软起动原理与维修

   作者 王工


施耐德ats48系列软启动器

   软起动是工控维修中常见设备，探讨的人很少，论坛上也有出现过一些关于软起动的文章，个人以为，商业目的的多，技术探讨的少。软起动算是早期大功率电机启停的过度产品，作用是负责让电机转起来，介于星三角和水阻启动之间，当年变频器都比较贵，国产货还没崛起。软起动不能调速，启动正常了，立即切换到旁路接触器，不调频也不节电，最多起到保护电机的作用。
   但软起动价格并不便宜，洋品牌动辄几万一台，值这个价吗？这东西在工控当中究竟处于什么地位？有没有技术含量呢？
回答是，技术肯定是有的，性价比是真的不高。技术含量不高，但这东西的成本却真的很难降下来。软起动要调幅控制，必须采用双向可控硅，加上电源电路，主控板，显示接口，等等，这样算下来硬件成本其实并不低。其中可控硅最值钱，有厂商就在这上面节约成本。市场上最便宜的软起动，三个可控硅改用两个，中间一相用一条铝排穿过去就行。
   软起动虽然功能有限，启动电流还大，工作也是工频状态，无法能调速节能，市场上还有那么多用户在用。就没有优点？！倒也不是，这东西方便大规模集中控制，顺序启动，且稳定性比变频器还高，在一些不需要调速的场合，优势明显。大品牌如美国AB罗克韦尔，瑞典ABB，法国施耐德，德国万高，伊顿.金钟默勒……不管是控制电路还是软件功能，都下了功夫去研究过软起动器，功能分：电压线性启动，恒转矩启动。那么，作为干工控维修的，我们应该怎样的认识软起动呢？

    Abb软启动器

   1.从原理说起
我们都知道，不管电源是220v,380v,还是690v,每秒钟的交变都是以50hz为基准，50hz我们把它叫做工频，软启动调制输出的，也是同频同相的工频电源。在这里重点说明的是：软起动的电压幅度调制，靠晶闸管正/负半桥，错位180度时间周期导通完成的！
这个导通时间周期，有什么依据？答案是：采样进线电压的同步信号！
   不管是模拟的也好，数字的也好，都必须从进线则通过电阻降压采样，得到一个弦波信号，我们称为同步信号。这个同步信号的作用就是：保证控制板输出的驱动信号同频同相，正半周可控硅上桥触发，负半周下桥导通。就这样，经过转化的u\v\w三相相位不产生变化（其实0度的时候有轻微的失真），电压产生变化，把输出电压逐渐提升到额定值。
   所以，软起动最基本的原理，就是将电压进行调幅的过程。比如，用户手册上讲的，30%电压线性启动，就是大约以100多伏的电压开始起动电机，而不是从0v开始（实际上很难）。
   实际应用中，软起动是采取怎样的技术，在频率不变，逐渐调整电压幅值的呢。两个方法：第一种是，控制驱动脉冲的脉宽，由窄逐渐加宽，当输出电压和输入电压相等的时候，驱动脉冲和弦波宽度一致。例子如施耐德ats48就是这种类型，国产的大多都是这种类型。第二种就是和变频器一样，在脉宽波中加入载波，控制载波频率的宽窄，来控制电压的变化。这种控制方法极其细腻的控制了驱动脉宽的变化，称为数字式软起动器，多见于高档品牌软起动器，启动平衡度非常好，使电压，电流，功率更加线性精确。

     2.电路结构
   软起动都是采用可控硅调制输出。注意的是：可控硅是电流触发型，变频器是电压触发型，两者电路是有差别的！电压触发型电路复杂，电流触发型电路简单。电流触发型：电压很低但电流较大，可达70-250毫安，只要驱动变压器的频宽和容量够，次级加个二极管，就可以构成电流型触发电路，可控硅便可顺利的导通和关断。
   这是硬件结构，肉眼可见的。但这种电流驱动电路，维修时无法用指针万用表直接触发，监视驱动脉冲判断驱动电路的好坏。

   3.维修要点
   作为工控硬件维修从业人员，也不要轻视软启动器，认为技术相对过于简单，这样想就错了，特别时一些数字型的软起动器。像ab，abb，weg这些品牌，控制电路就非常复杂，本身价值并不便宜。软起动市场上应用单位很广泛，像船机，水厂，矿业这些单位，就有大把的软起动器在使用。
   维修软起动这东西，好处是，风险可控，不容易炸模块。理论上不管什么品牌，原理都一样。电路结构可能不一样，记住进线取样，输出取样，温度取样，可控硅控制，这些都是必须具备电路。而且损坏最多的也就是这些电路和配件。至于小信号控制电路，坏的几率很少。开关电源部分坏的较多，但会修工控的从业人员，应该都可以玩转开关电源的。我自己的维修经验看，进口品牌，开关电源也很少坏，但进口品牌喜欢采用陶瓷贴片电容，那东西倒是容易短路。软启动维修中出现最多的问题就是：可控硅坏，电源坏，输入缺相，输出缺相这几类故障偏多。
多看说明书，试着用原理反推故障出现的可能，可以节省大把的维修时间。例如：输出缺相，注意是不是没带电机（或者电机太小），软起动的主要检测是电流，电机太小达不到下限电流阈值，系统有可能判断为输出缺相（比如施耐德ats48）,真的缺相了，那也不要总盯着输出检测电路，输入同步信号没有？没有，肯定也报警。可控硅是易损件，但可控硅的损坏，不一定就是硅的质量问题。我说过，软起动需要建立在同步信号的基础上，有的使用现场，进线电源波形失真非常严重，导致同步信号失真，就会造成可控硅驱动信号错相损坏。

     AB罗克韦尔软启动器

   4.配件标准
   维修软起动的配件标准，比维修别的大功率设备要求低。软起动最贵重的元件是可控硅，可控硅的三大指标就是：容量，耐压，触发值
   容量：软起动的启动电流一般会达到5-8倍额定电流，所以对可控硅的容量冗余要求比较大。我的经验是，真正进口硅，6倍容量。国产硅，至少8倍冗余。
   耐压值：这个很多工程人员会忽视，但耐压值是可控硅一个关键的指标，特别是高电压使用场合，耐压值最低不能低于2.5倍耐压值，比如额定380v,低于800v的耐压很容易击穿。很多市场上的硅体，标称2500v，实测2000v不到。我自己购买配件时，会先和卖家沟通好，丑话说在前边，低于我的要求，一律退货，大不了出点运费。
   触发值：其实只要硅体是好的，大抵都能触发。我要说的是，触发值的一致性，工控器件又不是什么管控器件，市场上大把，主要是性能。选购材料也是硬件维修工程师的基本功，不带个人成见，进口件和国产件的品质高低，除了过流值耐压值这些硬指标，最头疼的就是触发一致性。经销商嘛，都称自己的货是原装进口，但只要在触发值上一比较，就原型毕露了。进口件的偏差值很小，一致性有保证。
大家可以这样推理，同样设计的电路，如果有的驱动电流过大，有的过小，是否会存在隐患呢。

   作者抛砖引玉讲解实例：
   1、施耐德软起动讲解视频：https://www.bilibili.com/video/BV1YM41177fD/

硅同样是圆饼，ab的不同点在于两点：1.启动端子是220v的，电容减压驱动交流光耦隔离启动。2，旁路接触器是瘦身的单相接触器，价格不低。至于通信，面板接口硬件不复杂，网络要支持他的协议，专门的手册上说得很清楚

数字式的看单价就明白啦（笑），至于载波，只要式数字型的，从起始到结束都会一直存在，数字式的再实际使用场景中就是，启动电流更平缓一些，对重载启动感知明显，对电网的冲击小一些（当然，电压同步调幅的硬指标，决定了它没法让启动电流不大）。