一、引言

在現代工業自動化領域中，電機啟動的平滑性和控制性對保護電機和整個電力系統至關重要。傳統的直接啟動方式往往會產生巨大的沖擊電流和沖擊轉矩，對電機和電網造成不良影響。

二、軟啟動器概述

軟啟動器（Soft Starter）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置。它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯晶閘管及其電子控制電路。通過控制晶閘管的導通角，軟啟動器能夠平滑地調整電機的輸入電壓，實現電機的平滑啟動、停止以及運行過程中的電流和轉矩控制。

三、軟啟動器工作原理

1. 晶閘管調壓原理

軟啟動器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路類似于三相全控橋式整流電路。當電機啟動時，通過控制晶閘管的導通角，可以逐漸提高電機的輸入電壓，使電機逐漸加速至額定轉速。在此過程中，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機的啟動電流和啟動轉矩也相應增加，但整個過程是平滑可控的。

電機軟啟動器的主接線圖

電機軟啟動器的主接線方法：
1、在線型：
所有軟啟動器的控制器都有電動機過載保護，當軟啟動器在線運行時軟啟動器的控制器能對電機進行過載保護，不要加裝熱過載繼電器。由于經過可控硅后的電流諧波電流非常大，所以不能加裝電子式熱過載繼電器，否則熱繼的誤動作使系統不能正常工作。由于可控硅比較昂貴而且更換困難，為了保護可控硅要用快速熔斷器防止軟啟動器下口發生短路燒毀可控硅，圖4A是指在經常使用的場所，軟起動器的上口不加接觸器，圖4B是指不經常使用的場所，在停車后將軟啟動器的電源斷開。
2、旁路型：
旁路運行軟啟動器，離開旁路接觸器是無法運行的，所以在兩種主接線方案里都有。對于軟啟動器上口的接觸器的作用和在線運行方式下作用相同在此不再重復。著重說明的是熱繼電器，把它安方在旁路接觸器的下口，不通過起動電流最好，尤其是電子熱繼電器，由于經過軟啟動器后電流諧波很大能干擾電子熱繼電器誤動作而使電機停車。另外因為可控硅的短時工作沒必要安裝快速熔斷器，所以在主結線方案里沒有加裝快速熔斷器。
3、內置旁路型：
它的主接線和在線型的大致相同，唯一的優點是因為可控硅的短時工作沒必要安裝快速熔斷器。 電動機的過載保護是有軟啟動器的控制器實現的，它不僅在功能和性能上超過電子熱繼電器，而且不會因主回路的諧波電流及外界的干擾而誤動作。

軟啟動器的組成結構

1. 主電路

軟啟動器的主電路主要由電力電子器件、濾波器、旁路接觸器等組成。電力電子器件用于實現對電動機輸入電壓和電流的控制；濾波器用于濾除電力電子器件產生的高次諧波；旁路接觸器用于在電動機啟動完成后，將電動機切換到旁路運行。

2. 控制電路

軟啟動器的控制電路主要由微處理器、傳感器、執行器等組成。微處理器用于實現對軟啟動器的控制和保護；傳感器用于檢測電動機的運行狀態和參數；執行器用于實現對電力電子器件的控制。

3. 顯示和操作界面

軟啟動器的顯示和操作界面主要由LCD顯示屏、按鍵、指示燈等組成。LCD顯示屏用于顯示軟啟動器的運行狀態和參數；按鍵用于實現對軟啟動器的設置和操作；指示燈用于顯示軟啟動器的工作狀態。

軟啟動器的啟動方式

軟啟動器的啟動方式主要有以下幾種：

（1）電壓斜坡啟動：通過逐漸增加電動機的輸入電壓，使電動機的啟動電流逐漸增加，實現平滑啟動。

（2）電流斜坡啟動：通過控制電動機的輸入電流，使其在啟動過程中逐漸增加，實現平滑啟動。

（3）轉矩控制啟動：通過控制電動機的轉矩，使其在啟動過程中逐漸增加，實現平滑啟動。

（4）電流限制啟動：通過限制電動機的啟動電流，使其在啟動過程中不超過設定值，實現平滑啟動。

2. 電壓和電流控制

軟啟動器通過控制晶閘管的導通角來實現電壓和電流的調整。具體來說，當電機啟動時，軟啟動器會首先檢測電機的額定電流和額定電壓，并根據預設的啟動參數（如啟動時間、啟動電流等）來計算晶閘管的導通角。然后，通過電子控制電路調整晶閘管的導通角，使電機的輸入電壓逐漸上升。在電機加速過程中，軟啟動器會根據電機的實際電流和轉速反饋信號來實時調整晶閘管的導通角，確保電機在設定的啟動時間內平滑地加速至額定轉速。

3. 啟動過程分析

軟啟動器的啟動過程可以分為以下幾個階段：

（1）初始階段：當電機啟動時，軟啟動器會首先檢測電機的額定電流和額定電壓，并根據預設的啟動參數來計算晶閘管的初始導通角。然后，通過控制晶閘管的導通角，使電機的輸入電壓從零逐漸上升。在這個過程中，電機的啟動電流和啟動轉矩逐漸增加，但整個過程是平滑可控的。

（2）加速階段：當電機的輸入電壓達到一定的值時，電機開始加速。此時，軟啟動器會根據電機的實際電流和轉速反饋信號來實時調整晶閘管的導通角，確保電機在設定的啟動時間內平滑地加速至額定轉速。在這個過程中，電機的啟動電流和啟動轉矩會逐漸減小至穩定值。

（3）穩定運行階段：當電機達到額定轉速后，軟啟動器會自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓。此時，電機將運行在額定電壓和額定電流下，實現穩定運行。

（4）軟停車階段：當需要停止電機時，軟啟動器會先通過逐漸降低晶閘管的導通角來降低電機的輸入電壓，使電機逐漸減速。當電機轉速降至一定值時，軟啟動器會完全斷開電源，實現電機的平滑停車。這種軟停車方式可以避免自由停車引起的轉矩沖擊和機械損壞。

軟啟動器的主要功能

1. 軟啟動功能

軟啟動器可以實現電動機的平滑啟動，減少啟動時的電流沖擊，降低對電網和電動機的影響。

2. 啟動過程控制功能

軟啟動器可以根據電動機的啟動特性，實現對啟動過程中的電壓、電流和轉矩的控制，提高電動機的啟動性能。

3. 保護功能

軟啟動器具有過載保護、短路保護、過熱保護等多種保護功能，可以有效地保護電動機和電網的安全運行。

4. 節能功能

軟啟動器可以減少電動機啟動時的能量損耗，提高電動機的運行效率，實現節能降耗。

5. 通信功能

軟啟動器具有多種通信接口，可以與上位機、PLC等設備進行通信，實現遠程監控和控制。

四、軟啟動器的優勢

相比傳統的直接啟動方式，軟啟動器具有以下優勢：

1. 平滑啟動：軟啟動器可以實現電機的平滑啟動，降低啟動過程中的沖擊電流和沖擊轉矩，保護電機和電網免受損害。
2. 可調節性：軟啟動器可以根據需要調節啟動電流和啟動時間等參數，以滿足不同電機的啟動需求。
3. 軟停車功能：軟啟動器提供軟停車功能，可以避免自由停車引起的轉矩沖擊和機械損壞。
4. 多種保護功能：軟啟動器具有過載保護、過熱保護、欠壓保護等多種保護功能，確保電機的安全運行。

軟啟動器的應用領域

1. 工業領域

軟啟動器廣泛應用于工業領域的各種電動機啟動和控制，如水泵、風機、輸送帶、壓縮機等。

2. 建筑領域

軟啟動器在建筑領域的應用主要包括空調系統、電梯系統、供水系統等。

3. 電力領域

軟啟動器在電力領域的應用主要包括發電機、變壓器、電動機等設備的啟動和控制。

4. 礦業領域

軟啟動器在礦業領域的應用主要包括礦井提升機、排水泵、通風機等設備的啟動和控制。

5. 水處理領域

軟啟動器在水處理領域的應用主要包括水泵、攪拌器、過濾器等設備的啟動和控制。

軟啟動器的發展趨勢

1. 高性能化

隨著電力電子技術的發展，軟啟動器的性能不斷提高，如啟動時間更短、啟動電流更小、控制精度更高等。

2. 智能化

軟啟動器的智能化主要體現在控制算法、故障診斷、遠程監控等方面，可以提高軟啟動器的運行效率和可靠性。

五、結論

軟啟動器作為一種先進的電機控制裝置，在工業自動化領域具有廣泛的應用前景。通過控制晶閘管的導通角來實現電機的平滑啟動、停止以及運行過程中的電流和轉矩控制，軟啟動器能夠有效地降低電機的啟動沖擊和機械損壞風險，提高電機的使用壽命和運行效率。同時，軟啟動器還具有可調節性和多種保護功能等優勢，能夠滿足不同電機的啟動需求并確保電機的安全運行。