高壓變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用研究

摘 要：如何實(shí)現(xiàn)電機(jī)的低功耗啟動(dòng)一直是學(xué)者研究的熱點(diǎn)。電機(jī)因啟動(dòng)不當(dāng)而發(fā)生燒毀的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。因此，文章將對(duì)電機(jī)的各種啟動(dòng)方式進(jìn)行分析和比較，進(jìn)而提出高壓“一拖二”變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)，并且對(duì)其組成及工作原理進(jìn)行了介紹，對(duì)其應(yīng)用以及未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了探討，并在此基礎(chǔ)之上提出了幾點(diǎn)看法，以供參考。

關(guān)鍵詞：高壓；變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)；應(yīng)用

電機(jī)的啟動(dòng)方式一直是我們關(guān)心的問題。在一些工廠中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因啟動(dòng)方式不當(dāng)，從而造成電機(jī)燒毀的現(xiàn)象。如何選擇正確的啟動(dòng)方式以及采用何種技術(shù)可以改善電機(jī)的啟動(dòng)成為我們必須進(jìn)行研究的問題。對(duì)電機(jī)啟動(dòng)方式的研究以及變頻器的使用的研究是我們改善電機(jī)啟動(dòng)的有效途徑。

1 電機(jī)的基本啟動(dòng)方式

1.1 全壓直接啟動(dòng)

對(duì)于小功率電機(jī)而言，在電網(wǎng)容量和負(fù)載兩方面都允許的情況之下，可以直接啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是操作簡(jiǎn)單。因?yàn)椴恍枰柚渌骷?lái)進(jìn)行啟動(dòng)，直接啟動(dòng)就經(jīng)費(fèi)方面比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用。而對(duì)于一些大功率的電機(jī)則不能采用此種方式。

1.2 自耦減壓?jiǎn)?dòng)

這種啟動(dòng)方式是利用自耦變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)減壓?jiǎn)?dòng)。這種啟動(dòng)方式在滿足啟動(dòng)需要的同時(shí)，還能增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在使用自耦變壓器進(jìn)行減壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，產(chǎn)生的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要遠(yuǎn)大于直接啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。因此，這種啟動(dòng)方式特別適用于一些大功率的電機(jī)。

1.3 Y-Δ啟動(dòng)

這種啟動(dòng)方式是星三角換接啟動(dòng)，即將正常運(yùn)行時(shí)為三角形接法的定子繞組在啟動(dòng)時(shí)接為星形，在電機(jī)啟動(dòng)完畢以后，再換接為三角形。這種啟動(dòng)方式可以減小啟動(dòng)電流，在一定程度上避免了電機(jī)的燒壞。這種啟動(dòng)方式最大的優(yōu)點(diǎn)就是在負(fù)載較輕時(shí)，可以在星形接法下直接運(yùn)行，這樣可以有效節(jié)約電能。相較于其他啟動(dòng)器，這種方式造價(jià)低廉，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制。

1.4 軟啟動(dòng)器

軟啟動(dòng)器啟動(dòng)是利用可控硅的移相調(diào)壓來(lái)完成電機(jī)的啟動(dòng)。但是，由于使用了可控硅，這種啟動(dòng)方式的造價(jià)較高。除此之外，這種啟動(dòng)方式還會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響。由于這種啟動(dòng)方式所采取的技術(shù)特殊，因此，對(duì)于利用該啟動(dòng)方式的工作人員的要求也特別高。

1.5 變頻器

就目前而言，利用變頻器來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)是技術(shù)含量最高的啟動(dòng)方式。這種啟動(dòng)方式是通過改變電網(wǎng)頻率，進(jìn)而使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩得轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的要求。這種啟動(dòng)方式所涉及的技術(shù)領(lǐng)域不僅包括電子技術(shù)，還包括微機(jī)技術(shù)。因此，它對(duì)所需的工作人員的要求比較高。由于這種啟動(dòng)方式利用技術(shù)的特殊性，它主要用于對(duì)于速度要求較高的電機(jī)啟動(dòng)。

1.6 幾種啟動(dòng)方式的比較

通過上面對(duì)于電機(jī)幾種啟動(dòng)方式的詳細(xì)介紹，我們可以非常直觀的看出，星三角啟動(dòng)與自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)經(jīng)濟(jì)成本低，并且操作十分簡(jiǎn)單，維護(hù)相對(duì)而言也較為容易。而利用軟啟動(dòng)器以及變頻器進(jìn)行電機(jī)的啟動(dòng)，不僅經(jīng)濟(jì)成本較高，并且還需要專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行維護(hù)。在使用星三角啟動(dòng)與自耦減壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，出現(xiàn)故障的機(jī)率比較大，由于它們采用分立元件并且控制線路接觸點(diǎn)特別多，對(duì)于出現(xiàn)的故障進(jìn)行排查與維修是一項(xiàng)巨大的工程。但是由于它們的低成本與易操作，這兩種啟動(dòng)方式在目前的電機(jī)啟動(dòng)中還占有很大的比重。

2 高壓變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)的組成及基本原理

2.1 系統(tǒng)的組成

高壓變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)主要有以下幾部分組成：高壓變頻器；升壓變壓器；同步電機(jī)（包括勵(lì)磁裝置）；高壓開關(guān)等設(shè)備。

2.2 系統(tǒng)工作的基本原理

（1）確保電機(jī)重載啟動(dòng)；（2）合上開關(guān)，變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，頻率在這個(gè)過程之中逐漸增加，一直到50Hz，與此同時(shí)，變頻器的輸出電壓也在不斷地增大，在達(dá)到啟動(dòng)電壓時(shí)，電機(jī)開始在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行；（3）在電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行的時(shí)候，變頻器對(duì)于電網(wǎng)電壓的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并以輸入電網(wǎng)電壓為標(biāo)準(zhǔn)，不斷對(duì)自身的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整；（4）在變頻器將自身的輸出電壓與電網(wǎng)電壓調(diào)整到一致時(shí)，這時(shí)閉合切換開關(guān)。因?yàn)檫@時(shí)變頻器的輸出電壓與電網(wǎng)電壓的頻率以及相位都相同，所以，整個(gè)切換過程將不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊；（5）在切換過程中電機(jī)是由變頻器與電網(wǎng)共同供電的，電機(jī)的負(fù)載將由變頻器逐漸轉(zhuǎn)移給電網(wǎng)，然后斷開變頻器開關(guān)；（6）在電機(jī)負(fù)載完全由電網(wǎng)進(jìn)行供電時(shí)，整個(gè)高壓變頻軟啟動(dòng)過程已全部完成。

2.3 系統(tǒng)組件介紹

2.3.1 高壓變頻器

高壓變頻器是采用若干個(gè)低壓PWM變頻功率單元串聯(lián)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)直接高壓輸出。高壓變頻器具有很多的優(yōu)點(diǎn)。

2.3.2 同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置

勵(lì)磁裝置在啟動(dòng)過程中要對(duì)電機(jī)進(jìn)行有效的勵(lì)磁控制，并對(duì)電機(jī)實(shí)行限制及保護(hù)。勵(lì)磁裝置在啟動(dòng)過程中是受變頻器控制的。

2.3.3 PLC控制柜

在電機(jī)啟動(dòng)的過程中，PLC控制柜是必不可少的。它用來(lái)完成啟動(dòng)過程中的互鎖，并根據(jù)信號(hào)來(lái)對(duì)斷路器進(jìn)行控制。

2.3.4 整流變壓器

在整個(gè)啟動(dòng)過程中，除變頻器需要變壓器以外，在電機(jī)與變頻器之間還需要配備一臺(tái)變壓器。除此之外，對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)而言，還需要配備一臺(tái)整流變壓器。

3 高壓變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 高壓變頻軟啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）對(duì)電網(wǎng)污染小。變頻器由于其本身特性對(duì)電網(wǎng)的諧波污染極小。不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)槌霈F(xiàn)諧波而造成電機(jī)發(fā)熱，或者出現(xiàn)噪音等現(xiàn)象。（2）拆卸方便。由于高壓變頻器的功率單元為模塊化設(shè)計(jì)。因此，它的單元可以進(jìn)行互換，拆卸方便，并且不需要專門的工具。（3）保護(hù)功能齊全。高壓變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)功能齊全。這個(gè)系統(tǒng)的變頻裝置有過流，過壓，欠壓以及短路保護(hù)。因此，出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)率大大降低。（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化。整個(gè)系統(tǒng)是一體化設(shè)計(jì)，這就大大降低了對(duì)于電機(jī)的要求。不需要采用濾波器變頻器就可以直接輸出正弦的電流和電壓波形。

3.2 高壓變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用

由于是高壓變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)，所以將不會(huì)對(duì)電機(jī)造成沖擊。并且由于高壓變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)采用的為高壓變頻器，因此將可以對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制。除此之外，變頻器不需要借助于外部的軟件進(jìn)行控制。在使用這個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)時(shí)，變頻器可以根據(jù)電網(wǎng)電壓對(duì)自身的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，因此保證了并網(wǎng)的可靠性。通過這一種啟動(dòng)方式就能夠非常有效地解決電機(jī)啟動(dòng)的問題。高壓變頻軟啟動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)不斷的減少電機(jī)啟動(dòng)時(shí)功率的損耗。并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及進(jìn)步，高壓變頻軟啟動(dòng)將會(huì)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于電機(jī)的啟動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電機(jī)的啟動(dòng)方式還需要我們不斷去探索。對(duì)于高壓“一拖二”變頻器的基本原理以及性能進(jìn)行研究和測(cè)試是我們提高電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的有效方式。在進(jìn)行研究的過程中，我們要注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，充分將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐之中，并要不斷進(jìn)行探索與研究。對(duì)于電機(jī)啟動(dòng)方式的研究對(duì)于工程應(yīng)用具有重要的意義，我們要充分了解實(shí)際生產(chǎn)的需求并不斷加以改進(jìn)，以期找到更加合理的方式。

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作者簡(jiǎn)介：李曉波（1985，11-），男，籍貫：陜西寶雞，職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，主要研究方向：電氣自動(dòng)化。