软起动器在液压系统的应用及研究

软起动器在液压系统的应用及研究

Application and Research of Soft Starter in Hydraulic System

• 通用电气(武汉)自动化有限公司 薛加敏 Xue Jiamin

摘 要：随着传动控制对自动化程度要求越来越高和电力电子技术的迅速发展，软起动器地应用也越来越广泛。软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装置。它不仅在起动过程中能够无冲击而平滑的起动电机，而且能根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起停时间等，达到最佳的起、停状态。同时，它还具有过载、过热、缺相等多种保护功能，从根本上解决了传统的降压起动等许多弊端。

关键词：软起动器 起动方式 起动电流 起动转矩 过流保护

Abstract: With the development of power electronics technology, the application of soft starter is more and more extensive.Soft starter is a motor control device that integrates soft starting, soft stopping, light load energy saving and multi-function protection.It can not only start the motor without shock and smoothly, but also adjust the parameters in the starting process according to the characteristics of the motor load, such as current limit value, start and stop time, etc., to achieve the best start and stop state.At the same time, it also has overload, overheating, open-phase protection functions, solve the problem of traditional reduced voltage start.

Key words: Soft Starter Starting Mode Starting Current Starting Torque Overcurrent Protection【中图分类号】TM921.41 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2019）08-0050-04

1 引言

电动机起动是供配电系统中引起电压暂降的常见原因，传统的电机起动方式易使供电系统过载，不但自身的机械装置受损，而且影响同一电网上的其他设备正常工作。因此，设计时应正确计算电动机起动时配电系统中的电压，以便正确的选择起动方式和供配电系统。防城港热镀锌机组出口液压系统主泵采用软起动器为整个机组生产设备的正常稳定运行提供了可靠保障。

优先采用，但这种起动方式起动电流大，当电动机全压起动时，需要从电源吸取的电流值为满负荷时的5~8倍，这一大电流流过系统阻抗时，将会引起电压突然下降。在一般情况下，电动机频繁起动时，配电母线上的电压应不低于系统标称电压的90%，电动机不频繁起动时，配电母线上的电压不宜低于系统标称电压的85%。同时，电动机全压起动时还需被拖动机械能承受电动机全压起动时的冲击转矩。

2.2 降压软动

降压起动。起动电流和起动转矩比全压起动小，起动时间延长，可有效的降低起动负荷对电网的冲击。降压起动有星三角降压起动、延边三角形降压起动、自耦变压器降压起动、软起动器降压起动、电抗器降压起动、电阻降压起动等。

2 笼型三相异步机起动

2.1 全压硬启

全压起动。 全压起动是最简单、最经济的起动方式，应

（1）电动机降压起动应满足的基本条件：起动时电动机端子电压应能保证传动机械要求的起动转矩，即：

ustm：起动时电动机端子电压相对值，即端子电压与系统标称电压的比值。

ms：电动机起动转矩相对值，即起动转矩与额定转矩的比值。

mstm：电动机传动机械的静阻转矩相对值。（2）三相异步电动机转矩与电压有如下关系：

Mcr：电动机最大转矩N.mU：定子相电压Vωs：同步角速度rad/sr：定子相电阻ΩXk：短路电抗Ω

由以上公式可知，电动机转矩与电机端电压平方成正比。即降压起动减少了起动电流，同时也降低了起动转矩。电动机转矩与电机端电压特性曲线见下图。

电动机转矩与电压特性曲线

全压起动、星三角起动和软起动波形图从笼型三相异步电动机全压起动、星三角降压起动和软起动的电流波形图中可以看出软起动具有明显的优越性。

软起动器直接连接图(接入线电流) 《智慧工厂》Smart Factory

August 2019│51软起动器内三角连接(接入相电流)

如上图，软起动器的常用接线方式有直接连接和内三角连接两种。直接连接时软起动器内部通过的电流为线电流，内三角连接时软起动器承受的电流为相电流，即为线电流的0.577倍。实际应用中常采用直接连接方式，因为内三角连接需要增加电缆投资。

3 软起动器在液压系统的应用

3.1 中大功率异步电机启动

液压系统中的电动机一般是中、大功率的三相交流异步电动机，电机长期在额定转速状态下运行，不需要进行转速调节，出于成本考虑，通常不会使用变频器而是软启动器。由于电动机功率较大，电机起动时需要考虑如何降低起动电流，减少对电网的冲击，以及如何降低起动转矩以减少机械冲击；电机停止时需要考虑如何使其转速线性减小，消除液压泵的水锤效应。

传统的拖动液压泵交流电动机的起动方法星——三角起动、一次侧串电阻起动及自耦变压器起动等，如下表所示，这些起动方式不能消除水锤效应，而且串电阻和自耦变压器等起动方式占地面积大，能耗大。采用软启动器的优势显而易见。

软启动器与传动起动方法的性能比较

性能参数全压起动星——一次侧串电自耦变压器软启动器起三角起动阻起动起动动起动电流额定电流的额定电流的额定电流的额定电流的额定电流的5~8倍1.8~2.6倍4.5倍1.7~4倍3~4倍起动转矩额定转矩的额定转矩的额定转矩的额定转矩的额定转矩的0.5~1.5倍0.5倍0.5~0.75倍0.4~0.85倍0.2~0.4倍起动电流起动转矩的调整性不可调整不可调整不可调整不可调整可调整防城港热镀锌机组出口液压系统由液压泵站及液压阀台组成。液压泵站布置在出口段的传动侧的车间地坪上，液压阀台就近布置在它所控制的设备附近。该机组出口液压系统主供给泵参数为：排量180ml/r，工作转速 1500rpm，工作流量270L/min。工作压力14Mpa。主泵电机参数为：额定电压380V，额定功率90KW，额定转速1440rpm，额定电流164A，功率因数0.88。共7台主供给泵，其中6台工作1台备用。每台泵出口供油回路上设置高压过滤器，过滤器带污染

堵塞发讯器及可目视的报警装置。

52│PROCESS MANUFACTURING│流程制造

图1 电气原理图（主副回路）

电气系统配置：快速熔断器采用gG型全范围分断保护（过载+短路）熔断器，熔断体额定电流250A，软起动器选用长沙奥托QB52-90即90KW软起动器，配置主回路接触器及旁路接触器，型号为施耐德LC1-D170。

图2为远程I/O接口图，实现PLC与软起动器之间信号通讯。D010Q4为带辅助触点的刀熔开关，手动合上-D010Q4及控制电源微型断路器-E010Q1，软起动器11及12号端子为外接控制电源（AC220V），软起动器开始起动自检程序，若无故障，准备好继电器-E010K6吸合，并将准备好信号通过远程I/O送至上位机PLC程序，PLC接收到无故障和准备好信号后可发出起动命令，通过中间继电器-N010K3控制主回路接触器-E010K6动作，经时间继电器-E010T7延时3秒起动软起动器，由设定的起动方式和起动时间达到额定电压输出旁路信号。

3.2 软起动器调试及参数设置

奥托系列软起动器需要配置旁路接触器，软起动器在起动完成后输出旁路信号，此时晶闸管处于全导通情况，系统进入恒速运行状态。主回路切换至旁路接触器运行，延时60s关闭可控硅，这样软起动器不再承担负载电流，也不会因负载电流产生功率损耗而引起温升。即当起动结束达到全电压后，将主回路切换至与晶闸管并联的旁路接触器上。这样会有两个好处：

图2 电气原理图（远程I/O接口）

（1）减少晶闸管的运行时间，提高晶闸管使用寿命，从而降低维护成本。

电气原理图如图1所示：图1为主回路和控制回路图；

（2）降低晶闸管导通时的热损耗，有利于设备散热并可有效降低设备功耗。

奥托软起动器具有多种起动方式可供选择，斜坡起动、恒流起动、恒压起动、突跳起动。并具有三相电源缺相保护、失压保护、可控硅短路保护、过热保护、电机起动与运行过载保护、电机缺相保护、起动超时保护。具有自由停车与软停车两种停车方式，软停车时间可设定。在线监测功能，具有起动、运行、故障状态及运行中电压与电流的显示。

设置控制方式：端子控制； 工作模式：斜坡模式；起动时间：30s 突跳时间：0s软停时间：30s 起始电压：200V欠压值：240V 起动过流系数：4额定电流：164A 运行过流系数：1

图3 斜坡起动电压输出特性

起始电压US 为初始阶段软起动对电机所加电压。在起动过程中，电机的输出力矩随电压增加。当软起动器的输出电压较小时，电机力矩小于负载的静摩擦力矩，不能使负载转动。随着输出电压的不断增大，电机力矩克服了负载的静摩擦力矩和惯量，使负载开始转动。

软停时间Tt，停车时，软起动器立即开通三相可控硅，然后断开旁路接触器，Tt指在停车时输出电压从380V下降到0V所需要的时间。

斜坡模式：电压斜坡控制由二个基本参数起始电压US和起动时间TS组成，当电机起动时软起动器开始输出起始电压US，此后电压沿一给定斜率，经过给定的起动时间TS，根据负载大小，自动调节起动过程，到达额定电压。

《智慧工厂》Smart Factory

August 2019│533.3 软驱动器调试中注意事项

（1）不要频繁起停软起动器.起动次数要控制在每小时不超过6次，否则导致可控硅过热，引起软起动器过热保护动作。

（2）起动操作顺序应遵行先主电源后控制电源，否则软起动器会报缺相故障。

（3）PLC远程控制起停时，需逐台依次起动，一台起动完成运行后才可起动下一台，不可多台同时起动，否则，对上级配电回路产生较大的冲击导致过流跳闸。

（4）在安装柜内主回路时，需确保软起动器与旁路接触器相序一致。否则将会导致短路而损坏软起动器。

（5）起动主泵电机时，应先起动循环泵并打开卸荷阀，起动完成后关闭卸荷阀。停止时先停主泵电机再停循环泵电机。

4 结束语

软起动器在液压系统中的应用，能够有效的降低起动电流，极大地减少了电机起动转矩对负载的冲击，具有传统控

制方式无法比拟的优点。同时安装及维护方便、结构简单、可靠性强，较高的性价比满足了生产机械的控制要求。可推广应用到其他相关行业的电动机控制系统中。

参考文献

[1] 钢铁企业电力设计手册.冶金工业出版社.

[2] 工业与民用供配电设计手册.第四版.中国电力出版社.[3] 电气传动自动化技术手册.第三版.机械工业出版社.[4]

王兆安 刘进军 电力电子技术.第五版.机械工业出版社.

作者简介

薛加敏（1976-）女 工学学士 工程师 研究方向：电气传动及其自动化工程