電動機軟啟動器的探討

何孟智

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

[關鍵詞]電動機軟起動控制軟啟動器選擇應用

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

一、前言

隨著國民經濟的飛速發展,科學技術的日新月異,智能控制系統得到了廣泛的應用。如:智能大廈、無人值守泵站、無人值守供熱站、各種遙控調度系統、生產作業自動化等等。這正是國家實現科學技術現代化的重要標志,也是每一個技術人員肩負的重要責任。

智能控制技術的應用,給我們提出了很多要求。如電網的波動性,執行機構的職能配套等,都要求越來越嚴格。作為重要驅動執行機構的電動機來說,它的控制方式受到廣大技術人員的高度重視。既要為智能控制打下良好基礎,又要降低電動機起動時對電網的沖擊。所以,不得不在電動機的起動設備上做工作。

鼠籠型異步電動機電子軟起動器的誕生給技術人員解決了這個問題。他既能改變電動機的起動特性保護拖動系統,更能保證電動機可靠起動,又能降低起動沖擊,而且配有計算機通訊接口實現智能控制。

二、軟啟動分類

軟起動可減小電動機硬起動(即直接起動)引起的電網電壓降,使之不影響共網其它電氣設備的正常運行,可減小電動機的沖擊電流,沖擊電流會造成電動機局部溫升過大,降低電動機壽命,可減小硬起動帶來的機械沖力,沖力加速所傳動機械(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行。軟起動使電動機可以起停自如,減少空轉,提高作業率,因而有節能作用。

軟起動可分為有級和無級兩類,前者的調節是分檔的;后者的調節是連續的。傳統的軟起動均是有級的。本文關心的是無級的,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矩。價格貴是制約其推廣應用的主要因素。

在電動機定子回路,通過串加有限流作用的電力器件實現軟起動,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

軟起動與傳統的降壓起動的性能指標見表1:

表1

軟起動運行特點:

1.能使電機起動電壓以恒定的斜率平穩上升,起動電流小,對電網無沖擊電流,減小負載的機械沖擊。

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

3.可以根據不同的負載設定起動時間。

4.起動器還具有可控硅短路保護、缺相保護、過熱保護、欠壓保護。

四、電子軟起動器的選擇

在工程設計和工程改造中,要想改善工藝提高自動化水平,降低成本提高企業效益,對電動機的起動就必須首先采用先進的起動設備——電子軟起動器。關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:限制電動機的起動電流。主要應用在輕載起動的負載降低起動壓降,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,它的缺點是初始轉矩小,轉矩特性拋物線形上升對拖動系統不利,且起動時間長有損于電機。

3.轉矩控制起動:用在重載起動,它是將電動機的起動轉矩由小到大線性上升,它的優點是起動平滑,柔性好,對拖動系統有更好的保護,它的目的是保護拖動系統,延長拖動系統的使用壽命。同時降低電機起動時對電網的沖擊,是最優的重載起動方式,它的缺點是起動時間較長。

4.轉矩加突跳控制起動:與轉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矩克服電機靜轉矩,然后轉矩平滑上升,縮短起動時間。但是,突跳會給電網發送尖脈沖,干擾其它負荷,應用時要特別注意。

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揮電動機的最大起動轉矩,盡可能的縮短了起動時間,是最優的輕載軟起動方式。

綜上所述不難看出,最適用最先進的起動方式應是電壓控制起動和轉矩控制起動及轉矩加突跳控制起動。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反慣性沖擊。制動停車在一定的場合代替了反接制動停車。可靠性的選擇:可靠性分三個方面,一是產品的短路自保護,二是無故障停機保護,三是產品故障率。

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,是否帶微機接口,接口是否帶有通訊地址和程序,是否能達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功能完備和冷卻方式以及運行方式等,如:過電流保護,過壓保護,單相接地保護,斷相保護,三相不平衡保護,相位顛倒保護等。冷卻方式分機械風冷和自然風冷。柜體是否需加機械通風,元器件的排布等,機械風冷的柜體加機械通風,軟起正上方不能放電器元件,機械風冷的還要考慮傾斜度等。運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

晶閘管軟起動產品問世不過30年左右的時間,它是當今電力電子器件長足進步的結果。10年前,電氣工程界就有人指出,晶閘管軟起動將引發軟起動行業的一場革命。目前在低壓(380V)范圍內,晶閘管軟起動產品價格已經下降到液阻軟起動的大約2倍,而其主要性能卻大優于液阻軟起動。與液阻軟起動相比,它的體積小、結構緊湊,維護量小,功能齊全,菜單豐富,起動重復性好,保護周全,這些都是液阻軟起動難以望其項背的。

但是晶閘管軟起動產品也有缺點:一是高壓產品的價格太高,是液阻的5～10倍;二是晶閘管引起的高次諧波較嚴重;三是對于繞線轉子異步電機無所作為。在這幾個缺點中,價格高是制約其發展的主要因素。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、軟起動相關問題

1.軟起動可減小電動機直接起動引起的電網電壓降,不會影響共網其它電氣設備的正常運行,可減小電動機的沖擊電流,沖擊電流會造成電動機局部溫升過大,降低電動機壽命,可減小硬起動帶來的機械沖力及磨損,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行。

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

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子的異步電動機或同步電動機,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由靜止狀態到穩定的運轉狀態。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據輸入到計算機內,從而得到輸出——軟起動相關機電變量:轉速、電流、電壓等的時間曲線,以及描述曲線特征的一些關鍵數據。軟起動仿真給出的結果雖然只是一種預測,但對用戶和設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,也適合于小容量電動機。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、大容量電動機場合,它的性能價格比優勢會更明顯。

七、軟起動的應用場合

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

八、結束語

軟起動器現已廣泛用于冶金、鋼鐵、油田、化工、紡織、化纖、輕工、造紙、橡膠、塑料、電力、水務等各行各業,隨著我國的經濟的快速發展,高層建筑、商貿大廈、娛樂中心等現代化建筑越來越多。軟起動器用于大樓的消防系統與噴淋泵、生活泵等系統,可以實現消防泵定時自動檢測,定時自動關閉;加上相應的控制邏輯,則可以對消防泵及各個系統運轉是否正常,實施平時檢測時,定時低速低水壓運行;在滅火時,則實施全速滿載運行。將若干臺電動機控制邏輯組合,可以組成生活泵系統或其他專用系統,按需要量逐次起動各臺電機,也可逐次減少電機,實現最佳效率運行。還可以實現多臺電機自動轉換運行,使各電機都處于同等的運行壽命。而傳統的降壓起動設備由于固有的弱點,已無法滿足現代化建筑的需要,所以選擇智能型電動機起動設備,將是必然的發展方向。

參考文獻:

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