3､电流限幅起动控制方式 电压斜坡起动控制方式是开环控制，因此斜坡上升率 不能随系统的变化自动调节，往往电流会超出所希望的 值，由此发展了电流限幅控制方式。 电流限幅起动控制方式是一种闭环控制方式。起动过 程中，需要不断地采样和调整电机电流，使之具有图5 的电流曲线。这种控制方式特别适合恒转矩负载，限幅 值2.5IN~5IN。在电网容量受限时时电机以最小的起动电 流快速起动。
大范围变化，特别是起动过程中电动机参数的变化和不 确定性，传统的PID调节器，难以达到理想的控制效果， 易产生震荡。而起动过程中电动机的电流与晶闸管调压 电路的控制很难得出精确的数学模型，同时，电动机本 身又是一个高阶､非线性､强耦合的被控对象，因此实现 准确地转矩控制很困难。不依赖被控对象的精确数学模 型用模糊控制进行控制，适合电动机软起动控制。
（e）这种方案在同等容量下，晶闸管承受的电流小，承受的电 压高，需引出六个端子。
另外，还由其他的电路拓扑结构方案，由于有这样或那样的缺 点，最常用的是(a)､(b)方案。
2020/6/10
1
2
2､高压软起动器电路拓扑方案（6000v以上）
L1
T1
T1n
D
T4
T4n
M
L2
T3
T3n
T6
T6n
L3
T5
软起动器的基本原理与应用
希望森兰科技股份有限公司
2020/6/10
软起动器的基本原理与应用
一､慨述 交流异步电动机应用非常广泛，有许多不调速的场合， 仅需要对电机进行起动，由于起动电流过大，会对电网和 其他用电设备造成冲击，受电网容量的限制和保护其他用 电设备正常工作，应对电机的起动过程加以控制。 传统的起动方式： 低压电机：串电阻起动，自耦减压起动，星三角起动， 绕线式电机转子串电阻起动等。 高压电机：串电抗器起动，绕线式电机转子串水阻起 动器起动 2020/6/10 ，频敏变阻起动等。
机的转矩是脉动的，起动过程中特别在低频时振动和发热 比较严重。
8､转速闭环控制 转速控制方式实际上是转速—电流双闭环控制，这种 控制方式同转矩控制方式有类似之处，均须控制转矩。电 动机2的020/6转/10 矩还与转速有关，转速闭环后，
转矩控制方式控制电机的转矩，目的是为了获得稳定的转矩； 而转速闭环控制方式控制电机的转速，目的是使负载按给 定的转速曲线起停。
T3 T6
T5 T2
L1
M L2
L3
(a)
L1
M L2
(C)
L3 M
L1
L2
T1 T4
T3 T6
T5 T2
T1 T4
T3 T6
T1 T4
M
(b)
M
(d)
M
L3
(f)
(e) 图2 软起动器电路拓扑方案
2
3
Title
Size
Number
A4
D a te :
1 7 -D e c -2 0 0
File:
D :\D e s ign
2020/6/10
Ie 电流突跳
4､电流斜坡起
电流限幅
Ia
动控制方式
Ib
电流斜坡
如图5所示，初
始电流为使电机起 Io
动所需的最小电流 0 tk t I
t
这种控制方式使电
t
机电流按照设定的
图5 电流限幅/电流斜坡方式曲线图
曲线逐步上升，直达到设定的最大电流值，然后保持到起
动完成。电流斜坡起动控制方式同样可设置为多段，也可
5､转矩控制方式 由于大型感应电机在起动过程后期，功率因数变化很 快，转子转速常常超过同步转速，经过一个衰减震荡过程 才能达到稳态运行点，电机负载力矩越小和转动惯量越小 就越容易发生震荡，这种现象叫“超标”。对于采用电流 闭环2的020/6软/10 起动器，PI调节器的输出跟随电流的下降，反而
输出更大，控制触发角迅速推至全压，使得电动机输出转
利用双向（两只单向反并联）晶闸管的相控交流调压原理，通 过改变相控角来改变加在电机定子上电压的均方根值。晶闸管过载 能力强，价格便宜。
三､软起动器电路拓扑结构方案 1､低压软起动器（1100V以下）电路拓扑结构方案 如图2有多种结构方案，(a)､(b)方案对称性好谐波比较少。 （c）方案由晶闸管和二极管反并联构成，软启动器起动时，二 极管导通角为180度，晶闸管导通角由小变大，逐渐增加，波形严 重不对称，谐波较大，且电流中既有交流分量又有直流分量，叠加 后的数值很大，引起电动机和输电线路发热。 （d）、（f）方案只有两相（一相）有晶闸管，另一（二）相为 直通，对称性较差。 （c）、 2020/6/10 （d）、（f）使用元件相对较少。
电机的传统起动方式缺点是明显的，即起动电流和机 械冲击较大，起动器体积过大。随着电力电子技术，微机 技术和现代控制技术的发展，电机软起动技术出现且成熟。
二 ､软起动器基本原理
R1
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ由图1交流异步电动机
I1
U1
等值电路图，在忽略激磁
X1 -E 1 X2
•
I 2
I0 Xm
Er
R2 S
电流I0的条件下，有
基于上述方程的控制方框图如图6所示。通过实时检
测三2相020/6电/10 流､功率因数结合实际SCR触发角计算出电机的
实际转矩作为反馈再通过PID调节器输出电压实现转矩 的闭环控制，如图6所示：
To r q ue
PID
SCRS M O T
实际转矩
I m 三相s电流
功率因数
PF
La,Lb,L
图6 转矩控制方式原理图
是一种开环控制方式，是 Ua Ub
软起动器最早起动方式。
它C 的电压按预先设定好的
Uo
曲线变化，其斜率由斜坡
上升的时间t决定。另外， 0 tk t I
t
当起动之初电压低于一定
t
值B 时2（020/6一/10 般为120v左右）
图4 电压斜坡/电压突跳方式曲线
电机转矩小于负载转矩，电机不能运转，反而使电机发 热，因此电压斜坡式起动控制方式的电压不是从0开始 上升，而是有一初始电压U0。这个电压通常要根据负载 特性设定成能使电机起动所需的最小电压。也可设置为 按两段斜率起动。
下式是一种带多个加权因子的软起动器模糊控制规则， 如（5）式： 2020/6/10
0E(10)Ec,E0
Uc
1E(11)Ec,E1,2,3 2E(12)Ec,E4,5,6
（5）
3E(13)Ec,E7,8,9
这里，需要选择合适的电流偏差范围，如将3A的
电流偏差E经比例因子K1变换到[-9,+9]论域中， 并选取7个模糊子集，即{负大，负中，负小．零，
正小，正中，正大}，将8A的电流偏差变化率Ec 经量化因子K2变换到[-4，4]的论域中，并选取5 个模糊子集，即{负大，负小，零，正小，正大}。
通过调整加权因子 的取值，可以改变偏差和偏 2020/6/10
差变化率对输出控制量的权重。要适应系统状态的变
化，加权因子 应设置多个，根据系统状态不同
的变化，选取不同的加权因子。 模糊控制相对与其他方式来说，能够实现系统
2020/6/10
电动机转子发热也要消耗一定的能量，节能有限。 五､软起动器应用 软起动器是一种电动机起动的新概念产品，完全取代
星—三角起动 ､自耦减压起动等传统的起动器，广泛应用 于各工业领域。市面上软起动器种类繁多，一般都具有电 压斜坡式起动控制方式､电压突跳式起动控制方式､电流限 幅起动控制方式和软停车方式。实际场合使用最多的是电 流限幅起动控制方式和软停车方式。电流限幅值可在 （2~5）IN之间任意调节。停车方式可设定为软停车或惯 性停车，软停车的时间也可根据负载情况设定。
加突跳电流。 T it l e
这2020种/6/10控制方式是电流限幅起动方式控制方式的扩SiAz4e 展Num，ber
Date :
20-Dec-2005
Fi l e:
D:\ Desi gn E xpl orer 9 9
特别适于具有平方转矩特性的风机､泵类负载，起动时所 需要的转矩很小，随着转速的上升，所需转矩近似成平方 关系增加。因此，起动初始宜加小的起动电流，随着转速 的上升，起动电流也随之上升，这样有利于负载的平稳起 动，电机发热较少。
B
10Hz时一 相电压波 形图
T(ms
2020/6/10
10m s20m s30m s40m s50m s60m s70m s80m s90m s100m s
阴影为晶闸管导通，红线为25Hz，蓝线为10Hz波形图。 起动过程中，控制晶闸管时电机定子端电压按
预设的分频级数上升，如50/13 50/7 50/4 50/2 50/2 50Hz。停车按相反的顺序进行。 由于分级变频起动电压､电流､频率不连续，因而电动
式中，如不考虑温度的影响，电机的定､转子电阻和 定子电抗为常数，转子的电抗随转速改变，无法进行控 制，但电子电流与端电压成正比，控制端电压可控制定 子电流。
2020/6/10
（1）星-三角起动器
L1
L1
L2
L3
DZ5
N
KM8
53
KM9
54
ZJ12 55
KM8
KM1 0
SA
KM8
ZJ 13
SB
JR
SJ 1
这种控制方式适合矿山皮带运输机，不可控的起动与 停止过程，将产生很大的加速度和冲击，造成物料滑落， 损坏设备和传送带。
9､软停车方式 10､直流制动 T1､T2正半周导通，负半周截止。 11､节能运行 电动机调压节能，谐波增加使功率因数､输出转矩降低 功耗：3W/A；允许起动次数：每小时不超过20次。