电动机软启动器的探讨

何孟智

[摘要]介绍交流电动机在软起动控制中的几种起动方式及软起动相关问题,叙述电子软起动器的选择及应用场合。

[关键词]电动机软起动控制软启动器选择应用

中图分类号:TM3文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210045-02

一、前言

随着国民经济的飞速发展,科学技术的日新月异,智能控制系统得到了广泛的应用。如:智能大厦、无人值守泵站、无人值守供热站、各种遥控调度系统、生产作业自动化等等。这正是国家实现科学技术现代化的重要标志,也是每一个技术人员肩负的重要责任。

智能控制技术的应用,给我们提出了很多要求。如电网的波动性,执行机构的职能配套等,都要求越来越严格。作为重要驱动执行机构的电动机来说,它的控制方式受到广大技术人员的高度重视。既要为智能控制打下良好基础,又要降低电动机起动时对电网的冲击。所以,不得不在电动机的起动设备上做工作。

鼠笼型异步电动机电子软起动器的诞生给技术人员解决了这个问题。他既能改变电动机的起动特性保护拖动系统,更能保证电动机可靠起动,又能降低起动冲击,而且配有计算机通讯接口实现智能控制。

二、软启动分类

软起动可减小电动机硬起动(即直接起动)引起的电网电压降,使之不影响共网其它电气设备的正常运行,可减小电动机的冲击电流,冲击电流会造成电动机局部温升过大,降低电动机寿命,可减小硬起动带来的机械冲力,冲力加速所传动机械(轴、啮合齿轮等)的磨损,减少电磁干扰,冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。软起动使电动机可以起停自如,减少空转,提高作业率,因而有节能作用。

软起动可分为有级和无级两类,前者的调节是分档的;后者的调节是连续的。传统的软起动均是有级的。本文关心的是无级的,它们是液阻软起动、晶闸管软起动和磁控软起动。

变频调速装置液是一种软起动装置,它是比较理想的一种,它可以在限流同时保持高的启动转矩。价格贵是制约其推广应用的主要因素。

在电动机定子回路,通过串加有限流作用的电力器件实现软起动,叫做降压或者限流软起动,它是软起动中的一个重要类别。按限流器件不同可分为:以电解液限流的液阻软起动,以晶闸管为限流器件的晶闸管软起动,以磁饱和电抗器为限流器件的磁控软起动。

三、起动性能的比较

软起动与传统的降压起动的性能指标见表1:

表1

软起动运行特点:

1.能使电机起动电压以恒定的斜率平稳上升,起动电流小,对电网无冲击电流,减小负载的机械冲击。

2.起动电压上升斜率可调,保证了起动电压的平滑性,起动电压可依据不同的负载在30%～70%Ue(Ue为额定电压)范围内连续可调。

3.可以根据不同的负载设定起动时间。

4.起动器还具有可控硅短路保护、缺相保护、过热保护、欠压保护。

四、电子软起动器的选择

在工程设计和工程改造中,要想改善工艺提高自动化水平,降低成本提高企业效益,对电动机的起动就必须首先采用先进的起动设备——电子软起动器。关键是电子软启动器的起动性能和停车性能,目前的软启动器有以下几种起动方式:

1.限流起动:限制电动机的起动电流。主要应用在轻载起动的负载降低起动压降,在起动时难以知道起动压降,不能充分利用压降空间,损失起动力矩,对电动机不利。

2.斜坡电压起动:电压由小到大斜坡线性上升。它是将传统的降压起动从有级变成了无级,主要用在重载起动,它的缺点是初始转矩小,转矩特性抛物线形上升对拖动系统不利,且起动时间长有损于电机。

3.转矩控制起动:用在重载起动,它是将电动机的起动转矩由小到大线性上升,它的优点是起动平滑,柔性好,对拖动系统有更好的保护,它的目的是保护拖动系统,延长拖动系统的使用寿命。同时降低电机起动时对电网的冲击,是最优的重载起动方式,它的缺点是起动时间较长。

4.转矩加突跳控制起动:与转矩控制起动相仿也是用在重载起动,不同的是在起动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩,然后转矩平滑上升,缩短起动时间。但是,突跳会给电网发送尖脉冲,干扰其它负荷,应用时要特别注意。

5.电压控制起动:用在轻载起动的场合,在保证起动压降下发挥电动机的最大起动转矩,尽可能的缩短了起动时间,是最优的轻载软起动方式。

综上所述不难看出,最适用最先进的起动方式应是电压控制起动和转矩控制起动及转矩加突跳控制起动。目前的软启动器多是限电流起动和斜坡电压起动,它是最原始最低级最简单的方式,还有的是限流起动和转矩加突跳控制起动。停车方式有三种:一是自由停车,二是软停车,三是制动停车。电子软起动带来最大的停车好处就是软停车和制动停车。软停车消除了由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击。制动停车在一定的场合代替了反接制动停车。可靠性的选择:可靠性分三个方面,一是产品的短路自保护,二是无故障停机保护,三是产品故障率。

智能控制功能的选择:在选择软起动时要注意它的智能化程度,是否带微机接口,接口是否带有通讯地址和程序,是否能达到通讯控制以及故障自诊断功能等。其它方面还要考虑是否保护功能完备和冷却方式以及运行方式等,如:过电流保护,过压保护,单相接地保护,断相保护,三相不平衡保护,相位颠倒保护等。冷却方式分机械风冷和自然风冷。柜体是否需加机械通风,元器件的排布等,机械风冷的柜体加机械通风,软起正上方不能放电器元件,机械风冷的还要考虑倾斜度等。运行方式分在线型和非在线型,选型时尽量选用非在线型。

五、晶闸管软起动

晶闸管软起动产品问世不过30年左右的时间,它是当今电力电子器件长足进步的结果。10年前,电气工程界就有人指出,晶闸管软起动将引发软起动行业的一场革命。目前在低压(380V)范围内,晶闸管软起动产品价格已经下降到液阻软起动的大约2倍,而其主要性能却大优于液阻软起动。与液阻软起动相比,它的体积小、结构紧凑,维护量小,功能齐全,菜单丰富,起动重复性好,保护周全,这些都是液阻软起动难以望其项背的。

但是晶闸管软起动产品也有缺点:一是高压产品的价格太高,是液阻的5～10倍;二是晶闸管引起的高次谐波较严重;三是对于绕线转子异步电机无所作为。在这几个缺点中,价格高是制约其发展的主要因素。对于贫者,无力选用它;对于富者,何不直接选用高压变频装置?这就是高压晶闸管软起动比较受冷落的原因。

六、软起动相关问题

1.软起动可减小电动机直接起动引起的电网电压降,不会影响共网其它电气设备的正常运行,可减小电动机的冲击电流,冲击电流会造成电动机局部温升过大,降低电动机寿命,可减小硬起动带来的机械冲力及磨损,减少电磁干扰,冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。

2.软起动适用鼠笼型转子的异步电动机或同步电动机;不适用绕线型转子的异步电动机。

3.磁控软起动不论载荷是轻或是重,只要用户选用了鼠笼型转子的异步电动机或同步电动机,就可以选用磁控软起动。

4.软起动的起动方式是指用什么方法使电动机由静止状态到稳定的运转状态。例如恒电流起动,斜坡电压起动,电流带冲击的(“踢一脚”)起动(这个冲击有助于克服静阻矩),以及这些方式的交替或组合。开环软起动也是一种软起动方式。

5.软起动的起动方式菜单化是指起动方式可选,可以由按键输入,通过计算机软件完成软起动的起动方式的选择。

6.软起动仿真是指将用户提供的数据输入到计算机内,从而得到输出——软起动相关机电变量:转速、电流、电压等的时间曲线,以及描述曲线特征的一些关键数据。软起动仿真给出的结果虽然只是一种预测,但对用户和设计均有重要的参考价值。

7.磁控软起动不仅适合于大容量电动机,也适合于小容量电动机。只要用户有需求,不论大小均可采用磁控软起动。但是,如果磁控软起动用在高压、大容量电动机场合,它的性能价格比优势会更明显。

七、软起动的应用场合

现在市场有多种型号的软起动可供用户选择,不同产品所具功能也不尽相同,选择时建议遵循下述原则:异步电动机凡不需要调速的各种应用场合都可使用,适用于各种泵类负载或风机类负载,需要软起动与软停车(解决水锤效用),对于变负载工况、电动机长期处于轻载运行,只有短时或瞬间处于满负荷运行场合,应用软起动器(不带旁路接触器)则具有轻载节能的效果。

八、结束语

软起动器现已广泛用于冶金、钢铁、油田、化工、纺织、化纤、轻工、造纸、橡胶、塑料、电力、水务等各行各业,随着我国的经济的快速发展,高层建筑、商贸大厦、娱乐中心等现代化建筑越来越多。软起动器用于大楼的消防系统与喷淋泵、生活泵等系统,可以实现消防泵定时自动检测,定时自动关闭;加上相应的控制逻辑,则可以对消防泵及各个系统运转是否正常,实施平时检测时,定时低速低水压运行;在灭火时,则实施全速满载运行。将若干台电动机控制逻辑组合,可以组成生活泵系统或其他专用系统,按需要量逐次起动各台电机,也可逐次减少电机,实现最佳效率运行。还可以实现多台电机自动转换运行,使各电机都处于同等的运行寿命。而传统的降压起动设备由于固有的弱点,已无法满足现代化建筑的需要,所以选择智能型电动机起动设备,将是必然的发展方向。

参考文献:

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