軟啟動(dòng)工作原理及其在煤礦的應(yīng)用

[摘要]介紹軟啟動(dòng)器的工作原理，分析其在煤礦中的應(yīng)用前景，并對(duì)軟啟動(dòng)器的節(jié)能及應(yīng)用中遇到的問題進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]軟啟動(dòng)器 工作原理 直啟與軟啟 一拖一 一拖多 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TQ54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2009）0720073－01

一、引言

軟啟動(dòng)是在電源和電機(jī)之間串入軟啟動(dòng)器的一種電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)方式。軟啟動(dòng)器在煤礦中作為皮帶、風(fēng)機(jī)、水泵等啟動(dòng)開關(guān)，能夠減小沖擊電流，并有顯著的節(jié)能效果。同時(shí)由于其系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用及維護(hù)方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

二、軟啟動(dòng)的工作原理

軟啟動(dòng)器主要由串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間，三對(duì)反并聯(lián)晶閘管調(diào)壓電路串接在電機(jī)定子的三相電路中，以單片機(jī)為控制核心。利用三對(duì)晶閘管的電子開關(guān)特性，控制其觸發(fā)脈沖的遲早來(lái)改變觸發(fā)角的大小，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子的端電壓，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動(dòng)機(jī)從零開始加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流的最大值，可根據(jù)負(fù)載情況設(shè)定。軟啟動(dòng)器具有過(guò)載保護(hù)、缺相保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)。

電機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)成功的解決了交流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)造成較大的啟動(dòng)電流，對(duì)供電電壓質(zhì)量影響和供電線路電耗增大以及對(duì)機(jī)械設(shè)備沖擊等問題，現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器是傳統(tǒng)的Y-△啟動(dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)理想的換代產(chǎn)品。

三、軟啟動(dòng)的應(yīng)用分析

當(dāng)供電系統(tǒng)中有較大功率電動(dòng)機(jī)，可能會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)其他用戶產(chǎn)生影響時(shí)，為了保證其他負(fù)荷的用電質(zhì)量，就可采用軟啟動(dòng)器。以數(shù)字式軟啟動(dòng)器為核心，輔以輸入端斷路器、軟啟動(dòng)器、旁路接觸器，以及二次側(cè)電路組成電動(dòng)機(jī)控制柜，可以完成兩地控制，多種控制方式選擇，另外可顯示電流、電壓值和故障報(bào)警、運(yùn)行狀態(tài)等信息。

（一）軟啟動(dòng)器在煤礦中的應(yīng)用情況

軟啟動(dòng)器廣泛應(yīng)用于煤礦風(fēng)機(jī)，皮帶、水泵、架空乘人裝置等設(shè)備的啟動(dòng)，且具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1．限制啟動(dòng)電流，防止沖擊轉(zhuǎn)矩；

2．電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、使用、維護(hù)方便；

3．節(jié)能效果顯著；

4．價(jià)格低廉。

（二）應(yīng)用實(shí)例：帶式輸送機(jī)的改造

皮帶情況：帶式輸送機(jī)輸送長(zhǎng)度為700米，輸送寬度為1.4米，最大輸送傾斜度約為18度；雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單臺(tái)電機(jī)功率為200KW，三班制運(yùn)行，交接班時(shí)間停機(jī)2小時(shí)，一天正常啟動(dòng)3次；正常啟動(dòng)時(shí)為空載。

改造前：驅(qū)動(dòng)裝置以電機(jī)、限矩型液力耦合器、減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)輥組成，雖然這一驅(qū)動(dòng)組合在啟動(dòng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，但由于啟動(dòng)過(guò)程的不可控性和其限矩型液力耦合器的固有特性，啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)脈沖式的沖擊抖動(dòng)現(xiàn)象，啟動(dòng)平穩(wěn)性差，沖擊大，輸送帶橫向裂紋多，易出現(xiàn)斷帶事故。

經(jīng)過(guò)調(diào)研后，加裝帶式輸送機(jī)多電機(jī)驅(qū)動(dòng)自控調(diào)速啟動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。該系統(tǒng)具有啟停時(shí)間可調(diào)、故障監(jiān)控和自動(dòng)保護(hù)等多種功能，所有設(shè)備運(yùn)行參數(shù)在中控室里集中顯示、自動(dòng)記錄和異常報(bào)警，避免了各類事故的發(fā)生。

改造后運(yùn)行近三年，完全消除了啟動(dòng)沖擊對(duì)輸送帶造成的機(jī)械損傷。

1．使用近三年，未發(fā)生過(guò)斷帶故障。

2．系統(tǒng)無(wú)論在空載模式或帶載模式啟動(dòng)都很平穩(wěn)。

3．利用系統(tǒng)調(diào)速功能設(shè)定帶速保證了設(shè)備的日常檢修及安全運(yùn)行。

由于突發(fā)故障的減少、驗(yàn)帶工作的日常化、程序化，提高了設(shè)備運(yùn)行管理的計(jì)劃性和維修效率，改造后的帶式輸送機(jī)的產(chǎn)能得到了很大的提高。

四、軟啟動(dòng)器的節(jié)能原理分析

設(shè)備在欠負(fù)載的情況下，電機(jī)銅損、鐵損比例增加，功率因數(shù)下降，電機(jī)有效用電率降低，在輕載時(shí)如果降低輸入電壓，減小電機(jī)主磁通，電機(jī)的鐵心損耗及磁化電流將減小，從而電機(jī)的效率、功率因數(shù)將得到提高，這就是軟啟動(dòng)器節(jié)能運(yùn)行的基本原理。具有節(jié)能功能的軟啟動(dòng)器可對(duì)電機(jī)電流、功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，控制電動(dòng)機(jī)端電壓變化，使其在欠載或空載的情況下調(diào)整電動(dòng)機(jī)上的電壓，使其產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

軟啟動(dòng)的節(jié)能效果在設(shè)備中低負(fù)荷率，中低功率因數(shù)時(shí)，具有較好的節(jié)能效果。

五、軟啟動(dòng)器應(yīng)用中若干問題的探討

（一）選擇直接啟動(dòng)與軟啟動(dòng)的原則

直接啟動(dòng)即全壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)方法簡(jiǎn)單，但交流異步電機(jī)啟動(dòng)電流大，一般為電機(jī)額定電流的4-7倍，過(guò)大的啟動(dòng)電流導(dǎo)致礦井供電線路產(chǎn)生較大的壓降，影響電網(wǎng)上其他設(shè)備的正常運(yùn)行，國(guó)標(biāo)要求是直接啟動(dòng)的啟動(dòng)電流在電網(wǎng)中引起的電壓降不超過(guò)電網(wǎng)中額定電壓的10%（頻繁啟動(dòng)）或15%（不頻繁啟動(dòng)）就允許直接啟動(dòng)，但是在實(shí)際工程中還應(yīng)綜合考慮負(fù)載場(chǎng)合等因素，如中大容量電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，直接啟動(dòng)時(shí)很大的突跳轉(zhuǎn)矩沖擊使軸承、齒輪磨損加重甚至損壞，減速箱故障率高，皮帶磨損加重甚至經(jīng)常拉斷，同時(shí)過(guò)大的機(jī)械沖擊大大降低機(jī)械設(shè)備壽命，很大的沖擊電流導(dǎo)致電機(jī)繞組絕緣老化，電器設(shè)備壽命下降，設(shè)備維護(hù)率高，從而嚴(yán)重影響生產(chǎn)，所以一般工業(yè)生產(chǎn)中相對(duì)較大功率的電機(jī)在經(jīng)濟(jì)允許的條件下盡量采取軟啟動(dòng)方式。

（二）一拖一與一拖多控制方案的選擇

一般情況下應(yīng)采用一臺(tái)軟啟動(dòng)器拖動(dòng)一臺(tái)電機(jī)的方案即一拖一控制方案，尤其是對(duì)負(fù)載等級(jí)要求較高的場(chǎng)合如風(fēng)機(jī)、水泵連續(xù)性生產(chǎn)的設(shè)備等，這種方案的電氣主回路及控制回路接線非常簡(jiǎn)單同時(shí)大多品牌的軟啟動(dòng)器具有過(guò)流、缺相、過(guò)載、等多種保護(hù)功能，可對(duì)電機(jī)實(shí)施在線保護(hù)，充分發(fā)揮軟啟動(dòng)器的軟啟、軟停及綜合保護(hù)功能。

在負(fù)載等級(jí)要求一般，允許短時(shí)停機(jī)或負(fù)荷不大的設(shè)備（一般性負(fù)載），如負(fù)載較小的皮帶、架空乘人裝置等非連續(xù)性生產(chǎn)的一般性負(fù)載等，為節(jié)省設(shè)備投資可采用一臺(tái)軟啟動(dòng)器循環(huán)拖動(dòng)多臺(tái)電機(jī)負(fù)載的方案。理論上一臺(tái)軟啟動(dòng)器可循環(huán)拖動(dòng)任意臺(tái)電機(jī)，實(shí)際生產(chǎn)中采用一臺(tái)軟啟動(dòng)器拖動(dòng)兩臺(tái)、三臺(tái)電機(jī)負(fù)載的情況為多。

六、結(jié)語(yǔ)

軟啟動(dòng)在改善電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命及節(jié)能降耗方面具有很好的效果，其在煤礦的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

作者簡(jiǎn)介：

鐘兆華（1981-），男，畢業(yè)于山東科技大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)，本科學(xué)歷，現(xiàn)工作于山東新查莊礦業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電科，助理工程師。