1.接觸器—熔斷器電路

    由軟起動器組成的控制電動機起動的裝置，除去主要電器設(shè)備—軟起動器外，為了實現(xiàn)與電網(wǎng)、電機之間的電聯(lián)接可靠工作，仍需施加起保護協(xié)調(diào)與控制作用的低壓電器如刀開關(guān)、熔斷器、刀熔開關(guān)、斷路器、熱繼電器、快速熔斷器等，實現(xiàn)功能不同，線路配置不同，下面分別敘述。

    在軟起動電路中值得推薦的是接觸器—熔斷器組；即所謂F-C電路。即使不使用軟起動的平滑起動，而用硬起動，F(xiàn)-C電路也是一很好方案。

    需要說明的是天傳電子公司軟起動無須加裝快速熔斷器，本產(chǎn)品的電子保護已經(jīng)保證可靠運行。但主接觸仍要接入，否則電機側(cè)仍帶電。這是由于旁路接觸器旁路軟起動，使電機帶電。只有在軟起動器的上側(cè)接一只接觸器，當(dāng)其斷開后，電動機不再帶電。

    2.斷路器—接觸器電路

    這一種接線方式是目前多數(shù)軟起動用戶采用的首選方案，下面是一拖一斷路器一接觸器電器原理圖。其中斷路器即可采用帶熱磁扣器的塑殼開關(guān)，也可采用單有電磁脫扣的塑殼斷路器。

    3.通過軟起動器實現(xiàn)對電動機制動的控制

    通過軟起動器實現(xiàn)電動機從零到預(yù)定轉(zhuǎn)速的起動過程，還可通過軟起動器實現(xiàn)電動機從額定轉(zhuǎn)速到零速的制動。這種制動主電路圖見圖4-3

    在圖4-3中的a)圖是用一只制動接觸器完成電動機制動工作，圖b)是用二只制動接觸器完成電動機制動工作。下面分別敘述它們的工作原理。

    (1)．通過軟起動器實現(xiàn)電動機制動基本原理

    通過軟起動器實現(xiàn)電動機制動實質(zhì)是對電動機實現(xiàn)DC制動，DC制動屬于動能制動，它是將電機首先脫離交流電源的供電，然后將定子繞組切換到一直流電源，就可實現(xiàn)動能制動（見圖4-4）。

    由圖4-4看出，將直流電能接入電動機定子繞組后，它也會在電動機中產(chǎn)生—磁場，它的基波值也會產(chǎn)生按正弦分布的磁通密度，這時電動機轉(zhuǎn)子仍然在旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)著的轉(zhuǎn)子中就感應(yīng)到這種交流電流，但是這一交流電流產(chǎn)生的磁場相對定子而言是靜止的，它不會對電動起加速作用，反而由于這一交流電流的不旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流的相互作用對電動機產(chǎn)生—減速作用力，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，達到電機制動目的。上述作用還可通過異步電動機的動能制動特性曲線直觀地觀察到（見圖4-5）。

    圖4-5是異步電動機在動能制動過渡特性曲線。圖4-5的第Ⅰ象限畫的是電動機固有特性，也即電機正常運轉(zhuǎn)時的特性，而第Ⅱ象限畫的是該電機受到反方向制動力矩—M，電機工作轉(zhuǎn)換到停止位置的直流制動特性。例如當(dāng)負載處于MC轉(zhuǎn)矩下運行于轉(zhuǎn)速NC點；若此時發(fā)出制動指令并轉(zhuǎn)入直流制動，電機則沿通過NC點的水平虛線過渡到制動時（第二象限）曲線1、2或3的①、②或③的任一個交點并沿此曲線，按箭頭方向滑向座標原點，即制動力矩為轉(zhuǎn)速為另的點。曲線1、2或3分別代表3種不同的制動電流或不同的制動轉(zhuǎn)矩—M情況，其中曲1制動電流最大，曲線3制動電流最小。

    (2)．通過軟起動器實現(xiàn)制動的主電路方案

    從直流制動原理圖4-4看，直流制動需外加一直流電源或通過外加一整流器將交流轉(zhuǎn)換成制動需要的直流。這里所講的是通過圖4-6線路可看出，可利用交流軟起動器的電力電子功率元件，改變其向電動機輸送交流電能的通道，只允許脈沖直流通過T1及T3注入流向電動機定子繞組，并產(chǎn)生制動效果。在脈沖直流通過T1及T3相向定子輸送直流電流時，T2相被K7接觸器斷開，這樣實際線路與圖4-4的原理線路就一致了。由于轉(zhuǎn)子電阻是固定的，通過調(diào)整注入直流的大小，可以調(diào)整制動轉(zhuǎn)矩的大小。

    對于圖4-6（b）所示的另一個線路是設(shè)置兩只接觸器K14及K15，其中K14稱之為“關(guān)閉”制動接觸器

    K15稱之為“打開”制動接觸器。它們的作用與圖的K7接觸器相一致，只是此時用K15代替了K7的常閉節(jié)點，K14代替了圖4-5的常開節(jié)點。在控制方面無論是圖4-6（a）的K7接觸器和圖4-6（b）中的K14，K15接觸器均受到中間繼電器K2和軟起動器中予置的制動繼電器控制。在容量選擇上K14的容量大些，要大到15%。控制繼電器K13是帶延時斷開特性的開關(guān)。

    4.帶旁路接觸器電路

    帶旁路接觸器的軟起動電路是目前軟起動工業(yè)應(yīng)用的主體，也即多數(shù)工業(yè)用戶從經(jīng)濟技術(shù)，運行角度經(jīng)過思考后的首選方案，請看圖4-7
 

圖4-7 帶旁路接觸器方案

    圖4-7中有兩種接線，圖4-7（a）為一拖一方案只設(shè)一臺接觸器KM。但軟起動上側(cè)（網(wǎng)側(cè)仍帶電）。圖4-7（b）是一拖一遠程控制方案，設(shè)了兩只接觸器（KM1、KM2），KM1與KM2之間互相聯(lián)鎖運行。這時當(dāng)軟起動轉(zhuǎn)入旁路運行時，先將KM1打開—將KM2合閘，軟起動器的網(wǎng)側(cè)就不會帶電。

    5.帶旁接觸器兩個旋轉(zhuǎn)方向運行電路

    圖4-8是一個帶旁路接觸器的兩方面運行電綱，共中K1為主接觸器，K2為旁路接觸器，K3反方向運行運轉(zhuǎn)接觸器。利用S3，S4操縱正向與反向運行，利用在軟起動內(nèi)部的邏輯信號，控制軟起動完程后的旁路運行。其他的S2為停止，S5為急停操作開關(guān)。

    6.軟起動線路中保護協(xié)調(diào)與配合。

    (1).軟起動線路中過電流特性

    軟起動器由于起動，運行或操作引起的最大工作電流，稱作過載電流（簡稱過電流）。通常根據(jù)IEC947-4-2要求將這—過流特性用下述表格表示，即用TX與X表示的過電流特性

    表中的TX為過流時間，X為過流倍數(shù)。“10”、10X表示脫扣等級。例如過電流倍數(shù)為7倍，選用脫扣等級10級配合；那過電流脫扣最小時間為2秒。這里的TX表示的是起動、運行、操作時，控制過電流的持續(xù)時間累加值。當(dāng)用其整定熱過載電器時，其對應(yīng)過載電器冷態(tài)下承載x.Ie（額定電流X倍）的最小時間。

    如果過載時間萬一超過10個循環(huán)電流（如提升，突跳起動）可能會超過x.Ie，但這不是過載指定的范圍，不在過載特性范圍內(nèi)考慮。

    (2)．過載能力試驗

    在標準中（IEC947-4.2）操作性能要求中，要求做到軟起動裝置應(yīng)能實現(xiàn)導(dǎo)通狀態(tài)，變換電流承載預(yù)定水平的過電流，以及實現(xiàn)并保持在截止?fàn)顟B(tài)下的特性而無故障，并無任何形式的損壞。

    對控制籠型電機而無旁路運行時，其相應(yīng)的X值的TX值不應(yīng)小于本節(jié)表4—1規(guī)定的值。

    對控制籠型電機而要旁路運行時，應(yīng)滿足在這些作用類別所要求的長時間加速時間要求。考慮到起動狀態(tài)時軟起動的最大熱容量會完全耗盡，為此在起動狀態(tài)結(jié)束后應(yīng)立即為軟起動器提供適當(dāng)?shù)臒o載時間（例如采用并聯(lián)方式）其相當(dāng)于X值的TX值不應(yīng)小于表4—1規(guī)定值。

    當(dāng)無限流起動功能或在額定電壓狀態(tài)下無限流起動，X.Ie=ILRP(ILRP=電機預(yù)期運轉(zhuǎn)電流)或

    X=ILRP/Ie

    當(dāng)電動機已在正常轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，而其轉(zhuǎn)子出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)時，則允許起動器比上述規(guī)定更短時間實現(xiàn)截止?fàn)顟B(tài)。對額定值的驗證按下表（表4-2）的規(guī)定。

    其中ILRP—預(yù)期轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電流

    Ie—額定電流

    Ue—額定電流

    Ur—工頻恢復(fù)電壓

    溫度條件：

    初出分柜溫CI，對每個試驗不應(yīng)低于40℃加水溫升試驗時的最高柜體溫升值，試驗過程的周圍空氣溫度應(yīng)在+10℃~+40℃范圍內(nèi)。

    A、除了導(dǎo)通時間的最后三個工頻周期加上第一個導(dǎo)通的場外，Ur/Uc可以為任意值。

    B、對應(yīng)減壓周期時的CCD中可以為任意值。

    C、頻定儀用于與規(guī)定的過載電器一起使用的起動器Tx應(yīng)取為共過載電器在熱態(tài)下，所允許承受的最大動作時間，熱態(tài)是指進行溫升試驗時的熱平衡狀態(tài)。

    D、轉(zhuǎn)換時間不應(yīng)大于工頻三個周期。

    (3).用于保護電機的起動等級

    了解了根據(jù)IEC947-4-2標準對過電流及其實驗的若干規(guī)定,并將其技術(shù)要求,在軟起動器設(shè)計、生產(chǎn)付諸實踐后，下面將進一步討論。根據(jù)過電流的類別，將給出易于實用選型的標準起動等級。這些起動等級的劃分目的是保護電動機，也有人稱之為跳閘等級。

    A、確定起動（跳閘）等級的依據(jù)

    確定起動（跳閘）等級的依據(jù)是IEC947-4-1，它適用于所有標準電機。這是IEC對不同籠型電動機起動設(shè)備的一般要求，也是最低要求。

    B、起動（跳閘）等級

    根據(jù)IEC947-4-1起動（跳閘）等級及時間見下表。對標準負載為10級，對重型負載為20級。

    例如:在1小時內(nèi)可完成

    —6秒鐘起動38次或23秒的起動10次；

    —6秒鐘起動19次或6秒減速或制動19次；

    —23秒鐘起動5次或23秒減速或制動5次；

    超過以上值則認為負載為重型負載。

    (4).斷路器的配合

    由于軟起動柜的進線，目前多數(shù)是選斷路器。在用戶使用時裝于軟起動柜的斷路器已經(jīng)選定。那么與之配合的用戶配電網(wǎng)斷路器如何選定，也即這兩個斷路器的保護配合協(xié)調(diào)性如何設(shè)計方能在負載短路時確保可靠保護。此外從配電系統(tǒng)設(shè)計者選用天傳電子公司軟起動器，然后設(shè)計者從配電系統(tǒng)保護協(xié)調(diào)角度即給出配電斷路器，也要同時給出軟起動柜的斷路選型，然后由制造廠生產(chǎn)軟起動柜。

    無論上述兩種設(shè)計方式的任一種都需要了解和實施軟起動柜與配電斷路兩級斷路器的上、下級保護協(xié)調(diào)與配合。

    因為乞今為止所有斷路器配合均是以嚴格實驗為依據(jù)，故只有較大公司，其產(chǎn)品生產(chǎn)類型規(guī)格、型號范圍很多才能談到這種配合的有效性。

    A、選擇性的定義

    保護的選擇在于協(xié)調(diào)斷路器上下級之間的配合，使得最接近故障點的斷路器斷開故障電流，從而不會影響旁路及上級斷路器的正常運行。選擇性可以把故障所產(chǎn)生的分斷，限制在裝置的一個有限的部分并有利于工作的連續(xù)性。兩臺斷路器之間的選擇性可以是全部的或局部的。

    選擇性的優(yōu)點

    低壓裝置設(shè)計一開始就應(yīng)把選擇性作為一個主要因素來考慮。一個非選擇性斷路器之間的配合會帶來不同嚴重程度的危害

    ■生產(chǎn)的連續(xù)性沒有得到保證，

    ■生產(chǎn)中斷，帶來生產(chǎn)損失和生產(chǎn)工具損壞的危害，

    ■需要逐臺把機器重新起動，結(jié)果是總電源損耗；

    ■使安全電動機停車（潤滑泵，抽排煙機）

    選擇性的目的是為了避免多重跳閘，給電力運行帶來便利，從而保證工作的連續(xù)性。更有利的是，選擇性可以與級聯(lián)相結(jié)合，這就綜合了工作連續(xù)性的優(yōu)點和經(jīng)濟優(yōu)化的優(yōu)點。

    B選擇性類型

    ①電流選擇性

    它是基于在電網(wǎng)中從電源到故障點之間流動的電流隨著故障點的離開電源而逐漸減小。兩臺連續(xù)的斷路器D1（上級）和D2（下級）在它們的安裝處分別斷開斷路電流ISCD1和ISCD2，且ISCD1＞ISCD2。隨著配電的逐級下降，各級斷路器的短路電流呈分級下降。

    電流選擇性利用這個情況并基于串聯(lián)斷路器的保護曲線的電流偏移。它應(yīng)用的快速斷路器（有時是限流斷路器）具有電流閾值的分級，一般是磁脫扣器的閾值1RM。

    兩臺斷路器D1（上級）和D2（下級）的選擇性是全選擇性，條件是在D2下的最大短路電流ISCD2（≤ICUD2）小于磁脫扣閾值1RMD1。否則，選擇性是局部的，選擇性的極限是1RMD1（此值以上，D1和D2脫扣）。

    因此，上級和下級斷路器的規(guī)格越是不同，選擇性就越是大。

    帶一個下級限流斷路器時，只有制造廠的試驗可以確定選擇性水平。

    原理：

    下一級斷路器為非限流型時D2下端端子有三相短路時，上一級斷路器D1中通過ISCD2。如果D1磁脫扣器被整定為不能檢測ISCD2，但可以在該級可能有的最小短路時脫扣，也就是說在三相短路時脫扣。因而1RMD1應(yīng)驗證為：

    1RMD1＞ISCD2，同時IRMD1≤ISCBID1=0.86ISCD1下一級斷路器是限流型時D2下端有短路時，D1限制電流，而D2不再是流過小于ISCD2的I＇SCD2。如果此電流不會引起D1分斷的話，選擇性是全部的，也就是說限流為ISCD2≤IRMD1。

    在下圖的限流曲線上，回過來也可以說ISCD2點已偏離一個橫座標點ISCD2≤IRMD1。

    鑒于ISCD2的偏離到達更小的值，在任何選擇性情況下，限流被加強。如果限制選擇得適當(dāng)，選擇性可能轉(zhuǎn)變?yōu)槿x擇性。

    ②　時間選擇性

    　　它是要沿著電網(wǎng)給電流繼電器以不定的定時時間。繼電器離電源越近，定時時間就越長，于是從上級到下一級的D1，D2，D3斷路器被D3下方的故障所激勵。

    D3定時保證裝置比在D2處的保護裝置動作得更快，后者比裝在D1處的保護裝置動作得更快。斷路器D3分斷和故障電流消失以后，D1和D2的繼電器不再被激勵，就恢復(fù)到它們的原來位置。此技術(shù)因而建立在保護曲線的時間偏移內(nèi)。它導(dǎo)致上級帶有延遲器的斷路器可以在短時間內(nèi)承受很高的短路電流。

    這可以使得在下級斷路器的磁脫扣時間和上級斷路器的不脫扣時間之間有個故意的延遲。

    時間選擇性是全部的，它用圖示來確定。

    原理：

    ■斷路器的脫扣系統(tǒng)帶有延遲器；

    ■在延時期間斷路器承載短路電流的熱效應(yīng)和電動效應(yīng)；

    D2的分斷時間小于D1的非脫扣時間。如果：兩臺斷路器D1（上級和D2（下級）被稱為選擇性的。

    兩個連續(xù)的保護裝置之間的動作時間差△T是選擇性的間隔，應(yīng)考慮到：

    ■斷路器的分斷時間TC，

    ■定時公差△T，

    ■斷路器恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)的時間TR，

    △T應(yīng)滿足下列關(guān)系：

    △T≥TC+TR+2△T。

    實際上，上級斷路器D1是選擇性的并擁有一個故意的延遲（例如電子脫扣器式的MASTERPACT或COMPACT）。

    幾個斷路器可以通過一根控制線一個一個地聯(lián)接在一起。當(dāng)發(fā)生短時或接地故障時，只有接收到下級斷路器信號的控制單元按整定時間延時跳閘，其它斷路器只瞬時跳閘。（跳閘時間0.1倍的短時整定值）這樣，可以通過最近的斷路器快速排除故障。安裝的熱應(yīng)力降為最低。

    原理：

    ■每臺斷路器裝一臺可定時的繼電器，一般整定為瞬時動作，

    ■當(dāng)故障出現(xiàn)時，故障上級的每臺斷路器（因而由它檢測故障）通過導(dǎo)線輸送一個鎖定指令給直接的上級斷路器，使此斷路器的繼電器過渡到已定時位置。

    ■因此，只是直接故障的上級斷路器不接受鎖定指令并脫扣。對于下級斷路器不能消除故障的情況來說，定時是一種安全性。
 

    ③　能量選擇性

    此種選擇性應(yīng)用于COMPACTNS斷路器的動分斷技術(shù)中。對高的短路電流，此技術(shù)通過下面的組合動作起作用：

    ■滅弧室內(nèi)電弧能量造成的壓力；

    ■轉(zhuǎn)動觸頭的自動分開；

    它可以限制大的故障電流并“加強”選擇性。

    原理：

    ■當(dāng)斷路器D1和D2檢測到大短路電流時，斷路器同時打開觸頭，限制電流。

    ■在D2處相當(dāng)大的電弧能量引起其脫扣。

    ■在D1處受到限制的電弧能量不足以使其脫扣，因而對大的短路電流值同時有選擇性。用電流選擇性，通常會碰到的選擇性極限就不再存在！