淺談工業(yè)電機電力設(shè)備軟起動器的應(yīng)用

陳慧

摘 要：電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能來拖動生產(chǎn)機械的驅(qū)動元件。電動機與其他原動力（如內(nèi)燃機、蒸汽機等）相比，電動機的控制方法更為簡便并可實現(xiàn)遙控和自動控制。通過對電動機軟啟動器節(jié)電原理的闡述，及電動機起動技術(shù)的分析，提出了應(yīng)用電動機軟起動器的優(yōu)勢和電動機軟起動器在動力設(shè)備上的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電動機軟起動器；全壓起動；可編程控制器

0 引言

電力拖動和電力拖動系統(tǒng)是用電能來驅(qū)動和控制生產(chǎn)機械拖動，驅(qū)動、控制，它由三個部分組成：電動機，電動機的控制設(shè)備和保護設(shè)備，電動機與生產(chǎn)機械的傳動裝置。在電力拖動的運動環(huán)節(jié)中生產(chǎn)機械對電動機運轉(zhuǎn)的要求包含啟動；改變運動的速度（調(diào)速）；改變運動的方向（正反轉(zhuǎn)）制動。 電力拖動系統(tǒng)的控制方式一般有：1. 繼電——接觸器式有觸點斷續(xù)控制 2. 連續(xù)控制，為了使控制系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，常采用反饋控制系統(tǒng)。3. 可編程無觸點斷續(xù)控制；20世紀(jì)60年代出現(xiàn)了順序控制器，它能根據(jù)生產(chǎn)的需要靈活的改變程序，使控制系統(tǒng)具有較大的靈活性和通用性。1968年，美國通用汽車公司（GM）為了適用生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，希望用電子化的新型控制器代替繼電器控制裝置，并對新型控制器提出了“編程簡單方便、可現(xiàn)場修改程序、維護方便、采用插件式結(jié)構(gòu)、可靠性要高于繼電器控制裝置”等10項具體要求。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）根據(jù)上述要求，研制出了世界上第一臺可編程控制器，并成功運用到美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上。其后日本、德國等國家相繼研制出可編程控制器。早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制系統(tǒng)，僅有邏輯運算、順序控制、計時、計數(shù)等功能， 因而稱為可編程邏輯控制器（PLC）。

可編程控制器（PLC）是集計算機技術(shù)和自動控制化技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。這一系統(tǒng)解決了工業(yè)控制系統(tǒng)中大量開關(guān)控制的問題，逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統(tǒng)。隨著PLC技術(shù)的進步，其應(yīng)用領(lǐng)域更是不斷擴大，可采集存儲數(shù)據(jù)，還可對控制系統(tǒng)進行監(jiān)控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。這種過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。此外，隨著工廠網(wǎng)絡(luò)自動化的發(fā)展，PLC可實現(xiàn)通信及聯(lián)網(wǎng)功能，更有助于工業(yè)生產(chǎn)的控制過程的監(jiān)控。如今，PLC技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保以及文化娛樂等各行各業(yè)。233網(wǎng)校論文中心

電機電腦節(jié)電無觸點軟起動器是近年來在國內(nèi)出現(xiàn)的新技術(shù)，具有節(jié)電效率高，軟起動特性好等特點。對于我公司這樣的大型企業(yè)，在動力設(shè)備中的應(yīng)用，節(jié)能降耗的意義將十分重大。

1 電動機軟起動器的節(jié)電原理

在生產(chǎn)實際當(dāng)中，一些電氣設(shè)備經(jīng)常處于空載或輕載狀態(tài)下運行，輕載或空載的電動機在額定電壓的工作條件下，效率和功率因數(shù)均很低，造成電能大量浪費。衡量電動機節(jié)電性能的重要指標(biāo)為電機空載或輕載時最低運行電壓的大小，即功率因數(shù)CosΦ的大小。為了說明電動機在不同負載的情況下運行，電壓U與功率因數(shù)CosΦ的關(guān)系，以Y132S-4型，5.5KW三相異步電動機為例。CosΦ的大小反應(yīng)了負載的變化。軟起動器正是利用微機技術(shù)，用單片機作CPU，用可控硅作為執(zhí)行元件，實時檢測電流和電壓滯后角，即功率因數(shù)Φ角，輸入給單片機，單片機根據(jù)最佳控制算法，輸出觸發(fā)脈沖，調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角，即可調(diào)整可控硅的輸出電壓，使空載或輕載運行時降低電機的端電壓，可使電機的鐵損大大減小，同時也可減小電機定子銅損，從而減小電機空載或輕載時的輸入功率，也就減小了電機有功和無功損耗，提高了功率因數(shù)，實現(xiàn)了節(jié)電控制。

2 電動機軟起動技術(shù)

交流傳動技術(shù)的發(fā)展也是隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展在工業(yè)上有了重要的應(yīng)用，尤其是在鋼鐵工業(yè)中，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)得以實現(xiàn)，無論是大容量電機還是小容量電機現(xiàn)均可使同步電機或者異步電機實現(xiàn)可逆滑調(diào)速。也使交流傳動系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。

電動機傳統(tǒng)的起動方式有全壓起動和將壓起動，軟起動是一種完全區(qū)別于全壓和降壓起動的新的起動方式，是電子過程控制技術(shù)。所謂軟起動，是以斜坡控制方式起動，使電動機轉(zhuǎn)速平滑，逐步提高到額定轉(zhuǎn)速。按照電動機起動電流大小進行分類，全壓和降壓起動屬于大電流起動方式，軟起動屬于小電流起動方式。全壓起動，起動電流是額定電流的4-7倍，起動沖擊電流是起動電流的1.5-1.7倍；起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩不相應(yīng)增大，Ts=KtTn=K（0.9-1.3）Tn。

降壓起動，可部分減小起動電流，起動轉(zhuǎn)矩下降到額定電壓的K2倍。降壓起動是輕載起動，有起動沖擊電流、起動電流及二次沖擊電流；二次沖擊電流同樣對配電系統(tǒng)有麻煩。

全壓和降壓起動的大電流，致使電動機諧波磁勢增大，增大后的諧波磁勢又加劇了附加轉(zhuǎn)矩，附加轉(zhuǎn)矩是電機起動時產(chǎn)生震動和噪音的原因。

全壓和降壓起動，都要受單位時間內(nèi)起動次數(shù)的限制。電動機本身的發(fā)熱主要建立在短時間大電流時。如通過6倍額定電流，溫升為8-15℃/S；起動裝置的自耦變壓器或交流接觸器起動引起堆積熱；如交流接觸器一般要求起動次數(shù)每分鐘不超過10次。而軟起動器可頻繁操作，具有電動機起動電流小，溫升低；軟起動器采用的無觸點電子元件，除大功率可控硅外，工作時溫升很低。

此外，軟起動器還具有多種保護功能，配合硬件電路，軟件設(shè)計有過載、斷相、欠壓、過壓等保護程序，動作可靠程度高。歸納起來，軟起動器很好的解決了全壓和降壓起動電流過大及其派生的許多問題。

3 軟起動器在動力設(shè)備上的應(yīng)用

軟起動器箱內(nèi)面板上設(shè)有兩個速率微動開關(guān)，分別對應(yīng)四種起動速率：重載、次重載、次輕載、輕載，起動時間分別是90S、70S、65S、60S。使用時根據(jù)起動負載選相應(yīng)的起動速率。引風(fēng)機用電動機的起動：其起動轉(zhuǎn)矩與離心式水泵類似，阻轉(zhuǎn)矩都與轉(zhuǎn)速成正比，但是，風(fēng)機與水泵的結(jié)構(gòu)不同，風(fēng)機的轉(zhuǎn)動慣量比水泵大的多，空氣的流動性比水小，如果風(fēng)機不關(guān)風(fēng)閥起動，將因空氣升能，管道阻力，摩擦阻力等因素，致使風(fēng)機起動比水泵難，起動加速的時間較長，風(fēng)機起動屬重載起動。

風(fēng)機負載變化大，從風(fēng)機特性曲線上可看出。一般風(fēng)機功率計算的工作溫度參數(shù)200℃，只是取近似中間值。輸送的煙氣溫度越高，阻轉(zhuǎn)矩越小；反之，輸送的煙氣溫度越低，阻轉(zhuǎn)矩越大。風(fēng)機在起動之初，要求關(guān)閉風(fēng)閥，實際應(yīng)用中則是將風(fēng)閥固定住。所以在選用軟起動器時，要根據(jù)風(fēng)機起動時電動機工作電流的大小，來選擇相匹配的軟起動器。風(fēng)機的節(jié)電潛力在高爐溫區(qū)段。

軟起動器結(jié)構(gòu)簡單，接線安裝方便，節(jié)電顯著，是電動機起動與運行技術(shù)的發(fā)展趨勢。機電一體化是指在機構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及計算機軟件系統(tǒng)集合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)總稱，綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、電力電子技術(shù)等對各生產(chǎn)領(lǐng)域的控制過程進行監(jiān)督操作。它主要應(yīng)用領(lǐng)域有數(shù)控機床，通過相應(yīng)的數(shù)控技術(shù)，在工業(yè)操作上結(jié)構(gòu)、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體系結(jié)構(gòu)，豐富了數(shù)控功能，也提高了生產(chǎn)效率。

柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用是計算機技術(shù)和制造系統(tǒng)在機電控制工業(yè)的應(yīng)用，是計算機化的制造系統(tǒng)。它主要由計算機、數(shù)控機床、自動化倉庫等組成。在工業(yè)上，它可以隨機地、按量地按照裝配部門的要求，生產(chǎn)其能力范圍內(nèi)的任何工件，更適用于多品種，小批量等的離散零件的批量生產(chǎn)。