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電機軟啟動器的應(yīng)用
河南全新液態(tài)起動設(shè)備有限公司發(fā)明專利產(chǎn)品 發(fā)明專利號:ZL200810049100.8
摘 要：本文論述了對于鼠籠型三相異步電動機傳統(tǒng)啟動與軟啟動的優(yōu)缺點，以及軟啟動技術(shù)在油田配電設(shè)備上的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)啟動、應(yīng)用降壓起動器、軟啟動、電動機
一、前言
隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的日新月異，鉆井設(shè)備的更新與發(fā)展，對電氣配套設(shè)備的技術(shù)要求也越來越高。軟啟動控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。如：水站配電柜、高低壓移動變電站、無人值守泵站、無人值守供熱站、各種遙控調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)自動化等等。這正是國家實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是每一個技術(shù)人員肩負的重要責(zé)任。
軟啟動技術(shù)的應(yīng)用，給我們提出了很多要求。如電網(wǎng)的波動性，執(zhí)行機構(gòu)的智能配套等，都要求越來越嚴(yán)格。作為重要驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)的電動機來說，它的控制方式受到廣大技術(shù)人員的高度重視。既要為智能控制打下良好基礎(chǔ)，又要降低電動機起動時對電網(wǎng)的沖擊。所以，不得不在電動機的起動設(shè)備上做工作。
鼠籠型異步電動機電子軟啟動器的誕生給技術(shù)人員解決了這個問題。它既能改變電動機的起動特性保護拖動系統(tǒng)，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(xiàn)智能控制。
二、電動機起動方式的選擇
傳統(tǒng)啟動裝置與軟啟動裝置的優(yōu)缺點：
電動機傳統(tǒng)啟動方式有自耦減壓、Y/△減壓、延邊△減壓及串電抗器減壓（磁控式），其共同特點是控制線路簡單，啟動轉(zhuǎn)矩不可調(diào)并有二次沖擊電流，對負載有沖擊轉(zhuǎn)矩。如電網(wǎng)電壓下降可能會造成堵轉(zhuǎn)。上述方式在停機時均為瞬間動作，如無機械緩沖裝置會對相關(guān)設(shè)備造成損壞。
?軟啟動裝置有下特點：
1)降低電機啟動電流和配電容量，避免增容投資。
2)降低啟動機械應(yīng)力，延長電機及相關(guān)設(shè)備的壽命。
3)啟動參數(shù)可視負載調(diào)整，以達到最佳啟動效果。
4)多種啟動模式及保護功能，易于改善工藝、保護設(shè)備。
5)備有外控端子，可方便實現(xiàn)異地控制或自動控制。
6)全數(shù)字開放式操作顯示鍵盤，操作靈活簡便。
7)高度集成的Intel微處理器控制系統(tǒng)，性能可靠。
8)大電流無觸點交流開關(guān)無級調(diào)壓，調(diào)壓范圍寬、過載能力強。
9)產(chǎn)品可用作頻繁或不頻繁啟動。
有關(guān)研究資料報道，絕大部分故障都是在啟動過程中出現(xiàn)的，軟啟動的出現(xiàn)，避免了以上傳統(tǒng)啟動的缺點。
作為應(yīng)用最廣泛的鼠籠型異步電動機，它采用降壓起動的條件：一是電動機起動時，機械不能承受全壓起動的沖擊轉(zhuǎn)矩；二是電動機起動時，其端電壓不能滿足規(guī)范要求；三是電動機起動時，影響其他負荷的正常運行。
對于降壓起動目前有兩種方式，一種是降壓起動，一種是軟起動。他經(jīng)過了三個發(fā)展階段，一是“Y-Δ” 起動器和自藕降壓起動器，二是磁控式軟啟動器，三是目前最先進最流行的電子軟啟動器。電子軟啟動器一般都是采用16位單片機進行智能化控制，他既能保證電動機在負載要求的起動特性下平滑起動，又能降低對電網(wǎng)的沖擊，同時，還能實現(xiàn)直接計算機通訊控制，為自動化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。
它們的造價比較是：“Y-Δ”起動器須六根出線而且故障率太高，維修費也高已不常采用，自藕方式每個千瓦80元左右，磁控的每千瓦150元左右，自藕和磁控的體積較大且故障率較高，維修費較高，電子軟啟動器每個千瓦在100元到200元之間，一般情況下，一臺開關(guān)柜能放多臺電子軟啟動器，節(jié)省工程造價，且故障率較低，維修費也低。所以，電子軟啟動器應(yīng)是我們首選的目標(biāo)。
三、電子軟啟動器的選擇
通過以上所述，毋庸置疑地在工程設(shè)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(yè)效益，對電動機的起動就必須首先采用先進的起動設(shè)備??電子軟啟動器。
軟啟動的工作原理
在三相電源與電機間串入三相聯(lián)晶閘管，利用晶閘管移相控制原理，啟動時電機端電壓隨晶閘管的導(dǎo)通角從零逐漸上升，電機轉(zhuǎn)速逐漸增大，直至達到滿足啟動轉(zhuǎn)矩的要求而結(jié)束啟動過程，此時旁路接觸器接通（避免電機在運行中對電網(wǎng)形成諧波污染，延長晶閘管壽命），電機進入穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)，停車時先切斷旁路接觸器，然后由軟啟動器內(nèi)晶閘管導(dǎo)通角由大逐漸減小，使三相供電電壓逐漸減小，電機轉(zhuǎn)速由大逐漸減小到零，停車過程完成。
軟啟動的起停方式
３．１ 電壓斜坡軟啟動
啟動電機時，軟啟動器的電壓快速升至U1，然后在設(shè)定時間t內(nèi)逐漸上升，電機隨著電壓上升不斷加速，達到額定電壓和額定轉(zhuǎn)速時，啟動過程完成如圖2。
３．２ 限流啟動
啟動電機時，軟啟動器的輸出電壓迅速增加，直到輸出電流達到限定值，保持輸出電流不大于該值，電壓逐步升高，使電動機加速，當(dāng)達到額定電壓、額定轉(zhuǎn)速時，輸出電流迅速下降至額定電流，啟動過程完成，如圖1。該方式用于某些需快速啟動的負載電機。
３．３ 斜坡限流啟動
啟動電機時，輸出電壓在設(shè)定時間內(nèi)平穩(wěn)上升，同時輸出電流以一定的速率增加，當(dāng)啟動電流增至限定值Im時，保持電流恒定，直至啟動完成。
該方式適用于泵類及風(fēng)機類負載電機。
３．４ 軟停車
在該方式下停止電機時，電機的輸出電壓由額定電壓在設(shè)定的軟停時間內(nèi)逐步降低至零，停車過程完成。該方式常用于水泵負載，它成功地解決了傳統(tǒng)停車過程中的“水錘”現(xiàn)象（即瞬間停機引起流體原來狀態(tài)的劇烈變化，造成流體對管道的沖擊）。
在應(yīng)用電子軟啟動器時應(yīng)考慮哪些問題呢？做為軟啟動器首先要看它的起動性能和停車性能，目前的軟啟動器有以下五種起動方式：
限流起動顧名思義是限制電動機的起動電流，它主要是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。
斜坡電壓起動顧名思義是電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)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(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對拖動系統(tǒng)不利，且起動時間長有損于電機。
轉(zhuǎn)矩控制起動用在重載起動，它是將電動機的起動轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點是起動平滑，柔性好，對拖動系統(tǒng)有更好的保護，它的目的是保護拖動系統(tǒng)，延長拖動系統(tǒng)的使用壽命。同時降低電機起動時對電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載起動方式，它的缺點是起動時間較長。
轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩克服電機靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動時間。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負荷，應(yīng)用時要特別注意。電壓控制起動是用在輕載起動的場合，在保證起動壓降下發(fā)揮電動機的最大起動轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動時間，是最優(yōu)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(yīng)是電壓控制起動和轉(zhuǎn)矩控制起動及轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動。目前的軟啟動器多是限電流起動和斜波電壓起動，它是最原始最低級最簡單的方式（如“ABB”軟起以及國內(nèi)的大多廠家），還有的是限流起動和轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動。唯有“雷諾爾”的軟啟動器實現(xiàn)了電壓控制和純轉(zhuǎn)矩控制及轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動�！癆B”、“施耐德”、“西門子”的是限流起動和轉(zhuǎn)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(tǒng)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(chǎn)品的短路自保護，二是無故障停機保護，三是產(chǎn)品故障率。前兩項可通過產(chǎn)品說明書識別，國內(nèi)產(chǎn)品除“雷諾爾”的自帶短路保護外其它的一般都不自帶短路保護，需外加快速熔斷器，自動開關(guān)不能保護電子軟啟動器。國外的“ABB”不自帶短路保護，需外加快速熔斷器。無故障停機保護看它的軟起是不是帶有綠色單元（KGL），所有的電力電子產(chǎn)品世界難題是無故障停機（干擾停機）現(xiàn)象。目前，市場上流行的電子軟起中唯有“雷諾爾”的加裝了綠色單元。
智能控制功能的選擇：在選擇軟起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珍診斷功能等。目前發(fā)現(xiàn)這些功能完整的只有“雷諾爾”的軟起，并且在天津市城市排水微機控制中得到良好應(yīng)用。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，單項接地保護，上下口斷相保護，三相不平衡保護，相位顛倒保護等。冷卻方式分機械風(fēng)冷和自然風(fēng)冷。柜體是否需加機械通風(fēng)，元器件的排布等，機械風(fēng)冷的柜體加機械通風(fēng)，軟起正上方不能放電器元件，機械風(fēng)冷的還要考慮傾斜度等。自然風(fēng)冷的無此要求。運行方式分在線型和非在線型，選型時盡量選用非在線型。
四、結(jié)論
通過論述，軟啟動是集電子技術(shù)、微處理技術(shù)于一體的具有先進科技水平，運行安全可靠的電機控制裝置（國內(nèi)稱為soft starter），它具有很多傳統(tǒng)電機啟動裝置無法比擬的優(yōu)點，電動機的降壓起動方式經(jīng)過了“Y-Δ” 起動器和自藕降壓起動器到磁控式軟啟動器，目前又發(fā)展到電子軟啟動器。所以在工程應(yīng)用中，當(dāng)電動機在直接起動不能滿足要求時，首先考慮的是電子軟啟動器。這是科技發(fā)展的歷史階段，可看出軟啟動有傳統(tǒng)啟動裝置無法比擬的優(yōu)點，特別適用于各類泵類或風(fēng)機負載，對工作機械較特殊的如突跳、平滑加速、減速、快速停止，低速制動的場合，也是傳統(tǒng)啟動裝置的較理想的換代產(chǎn)品
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