1、9.1 降压启动l对小马力电动机来说，全压启动是最经济最有效的启动方法。但是对于马力较大的电动机来说，则经常采用降压启动的方法，以避免对电网或其他负载造成不利影响。图9-1 降压启动减少启动电流l降压启动可以减少启动电流。一台交流异步电动机启动时，相当于副边短路的变压器，需要电源提供26倍的电动机额定电流。图9-1 降压启动减少启动电流9.1 降压启动l供电部门通常对马力较大的电动机的启动电流规定有限制，以保证供电电压平稳，照明不闪烁。l用电企业，特别是像造纸、印染这样的企业，生产工艺要求启动平稳。过大的启动转矩冲击不仅可能影响产品质量，甚至可能将纸或布撕裂，还有可能影响传动齿轮、皮带、链条的
2、使用寿命。降压启动可以克服这些弊端，是用电企业乐于接受的。降压启动可以降低启动转矩，延长启动时间，增加启动的平稳性。9.1 降压启动l根据异步电动机的机械特性表达式，转矩与电压的平方成正比。降压启动显著的降低了启动电流，同时也显著的降低了启动转矩。对于启动转矩比较大的负载，不宜采用降压启动，而应采用其他的启动方法，或者说降压启动适合于空载启动或轻载启动。9.1 降压启动l一台新安装的设备不应该恶化已经正常工作的供电系统。一台马力较大的电动机启动产生的电流浪涌，会引起供电电压的动态降落，如果电压降落超过10%，持续的时间超过10个毫秒，则可能影响一些敏感设备的正常工作。现在空调使用的很普遍，空调
3、压缩机电机的启动可能会使同一建筑物内的计算机或者微控制器工作失效。在这种情况下，即使供电部门不要求，用电客户也会采取措施降低电流浪涌。9.2 直流电动机降压启动l直流电动机的启动转矩大、调速性能好，在某些场合使用具有不可替代的优势。例如汽车启动器，汽车内只有蓄电池供电，类似的情况还有电动叉车、游览电动车、电动自行车等，只能使用直流电动机驱动。l直流电动机启动时由于反电势Ec等于零，启动电流很大，远远超过电动机的额定电流。I=（UdEc）/Ra,这里：I=电枢电流，A Ud=外加直流电压，V Ec=电动机反电势，V Ra=电枢电阻，9.2 直流电动机降压启动l限制启动电流，就要降低外加直流电压或
4、者增加电枢串联电阻。降低直流电压最常用的方法是使用电力电子直流调压器，不仅可以用来限制启动电流，而且可以用来调节直流电动机的稳态转速，如图9-3上图所示。斩波调压可以采用双闭环控制，外环是速度环，内环是电流环。速度环的输出是电流限幅值，启动过程以设定的电流限幅值加速，即平稳又快速。图9-3 直流电动机降压启动9.2 直流电动机降压启动l对于不频繁的启动过程，可以用在电枢回路串电阻的方法限制启动电流，如图9-3下图所示。随着转速的上升，操作鼓形开关逐级将串入的电阻切除。也可以用电流继电器或速度继电器代替人的操作实现串入电阻的自动逐级切除。9.2 直流电动机降压启动l图9-4所示为用电压继电器控制
5、的复励直流电动机串电阻启动原理图。当启动按钮被压下时，主接触器M得电，触点M闭合，直流电压经串连电阻R降压施加到电枢绕组上，直流电动机开始降压启动。随着速度的上升，反电势上升，电枢电流下降，当速度上升到某一数值时，电压继电器U吸合，触点U将电阻R短接，电动机进入全压运行。辅助触点M完成自锁功能，热继电器JR对电动机进行过载保护。启动停止KMKMKMRUUJRJRL1L2串励绕组并励绕组 图9-4 用电压继电器控制的复励直流电动机串电阻启动a)JL12系列电流继电器b)固态电流继电器c)电压继电器图9-5 各种继电器可用于直流电动机串电阻启动9.2 直流电动机降压启动l也可以使用电流继电器完成串
6、联电阻的自动切除。随着转速的上升，电枢电流逐渐下降，下降到设定值时，电流继电器释放，常闭触点闭合，将启动电阻短接。9.3 直流电动机调速l直流电动机在额定磁通和额定电枢电压下以铭牌上标示的额定转速运行；保持磁通恒定在额定值，降低电枢电压，可以低于额定转速运行；保持电枢电压恒定在额定值，降低磁通，可以高于额定转速运行。9.3.1 单相整流电源直流电动机调速l一个完整的直流电机驱动系统包括操作控制面板，上面有启动、停止按钮、速度调节电位器等；还包括晶闸管可控整流器，用移相触发的方法，调节施加到电枢绕组上的直流输出电压，如图9-6所示。这个方法类似于第八章中介绍过的固态交流降压启动器。图9-6 单相
7、交流电源小功率直流电机调速装置电位器转速调节启停按钮a)b)9.3.1 单相整流电源直流电动机调速l图9-7示出了它的简化的工作原理图。单相交流电被晶闸管可控整流为电压可以调节的直流电，给电枢供电；操作人员通过速度调节电位器调节直流电机的转速；测速装置检测电动机的实际转速，通过门极触发电路的调节维持实际转速等于给定转速。励磁电流不调节，保持为额定值，只能在额定转速以下调速。图9-7 直流电动机恒磁通降压调速AC励磁测速门极触发速度调节单相全波半波9.3.2 三相整流电源直流电动机调速l对于马力较大的直流电动机调速系统一般使用三相交流电源，经晶闸管桥式可控整流给电枢绕组供电，称为三相全波可控整流
8、，如图9-8所示。l图9-8中，每只晶闸管串联一只快速熔断器，这样的保护优于每线串联一只快速熔断器，可以更有效的保护支路直通故障。注意：这里一定要使用快速熔断器，普通熔断器保护不了晶闸管；励磁不再总是恒定的，超过额定转速，可以继续弱磁升速。图9-8 三相整流直流电动机调速主电路电枢电流反馈主接触器触点励磁电流反馈L1L2L3续流二极管9.3.2 三相整流电源直流电动机调速l这个主电路结构的功率覆盖范围从4千瓦到2000千瓦。主接触器的触点可以将电枢从电源上断开，直流电动机停止运行，但是励磁电路保持导通，它产生的热量可以在潮湿的环境下保持电机内部干燥。这里没有使用测速装置，代之以电流补偿，当负载
9、电流大的时候，串联小电阻上的电压信号会增加，这会引起控制电路升高整流电压，补偿大负载引起的转速降落，使转速保持稳定。9.3.2 三相整流电源直流电动机调速l图9-8所示主电路的控制电路是一块印刷线路板，以微处理器为核心的电子线路焊接在这块板上，一般说来，功率扩大时只是主电路元件发生变化，控制电路板可以不变，这样可以节省开发成本。微处理器接受操作者输入的指令和各种反馈控制信号，通过调节器算法控制晶闸管的移相触发，达到控制转速和稳定转速的目的。发生故障时面板上的数码管或液晶屏会出现提示信号，指明是何种故障，有利于故障的快速排除。图9-9 双闭环直流电机调速模块9.3.2 三相整流电源直流电动机调速
10、l图9-9所示为某公司开发的双闭环直流调速模块，内部封装有六只晶闸管、相应的移相触发电路、电流检测电路、转速和电流调节器等，通过25针插座与外部控制板相连，构成双闭环直流调速系统。模块通过四角的螺丝孔安装在散热器上。过流保护采用外接的快速熔断器，过压保护采用外接的阻容吸收和压敏电阻。模块所用晶闸管的VRRM/VDRM在1200V以上，晶闸管的IT从几十安培到几百安培形成系列。可以控制从几千瓦到几十千瓦的直流电动机形成转速/电流双闭环调速系统。9.3.2 三相整流电源直流电动机调速l图9-10是西门子公司生产的6RA70系列全数字式直流电动机调速装置，其功率覆盖范围从6千瓦到1900千瓦，输出电
11、流可以扩展到12000A，输入电压从400V到830V，自冷或强迫风冷，可单象限或四象限运行。具有极快的控制特性，电流和转矩的上升时间小于10ms。设置有通讯接口，可以通过现场总线集成到自动化环境中，实现工作模式的设定、连续的监控、准确的诊断。使用OP1S人机界面可以离线或在线的进行参数组的写入与读出、进行启停操作，非常简便。图9-10 全数字直流电机调速系列生产过程往往要求直流电动机配合其它的自动化设备组成一个自动化系统，图9-11所示为用6RA70系列直流调速装置配合其它的装置装配成的全数字直流调速柜。图9-11 全数字直流调速柜9.4 三相交流电机降压启动l大部分工业应用使用三相交流异步
12、电动机，这是因为三相交流异步电动机结构简单、坚固耐用、价格便宜。单相交流异步电动机马力较小，直接启动不构成大问题；降压启动主要应用于4千瓦以上的三相交流异步电动机。9.4 三相交流电机降压启动l启动瞬间，转子上无反电动势，相当于短路，旋转磁场在转子导条中感应出很大的启动电流。随着速度的上升反电动势建立起来，启动电流也降下来，如图9-12所示。可以看出启动电流最大可以达到额定电流的600%，最后稳定在100%（额定负载）。图9-12 异步电机全压启动电流9.4.1 降压启动的开路切换与闭路切换l降压启动过程中，在速度达到稳态值以前，需要从降压切换到全压，这个切换过程可以开路完成，也可以闭路完成。
13、开路完成需要先从低压断开，而后再接到高压；闭路完成则无需断开电路就升高了电压。应优选闭路完成，因为闭路切换产生较小的电流浪涌，而开路切换产生较大的电流浪涌，如图9-13所示。0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1006005004003002001000 转速（%）a)开路切换电机电流（%）0 10 20 30 40 6005004003002001000 转速（%）b)闭路切换电机电流（%）50 60 70 80 90 100图9-13 切换方式比较9.4.1 降压启动的开路切换与闭路切换l为了降低切换引起的电流浪涌，切换点应尽量发生在接近稳态速度时，如图9-14所示。
14、l开路切换使用接触器或鼓形开关之类的机械开关，靠机械触点的断开和闭合完成电压切换；而闭路切换使用晶闸管之类的电子开关，靠移相触发角完成交流电压的切换，切换过程中电路无需断开。l由图中可以看出，降压启动可以减小启动电流，闭路切换优于开路切换，高速切换优于低速切换。0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1006005004003002001000 转速（%）a)低速切换0 10 20 30 40 6005004003002001000 转速（%）b)高速切换 50 60 70 80 90 100图9-14 切换时刻比较电机电流（%）电机电流（%）9.4.2 定子侧串电阻启动l在
15、电动机电源进线中串电阻启动的本质就是降压启动，不难理解，这种方法也可以减小启动电流。使用时间继电器及时控制启动电阻的短路（切除），如图9-15所示。电动机降压启动，全压运行。l标准的定子侧串电阻启动器提供两级加速（一级电阻），首先用大约额定电压的70%启动，延时一个设定的时间后，切换到全电压。当需要更平滑的启动和加速时，可以使用多个触点和多级电阻切换。例如，造纸和纤维加工需要更平稳的启动，小的抖动都可能撕破纸或扯断纤维。图9-15 交流电机串电阻启动CKTKMM3停止启动KTL1L2L3KMKM KM图9-16 异步电机定子侧串电阻启动CR延时闭合FRFRCCKM9.4.2 定子侧串电阻启动l
16、定子侧串电阻启动的电路如图9-16所示。电阻的接入和切除由启动接触器KM、延时接通时间继电器KT和电阻短路接触器C控制。压下启动按钮，启动接触器KM线圈得电，触点KM闭合，电动机串电阻启动，同时辅助触点KM自锁，时间继电器KT开始计时。当电动机的转速升到某一较高值的时候，时间继电器计时到，常开触点（延时）闭合，接触器线圈C得电，触点C闭合，将启动电阻短接，电动机继续全电压加速至稳态速度。l热继电器FR对电动机提供过载保护。启动电阻R的阻值根据电动机功率的大小变化。9.4.3 自耦变压器降压启动l自耦变压器降压启动使用带抽头的变压器提供启动电压，如图9-17所示，是最有效的降压启动方法之一。与定
17、子侧串电阻启动方法比较，在有效的降低启动电流和尽可能的提升启动转矩方面，是优选方案。l其优点之一是启动过程中电动机的端电压不依赖于启动电流，启动电流在变化，但端电压保持相对恒定。l其优点之二是自耦变压器的负载电机侧可以提供比线侧/电源侧更大的电流，利用变压器的匝比变化很容易做到这一点。图9-17 自耦变压器降压启动自耦变压器9.4.3 自耦变压器降压启动l例如，一台异步电动机在全压下启动，有600%的启动电流，120%的启动转矩，供电部门限制反映在电网上的启动电流不能超过400%。采用自耦变压器降压启动，将抽头端置于80%处就能满足要求。0.8倍的启动电压产生0.8倍的启动电流，反映到线侧/电
18、源侧，这个电流变为0.80.8=0.64倍，小于400%的限定值（0.64600%=384%）；而产生的启动转矩为0.80.8120%=77%（转矩与电压的平方成正比），优于定子侧串电阻启动的59%（定子侧串电阻启动时的端电压不是恒定的，以初始值为70%，切换值为90%估算，59%这个转矩数值是对应启动瞬间的数值0.70.7120%=59%）。M3图9-18自耦变压器降压启动电路KTKM1KM2KM3KTKTKT（瞬动）停止启动FRFRKM1KM1KM1KM3KM3KM3KM2KM2KM2KM1KM2KM2KM3L1L2 L385%50%65%KT（瞬动）9.4.3 自耦变压器降压启动l在图9
19、-18所示的自耦变压器降压启动电路中，自耦变压器有多个抽头，可以提供多级降压启动选择。控制电路由得电推迟时间继电器KT、接触器KM1/KM2/KM3等组成。l当压下启动按钮时，时间继电器KT线圈得电，KT瞬时触点闭合，接触器KM2线圈得电触点闭合，引起接触器KM3线圈得电触点闭合，自耦变压器得电，电动机以65%的线电压降压启动。延时时间到，延时触点KT动作，接触器KM2、KM3 释放，自耦变压器失电，KM1闭合，电动机继续全电压启动到稳态速度。9.4.3 自耦变压器降压启动lKM1和KM2/KM3之间有电气互锁，避免同时得电。从降压启动到全压运行之间的切换是闭路完成的，电动机一直接到电源，没有
20、瞬时断开，引起的切换电流浪涌较小。可见，尽管使用机械触点的开/闭实现切换，但只要精心设计也可以做到闭路切换。图中使用启动/停止按钮控制电动机的启停，实际上任何常开和（或）常闭触点都可以用来启停电动机，例如，在空调系统的压缩机电动机控制中，用温度开关代替启停按钮，控制系统也由三线制变为二线制。9.4.4 部分绕组启动l对于有多套绕组的电动机启动，可以只用一套绕组启动，以减小启动电流，启动起来以后，再让多套绕组都投入运行，以达到额定的转矩和功率。当然，每一套绕组都应有专用的接线端子引出到电机的外部。l一个典型的这样的电动机是双电压（230/460V）电动机，它有两套同样的绕组，可以并联也可以串联，
21、并联是230V，串联是460V。如图9-19所示。这样结构的电动机适合于部分绕组启动。正常运行时，两套绕组并联，启动时只用一套绕组。这样的启动电流只有堵转电流的65%，产生的启动转矩只有直接启动时的45%。启动开始大约1秒钟后，第二套绕组与第一套绕组并联投入运行，提供正常的运行转矩。图9-19 异步电动机部分绕组启动9.4.4 部分绕组启动l严格的讲，部分绕组启动并不是真正的降压启动，但是从减少启动电流/降低启动转矩的角度看，它确实与降压启动类似。l部分绕组启动与其它启动方法相比，较为节约投资，因为它不需要增加启动变压器或启动电阻等附加设备，仅使用两个一半尺寸的接触器，它的切换属于固有的闭合切
22、换。l部分绕组启动得到的启动转矩总是固定的且比较低，并不适用于所有的异步电动机启动。使用这种启动方法之前，应首先查阅制造商提供的技术说明。不分青红皂白的对双电压电动机实行部分绕组启动可能会导致启动过程中噪音过大、切换暂态电流过大，引起震动、过热等不利结果。图9-20 部分绕组启动接线图9.4.4 部分绕组启动l部分绕组启动电路如图9-20所示。它的控制电路由启动器KM1、得电延时继电器KT、启动器KM2等组成。压下“启动”按钮，启动器KM1和延时继电器KT线圈得电，电动机以一半绕组启动，启动电流和启动转矩均减半。在速度上升到一个较高的数值以后，定时时间到，触点KT闭合，导致启动器KM2闭合，电
23、动机以双绕组继续加速到稳态速度，并以双绕组驱动负载工作，提供较高的负载转矩。l压“停止”按钮，电动机停止运行。每个接触器和热继电器只流过负载电流的一半，在设计时应予以注意。9.4.5 星-三角启动l三相交流电动机的定子绕组可以星形连接，也可以三角形连接。启动时星形连接，可以将每相启动电压降低到58%（1/3），启动转矩降低到33%（1/3）；正常运行时三角形连接，全电压施加到每相定子绕组上，转矩可以达到额定值。能够星-三角启动的电动机的三相定子绕组的六个接线端子在电动机内部无连接，必须都引出到电动机的接线盒中，以方便外部操作，改变接法。9.4.5 星-三角启动当星形连接启动时，需要两个接触器闭
24、合，一个接触器将三相绕组连接成星形，另一个接触器将三相绕组连接到电力源线电压，电动机低压（相电压220V）启动。在延时一段时间后，星形连接的接触器断开，电动机短时脱离电源，第三个接触器闭合，将电机连接成三角形，三相绕组再一次得电，电动机以高压（相电压380V）升速至稳态值。星-三角启动是固有的开路切换，在由星形向三角形切换的过程中，绕组有短时间的脱离电源，尔后再接到电源。9.4.5 星-三角启动l当星形连接启动时，需要两个接触器闭合，一个接触器将三相绕组连接成星形，另一个接触器将三相绕组连接到电力源线电压，电动机低压（相电压220V）启动。在延时一段时间后，星形连接的接触器断开，电动机短时脱离
25、电源，第三个接触器闭合，将电机连接成三角形，三相绕组再一次得电，电动机以高压（相电压380V）升速至稳态值。星-三角启动是固有的开路切换，在由星形向三角形切换的过程中，绕组有短时间的脱离电源，尔后再接到电源。图9-21 电动机的星/三角连接 图9-22 电动机星形连接9.4.5 星-三角启动l星-三角启动不需要任何附加的装置（如电阻或变压器之类），它的启动每安培转矩高于部分绕组启动，启动引起的噪音和震动小于部分绕组启动。l星-三角启动的缺点是开路切换，虽然也可以做到闭路切换，但以提高成本为代价（增加一个接触器和一个电阻排）。9.4.5 星-三角启动l用于星-三角启动的电动机的三相绕组无内部连接
26、，六个线头均引出到接线盒内，如图9-21所示，由电工或电气技术人员完成最后的连接，可以三角形，也可以星形。l由于国内低压三相电力线大都是380V线电压，因而星-三角启动电动机在运行时是三角形接法，绕组额定电压为380V；在启动时是星形接法，绕组电压降为220V，如图9-22所示。通过外部接触器或启动器的控制完成由星形接法到三角形接法的自动切换，图9-23示出了一个星-三角启动电气控制柜的外形图，它的接线原理示于图9-24中。图9-23 星-三角启动装置a)b)图9-24 典型的星-三角启动电路9.4.5 星-三角启动l一个典型的星-三角启动控制线路由两个启动器（KM1和KM2）、一个接触器C和
27、一个时间继电器KT组成。压下“启动”按钮，启动器KM1得电，KM1触点闭合，将三相电力线接通到端子T1、T2、T3，自锁触点KM1也闭合。同时接触器C的线圈得电，常闭触点C断开，提供互锁，避免端子T4、T5、T6被接到三相电力线；常开触点C闭合，将端子T4、T5、T6短接，电动机形成星形连接。电动机开始以星形连接降压启动，同时时间继电器KT也得电开始定时。经过一段设定的推迟时间，电动机的转速已经升到一个较高的数值，时间继电器的第二行上的常开触点KT闭合，第三行上的常闭触点KT断开。接触器C释放，导致其常开触点C断开，电动机瞬时断电；同时常闭触点C闭合，启动器KM2得电，其触点闭合，电动机以三角
28、形连接（KM1和KM2 同时得电形成三角形连接）再次得电，以高压继续升速到稳态值，完成启动过程，并以三角形连接正常工作。9.4.5 星-三角启动l接触器C断电和启动器KM2得电之间有一个短暂的时间推迟是必要的，目的是防止三相电力线通过触点KM2和触点C被短接。正是这个时间推迟使得启动过程的切换是开路切换，可能引起较大的电流浪涌。l要停止电动机的运行，只有压下“停止”按钮，或者热继电器过载保护动作。9.4.6 电力电子软启动器l电力电子开关可以代替机械开关，它的优点是没有运动部件（触点），因而寿命长、速度快，容易与电子线路（如PLC或者PC）接口。电力电子开关包括功率晶体管、绝缘栅双极性晶体管、
29、晶闸管、双向晶闸管等。9.4.6 电力电子软启动器1.电力电子开关电力电子开关（1）功率晶体管l晶体管是一个电流控制的三端器件，有PNP和NPN两种形式。对于NPN晶体管作为开关使用时，基极电压要么为负，开关关断；要么为正，开关饱和导通。在大电流/高电压下使用时，为了提高电流增益，常多级复合成达林顿结构；为了续流的需要，常反并联有二极管，如图9-25所示。集电极发射极基极达林顿晶体管用作直流开关阳极阴极栅极晶闸管用作直流大电流开关反并联晶闸管用作交流开关，散热效果优于双向晶闸管用作直流开关双向晶闸管用作交流开关绝缘栅双极性晶体管（IGBT）用作直流开关图9-25 电力电子开关c)双IGBT模块
30、b)晶闸管a)小功率电力电子器件1.1.电力电子开关电力电子开关（2）晶闸管l晶闸管是一种可以快速开关的电力电子器件，可以作为直流高电压/大电流的电子开关。当门极上施加触发脉冲的时候导通；导通之后，只要电流不中断，导通状态能一直保持下去，即使触发脉冲消失；当电流中断（小于某一门槛值）或阳极-阴极间施加反向电压时自动关断。两只晶闸管反并联可以用作交流开关，控制交流电路的通断。双向晶闸管（Triac）也可以用作交流开关，但在散热能力上不如两只晶闸管反并联。二极管桥加一只晶闸管可以用作直流开关，适合于开关小电流，特别是方便焊接在印刷线路板上。如图9-25所示。1.1.电力电子开关电力电子开关（3）双
31、向晶闸管l双向晶闸管用作交流开关。只要在门极上施加触发电流（正负均可），晶闸管就能导通，一旦导通，电流就能在两个方向上流动（AC）；将门极触发信号移掉，导通的管子关断。（4）功率MOS场效应管l功率MOS场效应管作为电子开关，适宜开关直流小电流，在开关电源中广泛使用。它的特点是控制功率小、开关速度快、开关频率高；其缺点是通态压降大，不适宜高电压/大电流下使用。1.1.电力电子开关电力电子开关（5）绝缘栅双极性晶体管（IGBT）l绝缘栅双极性晶体管是一个二级放大开关器件，输入级为场效应管，输出级为双极性晶体管，所以它既具有场效应管的优点（控制功率小、开关速度快、开关频率高），又具有双极性晶体管的
32、优点（通态压降小、容易并联）。是当前中小功率范围使用最广泛的电力电子开关器件，适宜开关中等电压/中等电流等级的直流电路。如图9-25所示。2.2.散热器散热器l电力电子器件的开关过程要发热，为了正常工作，需要将电力电子器件安装在散热器上。有各种各样形状和尺寸的散热器，如图9-26所示；有各种各样的致冷方法，包括自冷、风冷、水冷、冷媒冷等。散热器的一个重要参数是热阻（W/C），散热器的选择就是热阻的选择，散热器的生产商提供热阻数据，供设计者选用。图9-26 散热器晶闸管夹在散热器之间a)晶闸管b)c)d)3.3.电力电子软启动器电力电子软启动器l电力电子降压启动是电动机启动方法中的一种，它的核心
33、器件是晶闸管。代替全压启动，电力电子软启动器在启动时施加给电动机的电压是斜坡上升的交流电压，这有效地减少了启动电流冲击，同时也减小了启动转矩，使启动过程平稳。如图9-27所示。l由于电力电子器件的快速和连续的调压能力，使加速过程平滑、无切换（阶梯），特别适合于输送带、压缩机、泵类负载的启动。3.3.电力电子软启动器电力电子软启动器l晶闸管的优点是：体积小、无触点、可靠耐用，只要保证晶闸管不超过额定值运行，理论上不存在寿命的问题。其缺点是：与其他降压启动方法比较，价格偏高。l一个典型的电力电子软启动器实际上就是一个三相晶闸管交流调压电路再加上两个控制用的接触器。一个启动接触器KM1与晶闸管串联；
34、一个运行接触器KM2与晶闸管并联，如图9-28所示。图9-27 电力电子软启动的效果KM1KM1KM1KM2KM2KM2FRM3L1L2L3CTCTCT图9-28 电力电子软启动器主电路3.3.电力电子软启动器电力电子软启动器l启动时KM1闭合、KM2断开，由反并联晶闸管构成的交流调压电路将启动电压施加到电动机的三相绕组上，电动机开始加速。由于启动电压由某一个较小的设定值开始逐渐上升，引起的电流冲击比较小，产生的启动转矩也比较小，电动机平稳加速，直至全速。此后，运行接触器KM2闭合，电动机绕组经KM2触点直接接到三相电力线，晶闸管关断，进入稳态运行状态。l电力电子软启动器也具有软停止的能力。软
35、停止时，在交流调压器的控制下电动机电压逐渐降为零。3.3.电力电子软启动器电力电子软启动器l软启动器的控制电路有三个电位器，分别用来设定软启动升压斜坡时间（通常为1-20秒）、软停止降压斜坡时间（通常为1-20秒）和启动初始电压（启动初始转矩），如图9-29所示。l电力电子器件工作时要发热，需要安装散热器，为了减小散热器的尺寸，启动过程结束后，使用接触器KM2将软启动器短接，软启动器退出工作。l软启动器实际上是一个闭环系统，图9-28中的电流互感器CT获取电流闭环所需要的电流反馈信号。正是由于这个原因，软启动器的启动电流冲击可以被抑制到最小值。图9-29 软启动器的调节设定9.4.7几种启动方
36、法比较l如上所述，有几种降压启动的方法供设计者选择。影响选择的考虑因素主要有：启动电流降到什么程度，需要多大的启动转矩，还有价格因素。l如果选择不当，启动转矩降低过多，有可能拖不动负载，甚至造成过载保护。l下面用图表的形式，以直接启动为参考量（100%），比较各种降压启动方法。全压启动定子串电阻自耦变压器星-三角部分绕组软启动0 10 30 40 50 60 7080 90 10020图9-30 各种启动方法的启动电流比较可调节可调节图9-30所示为各种降压启动方法的启动电流比较。其中自耦变压器降压启动因为变压器有抽头，软启动因为晶闸管的触发推迟角可以改变，因而是可调节的。定子串电阻启动有时也
37、是可以调节的，星-三角和部分绕组启动则是不可以调节的。9.4.7几种启动方法比较l 各种降压启动方法的启动电流、启动转矩和成本的比较示于图9-31中。l 选择启动方法要注意负载对启动转矩的要求。一般说来启动电压降的越多，启动电流降的也越多，启动转矩也相应降低，但转矩的降低与电流的减小不是正比关系。粗略的讲，电流与电压成正比，转矩与电压的平方成正比。随着电压的降低，转矩下降的更快，所以降压启动不适合重载启动。如果需要重载启动可以选择变频调速，矢量控制变频调速可以超过额定转矩启动。全压启动自耦变压器星-三角部分绕组软启动0 10 30 405070 8090 10020可调节可调节60电流转矩成本
38、定子串电阻电流转矩成本图9-31 各种降压启动方法的综合比较电流转矩成本电流转矩成本电流转矩成本电流转矩成本可调节9.4.7几种启动方法比较l成本的考虑也是一个影响选择的因素，在诸多降压启动方案中，相对说来软启动性能最好，但成本也最高。l定子串电阻启动适用于任何异步电动机，可以将启动电流和启动转矩限制到任意希望的数值。l自耦变压器降压启动是最有效的降压启动方法，能够提供最大的每安培启动转矩，或者说以最小的启动转矩损失获取最大的启动电流降落。成本因素也应该纳入考虑，自耦变压器是最昂贵的变压器。适用于任何种类的异步电动机启动。9.4.7几种启动方法比较l部分绕组启动方法简单，成本不高，适用于启动风
39、扇、鼓风机等启动负载转矩小的异步电动机对象。对异步电动机有特殊要求，双星形绕组的9个端子必须全部引出。成本较低。l星-三角启动特别适用于加速时间长或者频繁启停的应用场合。启动电流和启动转矩均较低，且不可调节。要求电动机运行时三角形连接，六个绕组端全部引出到接线盒中。l电力电子软启动方法提供平滑的、无切换的连续加速，适用于输送带、压缩机或者泵类负载的启动。尽管电力电子软启动方法提供最多的附加控制功能，但它又是最昂贵的启动方法。9.5 降压启动电路的故障检查l降压启动电路包括主电路和控制电路两部分。主电路中有接触器或启动器的触点、热继电器的热元件（或固态继电器）、还有降压用的电阻或变压器（如果使用
40、）；控制电路决定电动机何时启动和怎样启动，控制电路包括启动器（机械的或电力电子的）、热继电器的触头、定时电路（时间继电器）等。9.5 降压启动电路的故障检查l 检查中可以使用万用表测量输入电压和电动机端电压。在启动过程中，电动机端电压应该小于输入电压。使用万用表检查主电路的线电流，在电源输入端检查或在电动机端检查都一样。在降压启动过程中的电流应小于全压启动时的电流。检查过程如图9-32所示。1.审视电动机启动器，看是否有接线松动、元件损坏、烧焦烧糊的迹象。2.测量输入电源的电压，看电压是否在电动机铭牌电压允许波动10%的范围内，如果超出了允许的波动范围，故障可能发生在上面。9.5 降压启动电路
41、的故障检查 3.测量电动机的端电压，在启动过程中，这个电压应该低于输入电压1050%（定子串电阻启动），具体数值与所穿电阻的大小有关。对于自耦变压器启动，电动机端电压应该是输入电压的50%、65%、80%等，具体的数值取决于所用的变压器抽头。对于部分绕组启动，电动机的端电压应该等于输入电源电压。对于星-三角启动，电动机端电压应该等于输入电源电压。对于电力电子软启动器启动，电动机端电压应该15%50%的小于输入电源电压，具体的数值取决于设定。注意：在电动机结束启动后，电动机的端电压应该恢复为输入电源电压，不管采用哪一种降压启动方法都一样。如果不是这样，启动电路肯定存在问题。9.5 降压启动电路的故障检查4.测量电动机在启动过程中的电流以及稳定运行时的电流。不管使用哪一种降压启动方法，启动时的电流应该小于全压启动时电流的40%80%。稳定运行时的电流应该小于或等于电动机铭牌电流。图9-32 降压启动电路故障检查实训课题1交流电动机星-三角启动2直流电动机串电阻启动
