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電機(jī)軟啟動(dòng)器的應(yīng)用
河南全新液態(tài)起動(dòng)設(shè)備有限公司發(fā)明專利產(chǎn)品 發(fā)明專利號(hào):ZL200810049100.8
摘 要：本文論述了對(duì)于鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)啟動(dòng)與軟啟動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)，以及軟啟動(dòng)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(dòng)、應(yīng)用降壓起動(dòng)器、軟啟動(dòng)、電動(dòng)機(jī)
一、前言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(duì)電氣配套設(shè)備的技術(shù)要求也越來(lái)越高。軟啟動(dòng)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(dòng)變電站、無(wú)人值守泵站、無(wú)人值守供熱站、各種遙控調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化等等。這正是國(guó)家實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是每一個(gè)技術(shù)人員肩負(fù)的重要責(zé)任。
軟啟動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用，給我們提出了很多要求。如電網(wǎng)的波動(dòng)性，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能配套等，都要求越來(lái)越嚴(yán)格。作為重要驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，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(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊。所以，不得不在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)設(shè)備上做工作。
鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)電子軟啟動(dòng)器的誕生給技術(shù)人員解決了這個(gè)問(wèn)題。它既能改變電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，更能保證電動(dòng)機(jī)可靠起動(dòng)，又能降低起動(dòng)沖擊，而且配有計(jì)算機(jī)通訊接口實(shí)現(xiàn)智能控制。
二、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的選擇
傳統(tǒng)啟動(dòng)裝置與軟啟動(dòng)裝置的優(yōu)缺點(diǎn)：
電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)啟動(dòng)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(diǎn)是控制線路簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不可調(diào)并有二次沖擊電流，對(duì)負(fù)載有沖擊轉(zhuǎn)矩。如電網(wǎng)電壓下降可能會(huì)造成堵轉(zhuǎn)。上述方式在停機(jī)時(shí)均為瞬間動(dòng)作，如無(wú)機(jī)械緩沖裝置會(huì)對(duì)相關(guān)設(shè)備造成損壞。
?軟啟動(dòng)裝置有下特點(diǎn)：
1)降低電機(jī)啟動(dòng)電流和配電容量，避免增容投資。
2)降低啟動(dòng)機(jī)械應(yīng)力，延長(zhǎng)電機(jī)及相關(guān)設(shè)備的壽命。
3)啟動(dòng)參數(shù)可視負(fù)載調(diào)整，以達(dá)到最佳啟動(dòng)效果。
4)多種啟動(dòng)模式及保護(hù)功能，易于改善工藝、保護(hù)設(shè)備。
5)備有外控端子，可方便實(shí)現(xiàn)異地控制或自動(dòng)控制。
6)全數(shù)字開(kāi)放式操作顯示鍵盤(pán)，操作靈活簡(jiǎn)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(wú)觸點(diǎn)交流開(kāi)關(guān)無(wú)級(jí)調(diào)壓，調(diào)壓范圍寬、過(guò)載能力強(qiáng)。
9)產(chǎn)品可用作頻繁或不頻繁啟動(dòng)。
有關(guān)研究資料報(bào)道，絕大部分故障都是在啟動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的，軟啟動(dòng)的出現(xiàn)，避免了以上傳統(tǒng)啟動(dòng)的缺點(diǎn)。
作為應(yīng)用最廣泛的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，它采用降壓起動(dòng)的條件：一是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，機(jī)械不能承受全壓起動(dòng)的沖擊轉(zhuǎn)矩；二是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其端電壓不能滿足規(guī)范要求；三是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，影響其他負(fù)荷的正常運(yùn)行。
對(duì)于降壓起動(dòng)目前有兩種方式，一種是降壓起動(dòng)，一種是軟起動(dòng)。他經(jīng)過(guò)了三個(gè)發(fā)展階段，一是“Y-Δ” 起動(dòng)器和自藕降壓起動(dòng)器，二是磁控式軟啟動(dòng)器，三是目前最先進(jìn)最流行的電子軟啟動(dòng)器。電子軟啟動(dòng)器一般都是采用16位單片機(jī)進(jìn)行智能化控制，他既能保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的起動(dòng)特性下平滑起動(dòng)，又能降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制，為自動(dòng)化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。
它們的造價(jià)比較是：“Y-Δ”起動(dòng)器須六根出線而且故障率太高，維修費(fèi)也高已不常采用，自藕方式每個(gè)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(fèi)較高，電子軟啟動(dòng)器每個(gè)千瓦在100元到200元之間，一般情況下，一臺(tái)開(kāi)關(guān)柜能放多臺(tái)電子軟啟動(dòng)器，節(jié)省工程造價(jià)，且故障率較低，維修費(fèi)也低。所以，電子軟啟動(dòng)器應(yīng)是我們首選的目標(biāo)。
三、電子軟啟動(dòng)器的選擇
通過(guò)以上所述，毋庸置疑地在工程設(shè)計(jì)和工程改造中，要想改善工藝提高自動(dòng)化水平，降低成本提高企業(yè)效益，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)就必須首先采用先進(jìn)的起動(dòng)設(shè)備??電子軟啟動(dòng)器。
軟啟動(dòng)的工作原理
在三相電源與電機(jī)間串入三相聯(lián)晶閘管，利用晶閘管移相控制原理，啟動(dòng)時(shí)電機(jī)端電壓隨晶閘管的導(dǎo)通角從零逐漸上升，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸增大，直至達(dá)到滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求而結(jié)束啟動(dòng)過(guò)程，此時(shí)旁路接觸器接通（避免電機(jī)在運(yùn)行中對(duì)電網(wǎng)形成諧波污染，延長(zhǎng)晶閘管壽命），電機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，停車(chē)時(shí)先切斷旁路接觸器，然后由軟啟動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)速由大逐漸減小到零，停車(chē)過(guò)程完成。
軟啟動(dòng)的起停方式
３．１ 電壓斜坡軟啟動(dòng)
啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)器的電壓快速升至U1，然后在設(shè)定時(shí)間t內(nèi)逐漸上升，電機(jī)隨著電壓上升不斷加速，達(dá)到額定電壓和額定轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)過(guò)程完成如圖2。
３．２ 限流啟動(dòng)
啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)器的輸出電壓迅速增加，直到輸出電流達(dá)到限定值，保持輸出電流不大于該值，電壓逐步升高，使電動(dòng)機(jī)加速，當(dāng)達(dá)到額定電壓、額定轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出電流迅速下降至額定電流，啟動(dòng)過(guò)程完成，如圖1。該方式用于某些需快速啟動(dòng)的負(fù)載電機(jī)。
３．３ 斜坡限流啟動(dòng)
啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，輸出電壓在設(shè)定時(shí)間內(nèi)平穩(wěn)上升，同時(shí)輸出電流以一定的速率增加，當(dāng)啟動(dòng)電流增至限定值Im時(shí)，保持電流恒定，直至啟動(dòng)完成。
該方式適用于泵類(lèi)及風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載電機(jī)。
３．４ 軟停車(chē)
在該方式下停止電機(jī)時(shí)，電機(jī)的輸出電壓由額定電壓在設(shè)定的軟停時(shí)間內(nèi)逐步降低至零，停車(chē)過(guò)程完成。該方式常用于水泵負(fù)載，它成功地解決了傳統(tǒng)停車(chē)過(guò)程中的“水錘”現(xiàn)象（即瞬間停機(jī)引起流體原來(lái)狀態(tài)的劇烈變化，造成流體對(duì)管道的沖擊）。
在應(yīng)用電子軟啟動(dòng)器時(shí)應(yīng)考慮哪些問(wèn)題呢？做為軟啟動(dòng)器首先要看它的起動(dòng)性能和停車(chē)性能，目前的軟啟動(dòng)器有以下五種起動(dòng)方式：
限流起動(dòng)顧名思義是限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，它主要是用在輕載起動(dòng)的負(fù)載降低起動(dòng)壓降，在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動(dòng)力矩，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。
斜坡電壓起動(dòng)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(dòng)從有級(jí)變成了無(wú)級(jí)，主要用在重載起動(dòng)，它的缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)不利，且起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)有損于電機(jī)。
轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)用在重載起動(dòng)，它是將電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑，柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有更好的保護(hù)，它的目的是保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，延長(zhǎng)拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。同時(shí)降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載起動(dòng)方式，它的缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。
轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)相仿也是用在重載起動(dòng)，不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)要特別注意。電壓控制起動(dòng)是用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，在保證起動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟起動(dòng)方式。
綜上所述不難看出，最適用最先進(jìn)的起動(dòng)方式應(yīng)是電壓控制起動(dòng)和轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)及轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)。目前的軟啟動(dòng)器多是限電流起動(dòng)和斜波電壓起動(dòng)，它是最原始最低級(jí)最簡(jiǎn)單的方式（如“ABB”軟起以及國(guó)內(nèi)的大多廠家），還有的是限流起動(dòng)和轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)。唯有“雷諾爾”的軟啟動(dòng)器實(shí)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(dòng)�！癆B”、“施耐德”、“西門(mén)子”的是限流起動(dòng)和轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)。
停車(chē)方式有三種：一是自由停車(chē)，二是軟停車(chē)，三是制動(dòng)停車(chē)。電子軟起動(dòng)帶來(lái)最大的停車(chē)好處就是軟停車(chē)和制動(dòng)停車(chē)。軟停車(chē)消除了由于自由停車(chē)帶來(lái)的拖動(dòng)系統(tǒng)反慣性沖擊。制動(dòng)停車(chē)在一定的場(chǎng)合代替了反接制動(dòng)停車(chē)。
可靠性的選擇：可靠性分三個(gè)方面，一是產(chǎn)品的短路自保護(hù)，二是無(wú)故障停機(jī)保護(hù)，三是產(chǎn)品故障率。前兩項(xiàng)可通過(guò)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)識(shí)別，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品除“雷諾爾”的自帶短路保護(hù)外其它的一般都不自帶短路保護(hù)，需外加快速熔斷器，自動(dòng)開(kāi)關(guān)不能保護(hù)電子軟啟動(dòng)器。國(guó)外的“ABB”不自帶短路保護(hù)，需外加快速熔斷器。無(wú)故障停機(jī)保護(hù)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(wú)故障停機(jī)（干擾停機(jī)）現(xiàn)象。目前，市場(chǎng)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(jī)接口，接口是否帶有通訊地址和程序，是否能達(dá)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(jī)控制中得到良好應(yīng)用。其它方面還要考慮是否保護(hù)功能完備和冷卻方式以及運(yùn)行方式等，如：過(guò)電流保護(hù)，過(guò)壓保護(hù)，單項(xiàng)接地保護(hù)，上下口斷相保護(hù)，三相不平衡保護(hù)，相位顛倒保護(hù)等。冷卻方式分機(jī)械風(fēng)冷和自然風(fēng)冷。柜體是否需加機(jī)械通風(fēng)，元器件的排布等，機(jī)械風(fēng)冷的柜體加機(jī)械通風(fēng)，軟起正上方不能放電器元件，機(jī)械風(fēng)冷的還要考慮傾斜度等。自然風(fēng)冷的無(wú)此要求。運(yùn)行方式分在線型和非在線型，選型時(shí)盡量選用非在線型。
四、結(jié)論
通過(guò)論述，軟啟動(dòng)是集電子技術(shù)、微處理技術(shù)于一體的具有先進(jìn)科技水平，運(yùn)行安全可靠的電機(jī)控制裝置（國(guó)內(nèi)稱為soft starter），它具有很多傳統(tǒng)電機(jī)啟動(dòng)裝置無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)方式經(jīng)過(guò)了“Y-Δ” 起動(dòng)器和自藕降壓起動(dòng)器到磁控式軟啟動(dòng)器，目前又發(fā)展到電子軟啟動(dòng)器。所以在工程應(yīng)用中，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)不能滿足要求時(shí)，首先考慮的是電子軟啟動(dòng)器。這是科技發(fā)展的歷史階段，可看出軟啟動(dòng)有傳統(tǒng)啟動(dòng)裝置無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于各類(lèi)泵類(lèi)或風(fēng)機(jī)負(fù)載，對(duì)工作機(jī)械較特殊的如突跳、平滑加速、減速、快速停止，低速制動(dòng)的場(chǎng)合，也是傳統(tǒng)啟動(dòng)裝置的較理想的換代產(chǎn)品
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