机功率从几千瓦到800kW。

　　软起动器特别适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车的场合。

　　同样对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行

软启动器与变频器有什么区别？

　　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SoftStarter。

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及其电子控制电路。

运用不同的方法，控制三相反并联闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

　　软启动器和变频器是两种完全不同用途的产品。

变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软启动器实际上是个调压器，用于电机起动时，输出只改变电压并没有改变频率。

变频器具备所有软起动器功能，但它的价格比软启动器贵得多，结构也复杂得多。

　　软启动器只是改变电源电压，相当于降压起动器。

　　变频器要比软启动器复杂得多，价格也贵得多。

　　变频器也有软启动功能，是通过改变电源频率实现。

UPS的工作原理啊?

一、引言

保证任何情况下的正常供电，是冶金行业的重要基础。

为此,除工业电网正常供电外，还需配备UPS供电系统。

UPS电源是保障供电稳定和连续性的重要设备，因其主要机智能化程度高，储能器材采用免维护蓄电池，使得在运行中往往忽略了对该系统的维护与检修。

其实维护的好坏，对电源的寿命和故障率有很大影响，下面根据我们使用中的具体情况和维护经验介绍UPS电源的使用注意事项和日常维护要求。

虽说各企业配置的UPS供电系统设备型号及系统容量有所不同，但其原理和主要功能基本相同。

在UPS电源类型选择上各站都选择了在线式，这时因为在线式UPS电源系统具有对各类供电的零时间切换，自身供电时间的长短可选，并具有稳压、稳频、净化的特点。

当UPS电源系统本身出现故障时有自动旁路功能，当需要检修时可采用手动旁路，使检修、供电互不影响。

在功率选择上，莱钢中小型棒材生产线选用了中功率系统。

二、UPS电源系统

UPS电源系统由4部分组成：

整流、储能、变换和开关控制。

其系统的稳压功能通常是由整流器完成的，整流器件采用可控硅或高频开关整流器，本身具有可根据外电的变化控制输出幅度的功能，从而当外电发生变化时（该变化应满足系统要求），输出幅度基本不变的整流电压。

净化功能由储能电池来完成，由于整流器对瞬时脉冲干扰不能消除，整流后的电压仍存在干扰脉冲。

储能电池除可存储直流直能的功能外，对整流器来说就象接了一只大容器电容器，其等效电容量的大小，与储能电池容量大小成正比。

由于电容两端的电压是不能突变的，即利用了电容器对脉冲的平滑特性消除了脉冲干扰，起到了净化功能，也称对干扰的屏蔽。

频率的稳定则由变换器来完成，频率稳定度取决于变换器的振荡频率的稳定程度。

为方便UPS电源系统的日常操作与维护，设计了系统工作开关，主机自检故障后的自动旁路开关，检修旁路开关等开关控制。

如图1所示，在电网电压工作正常时，给负载供电如所示，而且，同时给储能电池充电；当突发停电时，UPS电源开始工作，由储能电池工给负载所需电源，维持正常的生产（如粗黑→所示）；当由于生产需要，负载严重过载时，由电网电压经整流直接给负载供电（如虚线所示）。

UPS电源系统主要分两大部分，主机和储能电池。

额定输出功率的大小取决于主机部分，并与负载属那种性质有关，因为UPS电源对不同性能的负载驱动能力不同，通常负载功率应满足UPS电源70％的额定功率。

储能电池容量的选取当负载功率确定后主要取决其后备时间的长短，这个时间因各企业情况不同而不同，主要由备用电源的接入时间来定，通常在几分钟或几个小时不等。

莱钢中小型棒材生产线因生产需要不允许断电，因此，UPS电源系统在检测到电网电压中断后，可自行启动供电，且随着储能电池慢慢放电，储能电池的容量随着时间会逐渐降低，考虑到寿命终止时储能电池容量下降到50％并留有一定的余量，我厂UPS电源系统的工作时间当储能电池满容量时为2小时，半容量为1小时。

2.1电源工作原理

二、2.1.1AC-DC变换：

将电网来的交流电经自耦变压器降压、全波整流、滤波变为直流电压，供给逆变电路。

AC-DC输入有软启动电路，可避免开机时对电网的冲击。

2.2.2DC-AC逆变电路：

采用大功率IGBT模块全桥逆变电路，具有很大的功率富余量，在输出动态范围内输出阻抗特别小，具有快速响应特性。

由于采用高频调制限流技术，及快速短路保护技术，使逆变器无论是供电电压瞬变还是负载冲击或短路，均可安全可靠地工作。

2.3.3控制驱动：

控制驱动是完成整机功能控制的核心，它除了提供检测、保护、同步以及各种开关和显示驱动信号外，还完成SPWM正弦脉宽调制的控制，由于采用静态和动态双重电压反馈。

极大地改善了逆变器的动态特性和稳定性。

不间断电源工作原理框图如图2所示。

2.3电源工作过程

当市电正常380Vac时，直流主回路有直流电压，供给DC-AC交流逆变器，输出稳定的220Vac交流电压，同时市电对电流充电。

当任何时候市电欠压或突然掉电，则由电池组通过隔离二极管开关向直流回路馈送电能。

从电网供电到电池供电没有切换时间。

当电池能量即将耗尽时，不间断电源发出声光报警，并在电池放电下限点停止逆变器工作，长鸣告警。

不间断电源还有过载保护功能，当发生超载（150%负载）时，跳到旁路状态，并在负载正常时自动返回。

当发生严重超载（超过200%额定负载）时，不间断电源立即停止逆变器输出并跳到旁路状态，此时前面空气开关也可能跳闸。

消除故障后，只要合上开关，重新开机即开始恢复工作。

为使不间断电源充分工作，避免在过载或欠载下运行，电源在开机前，首先计算负载容量。

FR-UK型不间断电源（标称额定功率）80%的阻性负载设计负载能力，一般带计算机负载时可承受的按下式估算：

∑i=1nPi≤P

其中P为不间断电源输出容量（VA），P为第i个负载伏安数

每套PLC功率：

220V*0.5=110VA

每台操作站功率：

220V*2A=440VA

IBMPC客户机及服务器：

220V*1.5A=330VA

则总功率：

10*110VA+4*440VA+11*330VA=6490VA

6490VA/0.8=8112VA

因此，在这条棒材生产线上，采用10KVA的不间断电源比较合适。

三、UPS电源系统的使用与维护

1、UPS电源系统开、关机

1.1第一次开机

（1）按以下顺序合闸：

储能电池开关→自动旁路开关→输出开关依次置于“ON"。

（2）按UPS启动面板“开”键，UPS电源系统将徐徐启动，“逆变”指示灯亮，延时1分钟后，“旁路”灯熄灭，UPS转为逆变供电，完成开机。

经空载运行约10分钟后，按照负载功率由小到大的开机顺序启动负载。

1.2日常开机

只需按UPS面板“开”键，约20分钟后，即可开启电脑或其它仪器使用。

通常等UPS启动进入稳定工作后，方可打开负载设备电源开关（注：

手动维护开关在UPS正常运行时，呈“OFF"状态）。

1.3关机

先将电脑或其它仪器关闭，让UPS空载运行10分钟，待机内热量排出后，再按面板“关”键。

2、UPS电源系统使用注意事项

UPS电源系统因其智能化程度高，储能电池采用了免维护蓄电池，这虽给使用带来了许多便利，但在使用过程中还应在多方面引起注意，才能保证使用安全。

（1）UPS电源主机对环境温度要求不高，+5℃～40℃都能正常工作，但要求室内清洁，少尘，否则灰尘加上潮湿会引起主机工作紊乱。

储能蓄电池则对温度要求较高，标准使用温度为25℃，平时不能超过+15℃～+30℃。

温度太低，会使储电池容量下降，温度每下降1℃，其容量下降1％。

其放电容量会随温度升高而增加，但寿命降低。

如果在高温下长期使用，温度每高10℃，电池寿命约降低一半。

（2）主机中设置的参数在使用中不能随意改变。

特别是对电池组的参数，会直接影响其使用寿命，但随着环境温度的改变，对浮充电压要做相应调整。

通常以25℃为标准，环境温度每升高或降低1℃时，浮充电压应增加18mV（相对于12V蓄电池）。

（3）在无外电靠UPS电源系统自行供电时，应避免带负载启动UPS电源，应先关断各负载，等UPS电源系统起动后再开启负载。

因负载瞬间供电时会有冲击电池，多负载的冲击电流和加上所需的供电电流会造成UPS电源瞬间过载，严重时将损坏变换器。

（4）UPS电源系统按使用要求功率余量不大，在使用中要避免随意增加大功率的额外设备，也不允许在满负载状态下长期运行。

但工作性质决定了UPS电源系统几乎是在不间断状态下运行的，增加大功率负载，即使是在基本满载状态下工作，都会造成主机出故障，严重时将损坏变换器。

（5）自备发电机的输出电压，波形、频率、幅度应满UPS电源对输入电压的要求，另久发电机的功率要远大于UPS电源的额定功率，否则任一条件不满，将会造成UPS电源工作异常或损坏。

（6）由于组合电池组电压很高，存在电击危险，因此装卸导电联接条、输出线时应用安全保障，工具应采用绝缘措施，特别是输出接点应有防触摸措施。

（7）不论是在浮充工作状态还是在充电、放电检修测试状态，都要保证电压、电流符合规定要求。

过高的电压或电流可能会造成电池的热失控或失水、电压、电流过小会造成电池亏电，这都会影响电池的使用寿命，前者的影响更大。

（8）在任何情况下，都应防止电池短路或深度放电，因为电池的循环寿命和放电深度有关。

放电深度越深、循环寿命越短。

在容量试验中或是放电检修中，通常放电达到容量的30％～50％就可以了。

（9）对电池应避免大电流充放电，虽说在充电时可以接受大电流，但在实际操作中应尽量避免，否则会造成电池极板膨胀变形，使得极板活性物质脱落，电池内阻增大，温升越高，严重时将造成容量下降，寿命提前终止。

3、日常维护与检修

（1）UPS电源在正常使用情况下，主机的维护工作很少，主要是防尘和定期除尘。

特别是气候干燥的地区，空气中的灰粒较多，机内的风机会将灰尘带入机内沉积、当遇空气潮湿时会引起主机控制紊乱造成主机工作失常，并发生不准确告警，大量灰尘也会造成器件散热不好。

一般每季度应彻底清洁一次。

其次就是在除尘时，检查各连接件和插接件有无松动和接触不牢的情况。

（2）虽说储能电池组目前都采用了免维护电池，但这只是免除了以往的测比、配比、定时添加蒸馏水的工作。

但外因工作状态对电池的影响并没有改变，不正常工作状态对电池造成的影响没有变，这部分的维护检修工作仍是非常重要的，UPS电源系统的大量维修检修工作主要在电池部分。

a.储能电池的工作全部是在浮充状态，在这种情况下至少应每年进行一次放电。

放电前应先对电池组进行均衡充电，以达全组电池的均衡。

要清楚放电前电池组已存在的落后电池。

放电过程中如有一只达到放电终止电压时，应停止放电，继续放电先消除落后电池后再放。

b.核对性放电，不是首先追求放出容量的百分之多少，而是要关注发现和处理落后电池，经对落后电池处理后再作核对性放电实验。

这样可防止事故，以免放电中落后电池恶化为反极电池。

c.平时每组电池至少应有8只电池作标示电池，作为了解全电池组工作情况的参考，对标示电池应定期测量并做好记录。

d.日常维护中需经常检查的项目有：

清洁并检测电池两端电压、温度；连接处有无松动，腐蚀现象、检测连接条压降；电池外观是否完好，有无壳变形和渗漏；极柱、安全阀周围是否有酸雾逸出；主机设备是否正常。

e.免维护电池要维护，不是什么无稽之谈，应从广义的维护立场出发，做到运行、日常管理的周到、细致和规范性，保证设备（包括主机设备）保持良好的运行状况，从而延长使用年限；保证直流母线经常保持合格的电压和电池的放电容量；保证电池运行和人员的安全可靠。

这就是电池维护的目的，也是电池运行规程中包括的内容和进行规则。

（3）当UPS电池系统出现故障时，应先查明原因，分清是负载还是UPS电源系统；是主机还是电池组。

虽说UPS主机有故障自检功能，但它对面而不对点，对更换配件很方便，但要维修故障点，仍需做大量的分析、检测工作。

另外如自检部分发生故障，显示的故障内容则可能有误。

（4）对主机出现击穿，断保险或烧毁器件的故障，一定要查明原因并排除故障后才能重新启动，否则会接连发生相同的故障。

（5）当电池组中发现电压反极、压降大、压差大和酸雾泄漏现象的电池时，应及时采用相应的方法恢复和修复，对不能恢复和修复的要更换，但不能把不同容量、不同性能、不同厂家的电池联在一起，否则可能会对整组电池带来不利影响。

对寿命已过期的电池组要及时更换，以免影响到主机。

四、结束语

再好的设备也有寿命，也会出现各类故障，但维护工作做的好可以延长寿命，减少故障的发生，这和人的寿命长短、生老病死是一样的道理。

不要因为高智能、免维护而忽略了本应进行的维护工作，预防在任何时候都是安全运行的重要保障。