電動機(jī)軟起動器在水泥企業(yè)的使用

摘要：本文針對水泥企業(yè)使用的籠型異步電動機(jī)工況，通過分析軟起動器的工作原理及常用的幾種起動方式，闡述了水泥企業(yè)軟起動器的使用及選型時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)。 

關(guān)鍵詞：軟起動器 起動轉(zhuǎn)矩 沖擊電流 晶閘管 觸發(fā)角 自由停車 軟停車 制動停車 

一、概述

    籠型異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、效率高等優(yōu)點(diǎn)而被水泥企業(yè)廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的拖動中。在實(shí)際使用中，電動機(jī)在起動或停止過程中還存在著一系列問題。全壓起動時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流（一般為額定電流Ie的5～8倍）。電動機(jī)容量越大，起動時(shí)沖擊電流對電網(wǎng)及其負(fù)載沖擊就越大，特別是大容量電機(jī)直接起動會對電網(wǎng)及其他負(fù)載造成干擾，甚至危害電網(wǎng)的**運(yùn)行；同時(shí)由于起動應(yīng)力較大，使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。在停機(jī)時(shí)，如果拖動系統(tǒng)突然失去轉(zhuǎn)矩，靠系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩克服系統(tǒng)的慣性滑行停車，也給拖動系統(tǒng)帶來諸多問題。

    解決辦法有兩個(gè)：一是增大配電容量；二是采用限制電機(jī)起動電流的起動設(shè)備。如果僅僅為起動電機(jī)而增大配電容量，從經(jīng)濟(jì)角度來說，顯然不可取。為此，在水泥廠設(shè)計(jì)時(shí)，對低壓大電機(jī)需要配備限制電機(jī)起動電流的起動設(shè)備，常用的有Y/Δ起動，自藕降壓起動等方式來實(shí)現(xiàn)。這些方法雖然靠接觸器切換電壓實(shí)施啟動降壓，可以達(dá)到降低電流的目的，但沒有從根本上解決起動瞬時(shí)電流尖峰沖擊問題。起動轉(zhuǎn)距基本固定不可調(diào)，起動過程中都存在二次沖擊電流，對負(fù)載機(jī)械有沖擊轉(zhuǎn)距，且受電網(wǎng)波動的影響，一旦出現(xiàn)電網(wǎng)電壓向下浮動，會造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)、起動過程接觸器帶載切換，易造成觸點(diǎn)的拉弧、損壞等方面問題。嚴(yán)重時(shí)燒毀開關(guān)、電動機(jī)，影響電網(wǎng)其它設(shè)備運(yùn)行。 

    隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，軟起動器作為一個(gè)新型電動機(jī)起動裝置可以克服以上缺點(diǎn)，它是一種集電機(jī)軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新穎電機(jī)控制裝置。目前，水泥企業(yè)籠型異步電機(jī)的降壓起動設(shè)備正逐步被軟起動器取代。

二、軟起動器的工作原理及主要特點(diǎn)

    軟起動器的工作原理 軟起動主要由串接于電源與被控電動機(jī)之間三對反并聯(lián)晶閘管調(diào)壓電路構(gòu)成。現(xiàn)代軟起動器基本上都采用了電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)，以單片微機(jī)作為中央控制器控制核心來完成測量及各種控制算法，因此，軟起動器具備了很強(qiáng)的功能和靈活性。整個(gè)起動過程是數(shù)字化程序軟件控制下自動進(jìn)行。利用三對晶閘管的電子開關(guān)特性，通過起動器中的單片機(jī)，控制其觸發(fā)脈沖的遲早來改變觸發(fā)角的大小。而觸發(fā)導(dǎo)通角的大小，又改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，*終改變加到定子繞組的三相電壓的大小。異步電動機(jī)定子調(diào)壓的結(jié)果，一方面其轉(zhuǎn)矩近似與定子電壓的平方成正比，另一方面電動機(jī)的電流又和定子電壓成正比。電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩和初始電流的限制可以通過定子電壓的控制來實(shí)現(xiàn)，而定子電壓又是通過可控硅的導(dǎo)通相角來控制的，所以不同的初始相角可實(shí)現(xiàn)不同的端電壓，以滿足不同的負(fù)載起動特性。電動機(jī)起動過程中，晶閘管的導(dǎo)通角逐漸增大，晶閘管的輸出電壓也逐漸增加，電動機(jī)從零開始加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級平滑起動。電動機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上。電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流的*大值可根據(jù)負(fù)載情況設(shè)定。

軟起動器常用的幾種起動方式：

1、限流起動 電機(jī)的起動過程中限制其起動電流不超過某一設(shè)定值（Is）的軟起動方式。其輸出電壓從零開始迅速增長，直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)置的電流限值Is，然后保持輸出電流I<Is的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓。使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。這種起動方式的優(yōu)點(diǎn)是起動電流小，且可按需要調(diào)整。對電網(wǎng)影響小，其缺點(diǎn)是在起動時(shí)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(jī)不利。

2、斜坡電壓起動 這種起動方式*簡單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。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(diǎn)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(shí)間長有損于電機(jī)。

3、轉(zhuǎn)矩控制起動 用在重載起動，它是將電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點(diǎn)是起動平滑，柔性好，對拖動系統(tǒng)有更好的保護(hù)，它的目的是保護(hù)拖動系統(tǒng)，延長拖動系統(tǒng)的使用壽命。同時(shí)降低電機(jī)起動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，是*優(yōu)的重載起動方式，它的缺點(diǎn)是起動時(shí)間較長。

4、 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(jī)靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動時(shí)間。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)要特別注意。

5、 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(jī)的*大起動轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動時(shí)間，是*優(yōu)的輕載軟起動方式。

    綜上所述不難看出，*適用*先進(jìn)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。目前的軟起動器多是限電流起動和斜波電壓起動，它是*原始*低級*簡單的起動方式，還有的是限流起動和轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動。唯有電壓控制和純轉(zhuǎn)矩控制及轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動較為先進(jìn)。

常用停機(jī)方式有三種：一是自由停車，二是軟停車，三是制動停車。

1、 自由停車 傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的。即慣性停車（斷電自停）；

2、軟停車 電動機(jī)停機(jī)時(shí)，軟起動器將額定電壓按軟停車設(shè)定的時(shí)間緩慢降至起始電壓Us后停止輸出的一種停車方式，它可以消除了由于自由停車帶來的拖動系統(tǒng)反慣性沖擊。

    如皮帶運(yùn)輸機(jī)、升降機(jī)等許多負(fù)荷并不宜突然停機(jī)，軟停車功能正好能滿足此要求。晶閘管在收到軟停機(jī)信號后，導(dǎo)通角漸減，經(jīng)一定時(shí)間才過渡到全關(guān)，即電動機(jī)端電壓漸減至零。停車時(shí)間可按實(shí)際需要設(shè)定。

3、制動停車 向電機(jī)輸入直流電流，從而加快制動，制動時(shí)間可調(diào)，主要用于慣性力矩大的負(fù)載或需快速停機(jī)的場合，在一定的場合代替了反接制動停車。

三、軟起動器的選型及注意事項(xiàng)

    目前軟起動器的生產(chǎn)廠家很多，有進(jìn)口也有國產(chǎn)的，原理基本相同。軟起動器是一種新型的、性能優(yōu)良的起動裝置，它結(jié)合了電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和微處理器技術(shù)，與傳統(tǒng)起動設(shè)備相比，具備完善的電機(jī)軟啟動和軟停車功能，可保證電機(jī)連續(xù)而平滑的啟動，消除了機(jī)械沖擊和大電流沖擊，有效的延長了電機(jī)的壽命和保護(hù)了用電線路和負(fù)載。目前在市場上有影響力的基本上都是國外產(chǎn)品，如施耐德的TE、羅克韋爾的A-B、ABB、西門子的產(chǎn)品等。
    
    水泥企業(yè)在選用軟起動器時(shí)應(yīng)主要考慮以下問題：

    1、選擇軟起動器注意負(fù)載是標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載還是重載負(fù)載。根據(jù)負(fù)載性質(zhì)的不同來選擇不同類型的起動器。
    （1）如果負(fù)載是離心泵（消防泵、噴淋泵、水泵等），則需利用泵控制功能，減少起動和停止時(shí)液流沖擊所產(chǎn)生的系統(tǒng)水錘現(xiàn)象的發(fā)生，所以必須用選帶泵控制功能的軟起動器，如另帶欠載保護(hù)或相位顛倒保護(hù)的則更好；    

    （2）負(fù)載是通風(fēng)機(jī)的話，利用軟起動功能，減少皮帶磨損和機(jī)械沖擊，并可利用停機(jī)時(shí)制動轉(zhuǎn)矩功能；

    （3）負(fù)載是攪拌機(jī)、破碎機(jī)、提升機(jī)等，利用雙斜坡起動和預(yù)置低速運(yùn)行，避免機(jī)械損壞；

    （4）負(fù)載是輸送設(shè)備，可利用軟起動和預(yù)置低速功能，實(shí)現(xiàn)平滑開停，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，避免產(chǎn)品移位和液體溢出；

    （5）具有通訊端口可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊與遠(yuǎn)程控制。若有計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)要求，在選擇軟起動器時(shí)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。

    2、根據(jù)電動機(jī)的標(biāo)稱功率、電流及負(fù)載性質(zhì)選擇起動器。一般軟起動器容量稍大于電動機(jī)工作電流即可，對水泥廠的一些重載負(fù)荷時(shí)應(yīng)加大一檔使用，如：破碎機(jī)、球磨機(jī)、提升機(jī)、長皮帶、攪拌機(jī)、風(fēng)機(jī)等，同時(shí)適當(dāng)考慮散熱因素。

    3、其他方面，還要考慮是否保護(hù)功能完備

    （1） 如過電流保護(hù)、過壓保護(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。不帶過載保護(hù)的，必須另加熱繼電器保護(hù)。
    
    （2） 有的軟起動器一般不帶短路保護(hù)，需外加快速熔斷器并與晶閘管容量匹配，它能使晶閘管在連接負(fù)載發(fā)生短路時(shí)受到保護(hù)，低壓斷路器一般不能保護(hù)軟起動器。進(jìn)線電抗器可限制主電源的諧波干擾，當(dāng)幾臺起動器接于同一電源時(shí)建議使用進(jìn)線電抗器。
   
    （3） 軟起動器至電動機(jī)的接線要特別注意，大部分是3根出線，但部分產(chǎn)品也有6根出線的。軟起動器可安裝在有功率因素補(bǔ)償器的系統(tǒng)中，但電容器必須位于軟起動器的電源進(jìn)線一側(cè)，以避免電容器放電損壞軟起動器的晶閘管，另外在電源和電容之間接入電感線圈。軟起動器大多帶正常運(yùn)行和故障信號輔助觸點(diǎn)，供工程設(shè)計(jì)選用。 
    
    （4） 軟起動器允許長期在額定負(fù)載工況下運(yùn)行，可以用旁路接觸器，在起動完畢后把它短接。切除后要注意電動機(jī)運(yùn)行回路是否還有過載熱保護(hù)功能。在實(shí)際應(yīng)用過程中，若工藝條件許可，用一臺軟起動器起動多臺電動機(jī)時(shí)，其容量應(yīng)根據(jù)電動機(jī)中*大的起動負(fù)荷考慮，可大大節(jié)省投資費(fèi)用。    

    （5） 機(jī)柜內(nèi)安裝軟起動器時(shí)要考慮散熱空間。軟起動器在通過電流時(shí)將會產(chǎn)生熱耗散，安裝時(shí)應(yīng)注意在其上、下方留出一定空間，軟起正上方不能放電器元件，以使空氣能流過其功率模塊。當(dāng)軟起動器額定電流較大時(shí)，要采用風(fēng)機(jī)降溫，風(fēng)機(jī)的電源可取自電機(jī)控制系統(tǒng)的二次回路。機(jī)械風(fēng)冷的還要考慮傾斜度等。自然風(fēng)冷的無此要求。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。

    （6） 參數(shù)測試功能部分品牌軟起動器還帶有參數(shù)顯示窗口，可以通過按鍵在顯示窗口選擇顯示電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如三相電壓值、三相電流值、功率因數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等，而無需增加任何儀表，此功能可使用戶很方便地查詢電機(jī)在運(yùn)行過程中的各種參數(shù)。

四、結(jié)束語

    通過以上所述，軟起動器的應(yīng)用解決以往電機(jī)起動中的問題，在水泥行業(yè)，籠型異步電動機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場合都可使用，特別適用于需要軟起動與軟停車的各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載；對于變負(fù)載工況，電動機(jī)長期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于滿負(fù)荷運(yùn)行的場合，應(yīng)用軟起動器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能效果。在水泥廠工程設(shè)計(jì)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(jī)的起動就必須首先采用先進(jìn)的起動設(shè)備——電機(jī)軟起動器。正是因?yàn)檐浧饎悠饔?b>多種的控制方式，以及控制方式的靈活性和可靠性，受到用戶的歡迎， 具有廣泛的應(yīng)用前景，它已在水泥企業(yè)得到越來越廣泛的使用。

更多產(chǎn)品請進(jìn)入：http://vango001.jdzj.com  陳先生 0577-68658007