電動機(jī)軟啟動器的探討

何孟智

[摘要]介紹交流電動機(jī)在軟起動控制中的幾種起動方式及軟起動相關(guān)問題,敘述電子軟起動器的選擇及應(yīng)用場合。

[關(guān)鍵詞]電動機(jī)軟起動控制軟啟動器選擇應(yīng)用

中圖分類號:TM3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210045-02

一、前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,科學(xué)技術(shù)的日新月異,智能控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。如:智能大廈、無人值守泵站、無人值守供熱站、各種遙控調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)自動化等等。這正是國家實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志,也是每一個技術(shù)人員肩負(fù)的重要責(zé)任。

智能控制技術(shù)的應(yīng)用,給我們提出了很多要求。如電網(wǎng)的波動性,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的職能配套等,都要求越來越嚴(yán)格。作為重要驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動機(jī)來說,它的控制方式受到廣大技術(shù)人員的高度重視。既要為智能控制打下良好基礎(chǔ),又要降低電動機(jī)起動時對電網(wǎng)的沖擊。所以,不得不在電動機(jī)的起動設(shè)備上做工作。

鼠籠型異步電動機(jī)電子軟起動器的誕生給技術(shù)人員解決了這個問題。他既能改變電動機(jī)的起動特性保護(hù)拖動系統(tǒng),更能保證電動機(jī)可靠起動,又能降低起動沖擊,而且配有計算機(jī)通訊接口實(shí)現(xiàn)智能控制。

二、軟啟動分類

軟起動可減小電動機(jī)硬起動(即直接起動)引起的電網(wǎng)電壓降,使之不影響共網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行,可減小電動機(jī)的沖擊電流,沖擊電流會造成電動機(jī)局部溫升過大,降低電動機(jī)壽命,可減小硬起動帶來的機(jī)械沖力,沖力加速所傳動機(jī)械(軸、嚙合齒輪等)的磨損,減少電磁干擾,沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行。軟起動使電動機(jī)可以起停自如,減少空轉(zhuǎn),提高作業(yè)率,因而有節(jié)能作用。

軟起動可分為有級和無級兩類,前者的調(diào)節(jié)是分檔的;后者的調(diào)節(jié)是連續(xù)的。傳統(tǒng)的軟起動均是有級的。本文關(guān)心的是無級的,它們是液阻軟起動、晶閘管軟起動和磁控軟起動。

變頻調(diào)速裝置液是一種軟起動裝置,它是比較理想的一種,它可以在限流同時保持高的啟動轉(zhuǎn)矩。價格貴是制約其推廣應(yīng)用的主要因素。

在電動機(jī)定子回路,通過串加有限流作用的電力器件實(shí)現(xiàn)軟起動,叫做降壓或者限流軟起動,它是軟起動中的一個重要類別。按限流器件不同可分為:以電解液限流的液阻軟起動,以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動,以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動。

三、起動性能的比較

軟起動與傳統(tǒng)的降壓起動的性能指標(biāo)見表1:

表1

軟起動運(yùn)行特點(diǎn):

1.能使電機(jī)起動電壓以恒定的斜率平穩(wěn)上升,起動電流小,對電網(wǎng)無沖擊電流,減小負(fù)載的機(jī)械沖擊。

2.起動電壓上升斜率可調(diào),保證了起動電壓的平滑性,起動電壓可依據(jù)不同的負(fù)載在30%～70%Ue(Ue為額定電壓)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。

3.可以根據(jù)不同的負(fù)載設(shè)定起動時間。

4.起動器還具有可控硅短路保護(hù)、缺相保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)。

四、電子軟起動器的選擇

在工程設(shè)計和工程改造中,要想改善工藝提高自動化水平,降低成本提高企業(yè)效益,對電動機(jī)的起動就必須首先采用先進(jìn)的起動設(shè)備——電子軟起動器。關(guān)鍵是電子軟啟動器的起動性能和停車性能,目前的軟啟動器有以下幾種起動方式:

1.限流起動:限制電動機(jī)的起動電流。主要應(yīng)用在輕載起動的負(fù)載降低起動壓降,在起動時難以知道起動壓降,不能充分利用壓降空間,損失起動力矩,對電動機(jī)不利。

2.斜坡電壓起動:電壓由小到大斜坡線性上升。它是將傳統(tǒng)的降壓起動從有級變成了無級,主要用在重載起動,它的缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小,轉(zhuǎn)矩特性拋物線形上升對拖動系統(tǒng)不利,且起動時間長有損于電機(jī)。

3.轉(zhuǎn)矩控制起動:用在重載起動,它是將電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升,它的優(yōu)點(diǎn)是起動平滑,柔性好,對拖動系統(tǒng)有更好的保護(hù),它的目的是保護(hù)拖動系統(tǒng),延長拖動系統(tǒng)的使用壽命。同時降低電機(jī)起動時對電網(wǎng)的沖擊,是最優(yōu)的重載起動方式,它的缺點(diǎn)是起動時間較長。

4.轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動:與轉(zhuǎn)矩控制起動相仿也是用在重載起動,不同的是在起動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩,然后轉(zhuǎn)矩平滑上升,縮短起動時間。但是,突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖,干擾其它負(fù)荷,應(yīng)用時要特別注意。

5.電壓控制起動:用在輕載起動的場合,在保證起動壓降下發(fā)揮電動機(jī)的最大起動轉(zhuǎn)矩,盡可能的縮短了起動時間,是最優(yōu)的輕載軟起動方式。

綜上所述不難看出,最適用最先進(jìn)的起動方式應(yīng)是電壓控制起動和轉(zhuǎn)矩控制起動及轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動。目前的軟啟動器多是限電流起動和斜坡電壓起動,它是最原始最低級最簡單的方式,還有的是限流起動和轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動。停車方式有三種:一是自由停車,二是軟停車,三是制動停車。電子軟起動帶來最大的停車好處就是軟停車和制動停車。軟停車消除了由于自由停車帶來的拖動系統(tǒng)反慣性沖擊。制動停車在一定的場合代替了反接制動停車?？煽啃缘倪x擇:可靠性分三個方面,一是產(chǎn)品的短路自保護(hù),二是無故障停機(jī)保護(hù),三是產(chǎn)品故障率。

智能控制功能的選擇:在選擇軟起動時要注意它的智能化程度,是否帶微機(jī)接口,接口是否帶有通訊地址和程序,是否能達(dá)到通訊控制以及故障自診斷功能等。其它方面還要考慮是否保護(hù)功能完備和冷卻方式以及運(yùn)行方式等,如:過電流保護(hù),過壓保護(hù),單相接地保護(hù),斷相保護(hù),三相不平衡保護(hù),相位顛倒保護(hù)等。冷卻方式分機(jī)械風(fēng)冷和自然風(fēng)冷。柜體是否需加機(jī)械通風(fēng),元器件的排布等,機(jī)械風(fēng)冷的柜體加機(jī)械通風(fēng),軟起正上方不能放電器元件,機(jī)械風(fēng)冷的還要考慮傾斜度等。運(yùn)行方式分在線型和非在線型,選型時盡量選用非在線型。

五、晶閘管軟起動

晶閘管軟起動產(chǎn)品問世不過30年左右的時間,它是當(dāng)今電力電子器件長足進(jìn)步的結(jié)果。10年前,電氣工程界就有人指出,晶閘管軟起動將引發(fā)軟起動行業(yè)的一場革命。目前在低壓(380V)范圍內(nèi),晶閘管軟起動產(chǎn)品價格已經(jīng)下降到液阻軟起動的大約2倍,而其主要性能卻大優(yōu)于液阻軟起動。與液阻軟起動相比,它的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,維護(hù)量小,功能齊全,菜單豐富,起動重復(fù)性好,保護(hù)周全,這些都是液阻軟起動難以望其項(xiàng)背的。

但是晶閘管軟起動產(chǎn)品也有缺點(diǎn):一是高壓產(chǎn)品的價格太高,是液阻的5～10倍;二是晶閘管引起的高次諧波較嚴(yán)重;三是對于繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)無所作為。在這幾個缺點(diǎn)中,價格高是制約其發(fā)展的主要因素。對于貧者,無力選用它;對于富者,何不直接選用高壓變頻裝置?這就是高壓晶閘管軟起動比較受冷落的原因。

六、軟起動相關(guān)問題

1.軟起動可減小電動機(jī)直接起動引起的電網(wǎng)電壓降,不會影響共網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行,可減小電動機(jī)的沖擊電流,沖擊電流會造成電動機(jī)局部溫升過大,降低電動機(jī)壽命,可減小硬起動帶來的機(jī)械沖力及磨損,減少電磁干擾,沖擊電流會以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行。

2.軟起動適用鼠籠型轉(zhuǎn)子的異步電動機(jī)或同步電動機(jī);不適用繞線型轉(zhuǎn)子的異步電動機(jī)。

3.磁控軟起動不論載荷是輕或是重,只要用戶選用了鼠籠型轉(zhuǎn)子的異步電動機(jī)或同步電動機(jī),就可以選用磁控軟起動。

4.軟起動的起動方式是指用什么方法使電動機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。例如恒電流起動,斜坡電壓起動,電流帶沖擊的(“踢一腳”)起動(這個沖擊有助于克服靜阻矩),以及這些方式的交替或組合。開環(huán)軟起動也是一種軟起動方式。

5.軟起動的起動方式菜單化是指起動方式可選,可以由按鍵輸入,通過計算機(jī)軟件完成軟起動的起動方式的選擇。

6.軟起動仿真是指將用戶提供的數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)內(nèi),從而得到輸出——軟起動相關(guān)機(jī)電變量:轉(zhuǎn)速、電流、電壓等的時間曲線,以及描述曲線特征的一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)。軟起動仿真給出的結(jié)果雖然只是一種預(yù)測,但對用戶和設(shè)計均有重要的參考價值。

7.磁控軟起動不僅適合于大容量電動機(jī),也適合于小容量電動機(jī)。只要用戶有需求,不論大小均可采用磁控軟起動。但是,如果磁控軟起動用在高壓、大容量電動機(jī)場合,它的性能價格比優(yōu)勢會更明顯。

七、軟起動的應(yīng)用場合

現(xiàn)在市場有多種型號的軟起動可供用戶選擇,不同產(chǎn)品所具功能也不盡相同,選擇時建議遵循下述原則:異步電動機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場合都可使用,適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載,需要軟起動與軟停車(解決水錘效用),對于變負(fù)載工況、電動機(jī)長期處于輕載運(yùn)行,只有短時或瞬間處于滿負(fù)荷運(yùn)行場合,應(yīng)用軟起動器(不帶旁路接觸器)則具有輕載節(jié)能的效果。

八、結(jié)束語

軟起動器現(xiàn)已廣泛用于冶金、鋼鐵、油田、化工、紡織、化纖、輕工、造紙、橡膠、塑料、電力、水務(wù)等各行各業(yè),隨著我國的經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,高層建筑、商貿(mào)大廈、娛樂中心等現(xiàn)代化建筑越來越多。軟起動器用于大樓的消防系統(tǒng)與噴淋泵、生活泵等系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)消防泵定時自動檢測,定時自動關(guān)閉;加上相應(yīng)的控制邏輯,則可以對消防泵及各個系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常,實(shí)施平時檢測時,定時低速低水壓運(yùn)行;在滅火時,則實(shí)施全速滿載運(yùn)行。將若干臺電動機(jī)控制邏輯組合,可以組成生活泵系統(tǒng)或其他專用系統(tǒng),按需要量逐次起動各臺電機(jī),也可逐次減少電機(jī),實(shí)現(xiàn)最佳效率運(yùn)行。還可以實(shí)現(xiàn)多臺電機(jī)自動轉(zhuǎn)換運(yùn)行,使各電機(jī)都處于同等的運(yùn)行壽命。而傳統(tǒng)的降壓起動設(shè)備由于固有的弱點(diǎn),已無法滿足現(xiàn)代化建筑的需要,所以選擇智能型電動機(jī)起動設(shè)備,將是必然的發(fā)展方向。

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