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三种电机软启动方式

2015-08-21 15:52阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/3851028228

摘要：文中提出了三种直流马达软启动方案：负温度系数热敏电阻软启动、继电器延时软启动、MOSFET线性放大软启动，并分析了各方案的原理和特性，给出了实验结果。原理分析和实验结果表明三种方案都可以有效抑制马达的启动电流，能实现直流马达的软启动。通过对比，给出了三种方案各自的应用场合。
关键词：软启动；直流马达；NTC(Negative Temperature Coefficient)；继电器；MOSFET
1、概述
直流马达的工作等效电路如图1所示。稳态运行时，电枢回路方程为：

三种电机软启动方式
式中，U为直流马达供电电源电压；E为马达绕组上的反电动势；IR为绕组上的压降。起动瞬间，n=0，E=0，而R 很小，因此

三种电机软启动方式
式中，Ist为启动电流，将达到很大数值，通常为额定电枢电流的十几倍甚至更大，造成电网电压突然降低，影响电网。供电直流电源的规格要更大，以满足瞬间大电流冲击，同时也使马达本身遭受很大的电磁力冲击，严重时会损坏马达。因此，适当限制马达的启动电流是必要的。针对此问题，本研究提出了三种马达软启动方案：NTC(Negative Temperature Coefi—cient)热敏电阻软启动
电路、MOSFET线性放大软启动电路、继电器延时软启动电路。三种方案的原理：启
动瞬间，降低马达两端的启动电压，以较小的电流启动马达，使电机电流逐步上升到额定值，从而限制启动瞬问的大电流冲击。

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2、三种软启动电路结构及原理
2．1 NTC软启动电路
NTC thermistor是负温度系数热敏电阻，其电阻值随着温度的升高而降低，可有效抑制瞬间大电流冲击。由其组成的直流马达软启动电路如图2所示。把合适功率、阻值与温度系数的NTC串人马达的供电回路。当马达启动时，由于NTC热敏电阻以一定的阻值串人马达的供电回路，可以有效地把启动电流限制在规定范围之内。随着大电流的流过，NTC热敏电阻逐渐发热，阻值减小。当马达顺利起动后，NTC发热后，阻值很小，电能损耗较小。
2．2 继电器(Relay)延时软启动电路
在电机的供电回路中串接一个电阻以限制启动电流，当电机稳定启动后，再把串接的电阻短路。上述过程可通过继电器来实现，如图3所示。上电时，电容从零开始充电，三极管截止，限流电阻串接在电机的供电回路中，当电容电压上升到使稳压管导通时，三极管开始工作，继电器吸合，使得电机全电压工作。继电器的延时时间由电机的启动时间决定，由串联的电阻和电容调整。
2．3 MOSFET线性放大软启动
该方案的电路如图4所示。由图可知，上电后电容从零开始充电，因此MOSFET栅极与源极之间的电压也从0开始升高，MOSFET漏极、源极阻抗也是逐渐降低(MOS的线性放大区)，这样就可以使电机线圈中的电流逐渐增大，当MOSFET栅极与源极之间的电压增大到使MOSFET基本导通时，电机正常运行。

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3、实验分析
为了验证效果，分别对三种软启动电路在实际马达中进行了实验。马达回路串接NTC热敏电阻和不接NTC热敏电阻在同一负载(测试时电机的扭矩为63 kg·cm)下进行了实验，图5、图6分别为不接NTC、接NTC时马达绕组的冲击电流波形。从图中可以看出，启动瞬间，加了软启动电路的电流仅为未加软启动电路的1／4，可以有效抑制启动电流。这个电路的特点是简单、价廉，但当马达频繁起动时，限流效果较差，因为此时NTC温度较高，阻值较小，达不到很好的限流效果，所以频繁启动的马达不宜采用此软启动电路。

图7、图8是继电器延时软启动电路的实验波形。测试时电机的负载扭矩为16 kg·cm，图7、8分别为不加软启动、加软启动时马达绕组的启动电流波形。从两图对比可知，加软启动后，马达仍存在一定的电流冲击，但已有很好的抑制效果。由于在启动瞬间，马达绕组中串入了大功率电阻，体积较大，这种电路通用性较强。
图9、10为MOSFET线性放大软启动电路实验波形，测试时电机的负载扭矩为63 kg·cm。它们分别为不加软启动、加软启动时马达绕组的电流波形。从图可知，不加软启动时，电流冲击为30 A左右，加软启动电路后，启动电流为8 A左右，很好地抑制了启动冲击电流，保护了马达和供电电源。但由于加入了MOSFET，马达工作中，始终会有电流流过MOS—FET，因此MOSFET易发热，实际应用中需要安装散热器，此电路主要应用在中小功率马达中。

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4、结论

直流马达直接启动的冲击电流对马达寿命及性能有较大影响，基于此，文中提出了三种软启动方案，分析了各电路特点，给出了主要应用场合。实验证明，三种软启动电路都可有效降低马达启动的冲击电流，有效保护了电源装置和马达本体。这些软启动方案，为实际马达应用系统提供了有益的借鉴。
摘自http://www.21dianyuan.com/bbs/bbshome/topic.php?action=show_topic_tree&topic_id=209045

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