淺析工業(yè)電機(jī)電力設(shè)備軟起動(dòng)器的應(yīng)用

徐小琴

摘 要：電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能來(lái)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)元件。電動(dòng)機(jī)與其他原動(dòng)力（如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)等）相比，電動(dòng)機(jī)的控制方法更為簡(jiǎn)便并可實(shí)現(xiàn)遙控和自動(dòng)控制。通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器節(jié)電原理的闡述，及電動(dòng)機(jī)起動(dòng)技術(shù)的分析，提出了應(yīng)用電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器在動(dòng)力設(shè)備上的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器；全壓起動(dòng)；可編程控制器

電力拖動(dòng)和電力拖動(dòng)系統(tǒng)是用電能來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)，驅(qū)動(dòng)、控制，它由三個(gè)部分組成：電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備和保護(hù)設(shè)備，電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械的傳動(dòng)裝置。在電力拖動(dòng)的運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)中生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求包含啟動(dòng)；改變運(yùn)動(dòng)的速度（調(diào)速）；改變運(yùn)動(dòng)的方向（正反轉(zhuǎn)）制動(dòng)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的控制方式一般有：1.繼電——接觸器式有觸點(diǎn)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(dòng)態(tài)特性，常采用反饋控制系統(tǒng)。3.可編程無(wú)觸點(diǎn)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(guó)通用汽車(chē)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(duì)新型控制器提出了“編程簡(jiǎn)單方便、可現(xiàn)場(chǎng)修改程序、維護(hù)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(xiàng)具體要求。1969年，美國(guó)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(tái)可編程控制器，并成功運(yùn)用到美國(guó)通用汽車(chē)公司的生產(chǎn)線上。其后日本、德國(guó)等國(guó)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(yùn)算、順序控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，因而稱(chēng)為可編程邏輯控制器（PLC）。

可編程控制器（PLC）是集計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)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(kāi)關(guān)控制的問(wèn)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(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域更是不斷擴(kuò)大，可采集存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還可對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)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(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。此外，隨著工廠網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化的發(fā)展，PLC可實(shí)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(guò)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(jī)械制造、電力、汽車(chē)、輕工、環(huán)保以及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)。233網(wǎng)校論文中心

電機(jī)電腦節(jié)電無(wú)觸點(diǎn)軟起動(dòng)器是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的新技術(shù)，具有節(jié)電效率高，軟起動(dòng)特性好等特點(diǎn)。對(duì)于我公司這樣的大型企業(yè)，在動(dòng)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(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的節(jié)電原理

在生產(chǎn)實(shí)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(yùn)行，輕載或空載的電動(dòng)機(jī)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(fèi)。衡量電動(dòng)機(jī)節(jié)電性能的重要指標(biāo)為電機(jī)空載或輕載時(shí)最低運(yùn)行電壓的大小，即功率因數(shù)CosΦ的大小。為了說(shuō)明電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載的情況下運(yùn)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(dòng)機(jī)為例。CosΦ的大小反應(yīng)了負(fù)載的變化。軟起動(dòng)器正是利用微機(jī)技術(shù)，用單片機(jī)作CPU，用可控硅作為執(zhí)行元件，實(shí)時(shí)檢測(cè)電流和電壓滯后角，即功率因數(shù)Φ角，輸入給單片機(jī)，單片機(jī)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(yùn)行時(shí)降低電機(jī)的端電壓，可使電機(jī)的鐵損大大減小，同時(shí)也可減小電機(jī)定子銅損，從而減小電機(jī)空載或輕載時(shí)的輸入功率，也就減小了電機(jī)有功和無(wú)功損耗，提高了功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)電控制。

2 電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)

交流傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展也是隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)，無(wú)論是大容量電機(jī)還是小容量電機(jī)現(xiàn)均可使同步電機(jī)或者異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆滑調(diào)速。也使交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。

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

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

全壓和降壓起動(dòng)的大電流，致使電動(dòng)機(jī)諧波磁勢(shì)增大，增大后的諧波磁勢(shì)又加劇了附加轉(zhuǎn)矩，附加轉(zhuǎn)矩是電機(jī)起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)和噪音的原因。

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

此外，軟起動(dòng)器還具有多種保護(hù)功能，配合硬件電路，軟件設(shè)計(jì)有過(guò)載、斷相、欠壓、過(guò)壓等保護(hù)程序，動(dòng)作可靠程度高。歸納起來(lái)，軟起動(dòng)器很好的解決了全壓和降壓起動(dòng)電流過(guò)大及其派生的許多問(wèn)題。

3 軟起動(dòng)器在動(dòng)力設(shè)備上的應(yīng)用

軟起動(dòng)器箱內(nèi)面板上設(shè)有兩個(gè)速率微動(dòng)開(kāi)關(guān)，分別對(duì)應(yīng)四種起動(dòng)速率：重載、次重載、次輕載、輕載，起動(dòng)時(shí)間分別是90S、70S、65S、60S。使用時(shí)根據(jù)起動(dòng)負(fù)載選相應(yīng)的起動(dòng)速率。引風(fēng)機(jī)用電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)：其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與離心式水泵類(lèi)似，阻轉(zhuǎn)矩都與轉(zhuǎn)速成正比，但是，風(fēng)機(jī)與水泵的結(jié)構(gòu)不同，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比水泵大的多，空氣的流動(dòng)性比水小，如果風(fēng)機(jī)不關(guān)風(fēng)閥起動(dòng)，將因空氣升能，管道阻力，摩擦阻力等因素，致使風(fēng)機(jī)起動(dòng)比水泵難，起動(dòng)加速的時(shí)間較長(zhǎng)，風(fēng)機(jī)起動(dòng)屬重載起動(dòng)。

風(fēng)機(jī)負(fù)載變化大，從風(fēng)機(jī)特性曲線上可看出。一般風(fēng)機(jī)功率計(jì)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?。环粗?，輸送的煙氣溫度越低，阻轉(zhuǎn)矩越大。風(fēng)機(jī)在起動(dòng)之初，要求關(guān)閉風(fēng)閥，實(shí)際應(yīng)用中則是將風(fēng)閥固定住。所以在選用軟起動(dòng)器時(shí)，要根據(jù)風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)工作電流的大小，來(lái)選擇相匹配的軟起動(dòng)器。風(fēng)機(jī)的節(jié)電潛力在高爐溫區(qū)段。

軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線安裝方便，節(jié)電顯著，是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與運(yùn)行技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)集合起來(lái)所構(gòu)成的系統(tǒng)總稱(chēng)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)等對(duì)各生產(chǎn)領(lǐng)域的控制過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督操作。它主要應(yīng)用領(lǐng)域有數(shù)控機(jī)床，通過(guò)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(jì)算機(jī)技術(shù)和制造系統(tǒng)在機(jī)電控制工業(yè)的應(yīng)用，是計(jì)算機(jī)化的制造系統(tǒng)。它主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。在工業(yè)上，它可以隨機(jī)地、按量地按照裝配部門(mén)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)。