浅谈工业电机电力设备软起动器的应用

陈慧

摘 要：电能是现代工业生产的主要能源和动力，电动机是将电能转换为机械能来拖动生产机械的驱动元件。电动机与其他原动力（如内燃机、蒸汽机等）相比，电动机的控制方法更为简便并可实现遥控和自动控制。通过对电动机软启动器节电原理的阐述，及电动机起动技术的分析，提出了应用电动机软起动器的优势和电动机软起动器在动力设备上的实际应用。

关键词：电动机软起动器；全压起动；可编程控制器

0 引言

电力拖动和电力拖动系统是用电能来驱动和控制生产机械拖动，驱动、控制，它由三个部分组成：电动机，电动机的控制设备和保护设备，电动机与生产机械的传动装置。在电力拖动的运动环节中生产机械对电动机运转的要求包含启动；改变运动的速度（调速）；改变运动的方向（正反转）制动。 电力拖动系统的控制方式一般有：1. 继电——接触器式有触点断续控制 2. 连续控制，为了使控制系统具有良好的静态特性和动态特性，常采用反馈控制系统。3. 可编程无触点断续控制；20世纪60年代出现了顺序控制器，它能根据生产的需要灵活的改变程序，使控制系统具有较大的灵活性和通用性。1968年，美国通用汽车公司（GM）为了适用生产工艺不断更新的需要，希望用电子化的新型控制器代替继电器控制装置，并对新型控制器提出了“编程简单方便、可现场修改程序、维护方便、采用插件式结构、可靠性要高于继电器控制装置”等10项具体要求。1969年，美国数字设备公司（DEC）根据上述要求，研制出了世界上第一台可编程控制器，并成功运用到美国通用汽车公司的生产线上。其后日本、德国等国家相继研制出可编程控制器。早期的可编程控制器是为了取代继电器控制系统，仅有逻辑运算、顺序控制、计时、计数等功能， 因而称为可编程逻辑控制器（PLC）。

可编程控制器（PLC）是集计算机技术和自动控制化技术于一体的新型控制系统。这一系统解决了工业控制系统中大量开关控制的问题，逐渐取代了耗能多、故障率高的继电器控制系统。随着PLC技术的进步，其应用领域更是不断扩大，可采集存储数据，还可对控制系统进行监控。PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。这种过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。此外，随着工厂网络自动化的发展，PLC可实现通信及联网功能，更有助于工业生产的控制过程的监控。如今，PLC技术已经被广泛应用于冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保以及文化娱乐等各行各业。233网校论文中心

电机电脑节电无触点软起动器是近年来在国内出现的新技术，具有节电效率高，软起动特性好等特点。对于我公司这样的大型企业，在动力设备中的应用，节能降耗的意义将十分重大。

1 电动机软起动器的节电原理

在生产实际当中，一些电气设备经常处于空载或轻载状态下运行，轻载或空载的电动机在额定电压的工作条件下，效率和功率因数均很低，造成电能大量浪费。衡量电动机节电性能的重要指标为电机空载或轻载时最低运行电压的大小，即功率因数CosΦ的大小。为了说明电动机在不同负载的情况下运行，电压U与功率因数CosΦ的关系，以Y132S-4型，5.5KW三相异步电动机为例。CosΦ的大小反应了负载的变化。软起动器正是利用微机技术，用单片机作CPU，用可控硅作为执行元件，实时检测电流和电压滞后角，即功率因数Φ角，输入给单片机，单片机根据最佳控制算法，输出触发脉冲，调整可控硅的导通角，即可调整可控硅的输出电压，使空载或轻载运行时降低电机的端电压，可使电机的铁损大大减小，同时也可减小电机定子铜损，从而减小电机空载或轻载时的输入功率，也就减小了电机有功和无功损耗，提高了功率因数，实现了节电控制。

2 电动机软起动技术

交流传动技术的发展也是随着电子技术和计算机技术的发展在工业上有了重要的应用，尤其是在钢铁工业中，使复杂的矢量控制技术得以实现，无论是大容量电机还是小容量电机现均可使同步电机或者异步电机实现可逆滑调速。也使交流传动系统在轧钢生产中得到广泛的应用。

电动机传统的起动方式有全压起动和将压起动，软起动是一种完全区别于全压和降压起动的新的起动方式，是电子过程控制技术。所谓软起动，是以斜坡控制方式起动，使电动机转速平滑，逐步提高到额定转速。按照电动机起动电流大小进行分类，全压和降压起动属于大电流起动方式，软起动属于小电流起动方式。全压起动，起动电流是额定电流的4-7倍，起动冲击电流是起动电流的1.5-1.7倍；起动电流大，起动转矩不相应增大，Ts=KtTn=K（0.9-1.3）Tn。

降压起动，可部分减小起动电流，起动转矩下降到额定电压的K2倍。降压起动是轻载起动，有起动冲击电流、起动电流及二次冲击电流；二次冲击电流同样对配电系统有麻烦。

全压和降压起动的大电流，致使电动机谐波磁势增大，增大后的谐波磁势又加剧了附加转矩，附加转矩是电机起动时产生震动和噪音的原因。

全压和降压起动，都要受单位时间内起动次数的限制。电动机本身的发热主要建立在短时间大电流时。如通过6倍额定电流，温升为8-15℃/S；起动装置的自耦变压器或交流接触器起动引起堆积热；如交流接触器一般要求起动次数每分钟不超过10次。而软起动器可频繁操作，具有电动机起动电流小，温升低；软起动器采用的无触点电子元件，除大功率可控硅外，工作时温升很低。

此外，软起动器还具有多种保护功能，配合硬件电路，软件设计有过载、断相、欠压、过压等保护程序，动作可靠程度高。归纳起来，软起动器很好的解决了全压和降压起动电流过大及其派生的许多问题。

3 软起动器在动力设备上的应用

软起动器箱内面板上设有两个速率微动开关，分别对应四种起动速率：重载、次重载、次轻载、轻载，起动时间分别是90S、70S、65S、60S。使用时根据起动负载选相应的起动速率。引风机用电动机的起动：其起动转矩与离心式水泵类似，阻转矩都与转速成正比，但是，风机与水泵的结构不同，风机的转动惯量比水泵大的多，空气的流动性比水小，如果风机不关风阀起动，将因空气升能，管道阻力，摩擦阻力等因素，致使风机起动比水泵难，起动加速的时间较长，风机起动属重载起动。

风机负载变化大，从风机特性曲线上可看出。一般风机功率计算的工作温度参数200℃，只是取近似中间值。输送的烟气温度越高，阻转矩越小；反之，输送的烟气温度越低，阻转矩越大。风机在起动之初，要求关闭风阀，实际应用中则是将风阀固定住。所以在选用软起动器时，要根据风机起动时电动机工作电流的大小，来选择相匹配的软起动器。风机的节电潜力在高炉温区段。

软起动器结构简单，接线安装方便，节电显著，是电动机起动与运行技术的发展趋势。机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及计算机软件系统集合起来所构成的系统总称，综合运用机械技术、微电子技术、计算机技术、电力电子技术等对各生产领域的控制过程进行监督操作。它主要应用领域有数控机床，通过相应的数控技术，在工业操作上结构、功能、操作精度上都有明显的提高。采用多CPU和多主线的体系结构，丰富了数控功能，也提高了生产效率。

柔性制造系统的应用是计算机技术和制造系统在机电控制工业的应用，是计算机化的制造系统。它主要由计算机、数控机床、自动化仓库等组成。在工业上，它可以随机地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，更适用于多品种，小批量等的离散零件的批量生产。