某燒結(jié)工程主抽風(fēng)機(jī)軟起動過程分析

張水龍

（中冶華天工程技術(shù)有限公司安徽馬鞍山243005）

某燒結(jié)工程主抽風(fēng)機(jī)軟起動過程分析

張水龍

（中冶華天工程技術(shù)有限公司安徽馬鞍山243005）

結(jié)合具體工程實例詳細(xì)分析了同步電動機(jī)在起動過程中的特性。利用起動過程中的電流變化，配合軟起動設(shè)備性能，風(fēng)機(jī)選擇重起動方式，完成大風(fēng)機(jī)起動。

同步電機(jī)軟起動分析

同步機(jī)具有運(yùn)行速度恒定、功率因數(shù)可調(diào)、運(yùn)行效率高、對電網(wǎng)有無功補(bǔ)償作用等獨(dú)特的特點［1］。在現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)中大功率傳動領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭，是驅(qū)動大型風(fēng)機(jī)、軋機(jī)、壓縮機(jī)的首選機(jī)型。在燒結(jié)工程中基本上是選擇同步電機(jī)來作為主抽風(fēng)機(jī)的驅(qū)動。在本工程中，主抽風(fēng)機(jī)配套2臺5 400 kW同步電機(jī)。

1 同步電機(jī)起動特性分析

同步電機(jī)是沒有原起動能力的。在同步電動機(jī)的定子三相繞組中通入頻率為50 Hz的三相對稱電流時，氣隙中所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n1=60f1/P旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子尚未牽入同步前，功角可以在0°～360°之間連續(xù)不斷的變化，同步轉(zhuǎn)矩的平均值為零，只能引起轉(zhuǎn)子的振動，不能用來給轉(zhuǎn)子加速。所以，同步轉(zhuǎn)矩不能用來起動。

同步電機(jī)的啟動必須采用其他方法(輔助電機(jī)啟動法、異步啟動法、變頻啟動法)。現(xiàn)在多數(shù)都是采用異步啟動法。

2 主抽風(fēng)機(jī)采用高壓磁控調(diào)壓器軟啟動

主抽風(fēng)機(jī)采用高壓磁控調(diào)壓器軟啟動，其啟動控制系統(tǒng)由業(yè)主委托給風(fēng)機(jī)廠家成套設(shè)計供貨，系統(tǒng)方案圖見圖1。

按照圖1方案實施，2010年12月16日4點07分2號主抽風(fēng)機(jī)帶負(fù)載起動，起動約3 s，高壓柜跳閘。檢查結(jié)果為微機(jī)保護(hù)器顯示套管零序過流動作，電機(jī)繞組對地絕緣阻值2 500 MΩ,電機(jī)繞組直流電阻三相平衡，電機(jī)正常，軟啟動設(shè)備內(nèi)部調(diào)壓器A相、B相繞組開路。判定故障為調(diào)壓器內(nèi)部繞組燒壞。聯(lián)系廠家更換損壞元件，12月27日再次試車，2號主抽風(fēng)機(jī)帶負(fù)載起動，試車正常（啟動時間53 s，起動電流1 510 A），運(yùn)轉(zhuǎn)2 h后停機(jī)；再次試車1號主抽風(fēng)機(jī)，試車正常(起動時間51s,起動電流1505A)，運(yùn)轉(zhuǎn)4 h后停機(jī)。12月28日，再次啟動2號主抽風(fēng)機(jī),高壓柜跳閘。檢查結(jié)果與12月16日相同，軟啟動設(shè)備內(nèi)部調(diào)壓器一次側(cè)B相繞組開路，調(diào)壓器內(nèi)部繞組燒壞。

圖1 主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主接線圖

從圖1可知道，主接線圖是一個變壓器降壓啟動。它的工作原理是利用電磁控制柜調(diào)控起動變壓器副邊電壓，通過磁控原理，使得電機(jī)端電壓發(fā)生變化，達(dá)到軟起動的目的。

（1）同步電機(jī)的啟動分析。同步電機(jī)在異步起動時，分為兩個階段：異步起動和牽入同步。異步起動過程：同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁極上都裝有籠型繞組，用來產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩。同步電動機(jī)的異步起動過程依靠這種異步起動轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子加速到準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速以上。在異步起動過程中，勵磁繞組中不能通入直流電流，避免直流磁勢在定子繞組中產(chǎn)生附加電流，增加定子繞組的損耗和發(fā)熱。在異步起動過程中也不能使勵磁繞組開路，避免高的感應(yīng)電壓損壞勵磁繞組的絕緣。在異步起動的低速區(qū)間，勵磁繞組既不允許通入直流又不允許開路，唯一的辦法是將勵磁繞組短路。勵磁繞組短接后相當(dāng)于一個單相繞組，它在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下產(chǎn)生電勢和電流，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子上的磁勢。如果單純的將轉(zhuǎn)子繞組直接短接，啟動過程中也回在繞組中產(chǎn)生較大的電流，應(yīng)串接一定阻值（通常為轉(zhuǎn)子繞組電阻值的5～10倍）的電阻后可靠閉合，以防止啟動失敗或損壞轉(zhuǎn)子繞組的絕緣。啟動時只在定子上加上三相對稱電壓以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到電機(jī)的亞同步轉(zhuǎn)速（n=0.95n0）時，異步起動過程完成。牽入同步過程：當(dāng)同步機(jī)轉(zhuǎn)速到亞同步時,此時應(yīng)將轉(zhuǎn)子勵磁繞組打開，通入直流電流，開始牽入過程。此時，由于勵磁電流的突然加入，電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生突變，通常稱為機(jī)械上的“飛車”。狀態(tài)上的突變需要吸收大量能量來補(bǔ)充，所以，此時在電機(jī)定子會有一個瞬間的大電流產(chǎn)生。供給轉(zhuǎn)子直流勵磁的方法有兩種：一種是在電動機(jī)降壓加速到準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速后，供給直流勵磁電流，使轉(zhuǎn)子牽入同步，然后投入全電壓，這種方法稱為“輕起動”，該方法牽入轉(zhuǎn)矩較小；另一種是在降壓加速到一定轉(zhuǎn)速時，投入全電壓加速到準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速后，接入直流勵磁牽入同步，該方法稱為“重起動”，牽入轉(zhuǎn)矩較大。

從同步電機(jī)的啟動分析可知，在大中型同步機(jī)的啟動過程中強(qiáng)調(diào)要在轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻后可靠閉合，主要是需要大電阻的抑制電流能力。變壓器降壓啟動卻只有降壓能力，沒有抑流能力。這也是變壓器降壓起動時起動電流小，電磁轉(zhuǎn)矩小的特點。雖然在這個過程中也有成功起動風(fēng)機(jī)的經(jīng)歷，但風(fēng)機(jī)起動電流燒壞了調(diào)壓器內(nèi)部繞組，所以，這種軟啟動型式并不能適應(yīng)這種主抽風(fēng)機(jī)的場合。

經(jīng)與軟起動廠家商議，甲方?jīng)Q定更換軟起動設(shè)備，改為高壓固態(tài)軟起動。這中固態(tài)軟起動以CPU為管理中心、ASIC專用集成電路為核心組成的控制系統(tǒng)和晶閘管(可控硅)等電子原件組成，由微處理器發(fā)出“觸發(fā)”脈沖加到6只晶閘管的觸發(fā)極上，以控制晶閘管的導(dǎo)通角，使晶閘管的輸出電壓電流受“觸發(fā)”脈沖的相位角控制，因此，可以用微處理器控制晶閘管的輸出電壓，實現(xiàn)電動機(jī)的軟起動。更換后的系統(tǒng)接線圖見圖2。

接受以前的教訓(xùn)，決定這次風(fēng)機(jī)起動過程中的牽入過程采用“重起動”，即先采用軟起動降壓起動，電機(jī)到接近亞同步轉(zhuǎn)速，甩開軟起動，投全壓，亞同步轉(zhuǎn)速接入直流勵磁，靠同步轉(zhuǎn)矩制動牽入同步。起動過程電流見圖3。

圖2 更換后的主抽風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主接線圖

圖3 風(fēng)機(jī)啟動過程電流示意圖

圖3中A點為起動電流波峰值，為電機(jī)額定電流（365 A）的3.7倍，基本符合電機(jī)起動要求。B點為投全壓點，判斷依據(jù)主要是根據(jù)轉(zhuǎn)子上的電壓，即轉(zhuǎn)子電壓接近0時,軟起動星點柜合閘，甩開軟起動，全壓加速。電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近亞同步（n=0.95n0）時，即圖3中C點，脫離軟起動2 s后，勵磁繞組通入直流電源。這個時候電動機(jī)會瞬間高速旋轉(zhuǎn)，回路中有強(qiáng)大的電流，但是軟起動已經(jīng)脫離回路，所以不會對軟起動造成沖擊。這個過程很短暫，沖擊電流也基本上在電動機(jī)的可承受范圍內(nèi)（未達(dá)到電動機(jī)全壓起動6～7倍電流），也未對電網(wǎng)造成大的影響，軟起動成功。

3 結(jié)論

（1）主抽風(fēng)機(jī)同步電動機(jī)的軟起動應(yīng)該根據(jù)風(fēng)機(jī)起動過程電流選擇能同時降壓抑流的設(shè)備，軟起動也同時要求能經(jīng)受得住大電流的考驗。

（2）根據(jù)所定軟起動設(shè)備情況，及時調(diào)整起動時間，選擇正確牽入同步方式，以保護(hù)電動機(jī)和軟起動設(shè)備。

［1］《鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊》編委會編.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

（編輯：苗運(yùn)平）

Abstract：The characteristics of synchronous motor starting are analysesed in building with the engineering example.Basing on the current changing of the motor starting and property of softstarter,it can choose the way of motor restarting,to finish the process of blower starting.

Key words：synchronous motor,soft-starting,analysis

Analysis about Soft-starting of Main Exhaust Blower in Sintering

ZHANG Shuilong
（Huatian Engineering&Technology Corporation,Ma′anshan 243005，China）

TF046.4

A

2011－02－15

1672-1152（2011）01-0055-02

張水龍（1978-），男，在中冶華天工程技術(shù)有限公司自動化所工作，工程師。Tel：13855507709，E-mail: yinjie1015@163.com