皮带机全压启动改软启动

张生琦

（海南八所港务有限责任公司，海南东方 572600）

0 引言

皮带机因具有操作简单，功耗小，输送能力较大等优势，广泛运用于各种运输行业。港口投入使用的皮带机多采用全压启动，存在着许多不足，急需改进。下面首先分析其不足之处，然后对比不同启动方式的优劣，找出最优的改造措施。

1 全压启动存在的不足

1.1 对电网的影响

一台普通的交流电机在空载全压启动时，启动电流会达到额定电流的（4～7）倍，当多台电机同时全压启动时，瞬间会达到极高的电流，这种持续性的高电流会对电网的供电造成极大的影响。高强度持续性的电流会提高电网的负荷，这种电网电压突然下降的情况不仅仅会对其他的负载设备产生干扰，还增大了电网产生安全故障的可能性。

1.2 对电机的影响

电机全压启动时，电机从原先的静止状态被给予了大量的电流，要为机器设备的运行提供动力，它们内部的温度和摩擦产生的消耗会让电机的使用寿命缩减，而且由于电网的原因，产生的强大应力造成电机中减速齿轮的损耗，从而减少电机寿命，为整个企业带来损失。

1.3 对机器设备的影响

当电机全压启动时，机内转矩会达到额定转矩的2倍，形成一股很大的冲击力，对电机是一个很大考验。当电机内的齿轮从静止瞬间达到最高转速时，这股力会增大齿轮间的摩擦，严重缩短齿轮的使用寿命。这种全压启动方式，机器一开始就是最大功率运转，给予的电力甚至会超出机器额定电流的数倍，增加机器设备的损耗，维修频率增加，增加企业时间和经济的损失。

2 改造措施

2.1 电机启动方式比较

（1）全压直接启动。全压直接启动要求在电网容量和负载都满足的情况下，优点是操作简单，维修费用不高。但是这种启动方式比较适用于小功率的电机。理论上从节约电能的角度出发，功率＞11 kW的电机不适用于此类启动方式。

（2）自耦减压启动。利用自耦变压器的多抽头减压，优点是能够自己调节电路来适应不同的负载需求，同时还能够得到更大的启动转矩。这种启动方式适用于容量较大的电机，以此来减轻启动时的压力。在其绕组抽头处于80%时，启动转矩就能够达到全压直接启动的64%，而且启动转矩还能够通过调节抽头的方式来改变，这种启动方式的最大优势在于启动转矩灵活可调，而且比全压直接启动更适用于大功率电机。

（3）Y-Δ启动。星三角减压启动是针对鼠笼式异步电动机使用的改良启动方式，如果一个正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电机，在其工作初始状态将三角形改绕为星形，等到正常运行时再换回原来三角形的状态，就能够降低启动的电流，减轻启动时对电网的冲击。这种方式即是所谓星三角减压启动，这种方式下启动电流大约占到了原来三角形启动时的1/3左右，因此其启动转矩也降低为原来的1/3，这个缺点表明它只适用于无载或是轻载的启动场合。但是相比于其他减压启动器，它结构最简单，价格最低，同时当负载很轻或是没有时，可以不将启动时改变成星形接法变回原状，这种状态下原先的额定转矩就能够和此时的负载相配对，在节约电力消耗的基础上提高电机效率。

（4）软启动器。利用可控硅的移相调压原理来保证电机的调压启动，启动效果优秀，通常使用于大功率的机器设备，这种设备在启动过程中所需要的电压电流庞大，会造成较大的电压降，软启动器能够帮助它们减少供电容量同时保证供电的正常，可以说是大功率机器设备必不可少的启动方式。但它的缺点也很明显，因为其中加入了可控硅元件，运行时产生的谐波会对电网产生一定的影响，同时电网的运行波动也会对导通产生一个反影响，尤其在一个电网工程中出现多台可控硅设备时。由此可见，软启动器中可控硅元件有利有弊，它的故障率较高，而且维修时对于技术人员的要求也会提高，是一种效果好但成本高的启动方式。

（5）变频器。是现代电机控制技术的产物，目是技术含量最高，控制功能最全，控制效果最好的启动装置。工作原理是通过调节电网的频率来控制电机的转速和转矩，但是当下的技术水平和条件下，这种启动方式显然无法大量的普及，因此只能运用于需要调节速度并且对控制速度的要求较高的领域中。

综上所述，电机的启动方式各有优劣，就使用率来说星三角起动和自耦减压起动是应用最广泛的2种方式，由于成本低、维护简单，得到了大量工程的垂青，但是想要它们正常的运营，需要大量的分立电器元件组装，而且其中控制线路节点较多，在环境比较恶劣的情况下，如潮湿，粉尘多的地方不适用。同时在技术升级时，不方便更换原有的方式，要增加很多元件，改变线路，工作量大，不适用于港口。因此在港口应该选择软启动器。

2.2 ABB（PSE）系列软启动器的特点与实用性

ABB系列的软启动器有PST（B）智能型系列、PSE易用型系列、PSS通用型系列和PSR紧凑型系列4种，其中PSE易用型系列是这次港口启动器改革所要选择的类型，适用电机的电流为（18～370）A，作为全球第一台配有转矩控制功能的紧凑型软启动器，内部的电子过载继电器能够对电机进行有效保护，加上专用于泵类负载的转矩控制功能。紧凑型的设计集很多功能于一体，为顾客的要求提供了全新的启动解决方案。

2.2.1 ABB（PSE）系列的软启动器的特点

ABB（PSE）系列的软启动器易于学习和使用，安装维修方便，不会消耗大量的时间和精力。其次，传统的启动方式会在起动过程中产生大量的应力，造成电机和机器设备的损耗，使用了ABB（PSE）系列软启动器会对起动流经的电流进行优化，而且其中的大量的保护元件都能够保证电机的安全，相比全压启动方式，既节省了消耗的电流，降低了电网和电机的损耗和负担，又保护了电机，延长了机器设备的使用设备，而且其中集结的大量其他功能还能够满足顾客的其他需求，节省了时间和精力。

2.2.2 ABB（PSE）系列的软启动器的实用性

鼠笼式电机启动及停止时都会带来机械以及电气冲击，但是使用ABB（PSE）系列的软启动器能够全面解决这类问题。还有一些类似问题都能利用ABB（PSE）系列软启动器内集结的功能解决，如水泵电机启动停止时管道内的水压波动问题；启动风机时传动皮带打滑和轴承应力过大的问题；还能够减少压缩机、离心机、搅动机等设备在运行时对齿轮箱和传送皮带的应力。通过ABB（PSE）系列软启动器的过渡，皮带机启动时不再像往常一般全压进行，整个运输过程也会变得平缓，解决了输送带启动或是停止时，由于皮带机的颠簸导致的物品损坏的问题，不仅仅保护了电机，还保证了运输物品的安全。由全压启动带来的巨大的电压差对其他负载产生的干扰也会得到一定的缓和，最重要的在于这种启动方式能够延长设备的使用寿命，减少维修的次数或是由于故障停机给整个企业带来的经济损失。

3 改造效果

本次改造港口共4条皮带机系统，每条皮带机系统由3条皮带机组成，鼠笼式电机功率分别为45 kW，90 kW和55 kW，都是大功率皮带机。采用ABB（PSE）系列中的ABB（PSE18～PSE370）中的一款软启动器替代原全压启动方式能同事解决几个问题。①全压启动给电网，电机和机器设备带来的影响在软启动器的帮助下，能够让电压平缓的上升和下降，不会产生由突升突降的巨大电压差造成的巨大应力影响电机、机器设备，甚至影响到运输带上的物品。②由于港口的潮湿气候，有些减压的启动机器无法适应，而软启动器受到的影响较小，不需要经常检查和维修。软启动机的价格虽然比全压动机器昂贵一些，但是它所带来的好处绝对超过了多出的这一点价格，相比于变频器之类便宜不少，整体来说是有性价比的改造。③软启动器不仅保证了运输带上物品的完整性，还减少了原启动方式对电网、电机和机器设备造成的损耗，等于减少了检查和维修所消耗的财力、物力和人力，为企业节省了费用。

虽然有比软启动器更适合大功率电机的自耦减压启动和星三角型减压启动，及更加高级的变频器，但港口的潮湿环境自耦减压和星三角减压不适应，变频器的控制速度也不是港口皮带机所需要的，而且变频器的价格昂贵，因此，使用软启动器是适合港口实际情况的改进措施，也是收益最大的选择。

［1］唐振鹏.上湾洗煤厂6 kV电动机启动方式的分析与改进［J］.煤炭工程，2009（11）：67-68.

［2］裴雷，樊烨.电动机全压起动的讨论及计算［J］.电气应用，2014（16）：28-31.