The short circuit protection for soft motor starter

摘 要：05704-A-0144 电机软起动器能自动控制电机电压，并监控电机电流，作过载或过流保护。软起动器的主回路器件是可控硅，由于可控硅无自关断能力，因此在发生短路的时候无法靠电子线路快速响应关断的办法进行短路保护，必须引入其它断路保护机制。本文分析了快熔作软起动器短路保护的可行性和必要性。

Abstract:  Motor soft starter can control the voltage supplied to the motor, it can monitor the motor current to protect the overload and over current too. The main power device of soft start  is SCR, which has no self turn off ability. So the fast react electronic circuit cannot be used to switch off the short circuit current, some other method must be used to protect the soft starter  from short circuit damage. The thesis will analyze the fast fuse used as soft start short circuit protect.

引言：Danfoss软起动器在许多工业现场有广泛应用。最近我们为几个用户现场排除了软起动器故障，发现故障原因都是因为软起动器前端没有按照Danfoss说明书的要求安装快速保险丝，在电机或电机电缆线发生相间或对地短路故障时造成软起动器可控硅损坏，因此在此讨论一下软起动器的短路保护问题。

05704-A-0144 软起动器的主回路功率器件为SCR可控硅，软起动器的工作原理为通过控制可控硅的触发信号导通角以达到控制输出三相交流电压的目的。软起动器最常见的故障为主回路可控硅损坏直通，短路电流的热效应是造成可控硅损坏的主要原因。短路电流的热效应用I2t值表示，短路时的电流值和短路持续的时间是短路保护的重要参考参数。SCR触发导通以后没有自关断的能力，如果靠可控硅自然换流关断的话，最长短路关断延时时间将达到半个交流周波，对于50Hz的工频电网而言为10mS。可控硅的短路过流耐受能力一般没有那么强，所以软起动器要求由外部装置提供短路过流保护。

下面以丹佛斯220kW软起动器MCD3220为例，讨论一下软起动器的短路保护措施。

MCD3220额定输出能力见下表：

当起动电流倍数为3倍时，额定电机满载电流430A，由此推算其额定输出电流能力为：

Ie = 430×3.0 = 1290 A

   丹佛斯软起动器MCD3220主回路可控硅模块为EUPEC公司出品的T588N16TOF，相关技术参数如下：

关键数据1：05704-A-0144 通态电流有效值1250A，与软起动器的额定输出电流能力1290A近似相同；

关键数据2：单次10ms最大峰值有效电流8000A，即靠可控硅自然换流关断的话最大短路电流不允许超过8000A；

关键数据3：最高结温（125℃）时的I2t热耐受能力为320000A2S，这是半导体器件的短路热耐受能力，短路保护的主要参考数据。

   短路电流到底有多大，由短路的类型和电网内阻决定。短路类型有三相火线同时短路，两相火线之间短路和单相火线接地短路，其中以三相火线同时短路最为严重。我们就以此种短路形式分析短路电流。