襄陽源創電氣有限公司小王告訴我們： 1 電動機軟啟動技術優勢

 

　　交流異步電動機作為電氣傳動主要的原動力，在啟動控制中，我們常用的有全壓直接啟動和降壓啟動兩種方式。作為傳統的啟動方式如頻敏電阻啟動、自藕變壓器啟動等，有著起動難、沖擊電流大等各種弊端。近年來，隨著變頻器及軟啟動技術的發展，從根本上解決了電機啟動控制中存在的一些難題，特別是軟啟動技術在解決大、中容量的電機啟動問題中有著卓越的功能，可以說是替代傳統啟動方式，特別是降壓啟動的一項新技術。

 

　　2  傳統的電機啟動方式及其弊端

 

　　1.啟動高達5～7倍的啟動電流，造成電動機繞組因過熱引起高溫，從而加速絕緣老化；

 

　　2.供電網絡電壓降過大，當電壓≤0.85Un時，影響其他設備的正常使用，尤其是欠壓保護動作；

 

　　3.啟動時能量損失過大，浪費電能，尤其是當頻繁啟動時；

 

　　4.對被帶動的設備造成極大的沖擊力，縮短設備使用壽命，影響精確度；

 

　　5造成機械傳動部件的非正常磨損，加速設備老化，縮短壽命；

 

　　6.接觸器等控制設備故障率較高。

 

　　因此，對電動機啟動是否能直接啟動有著一定的限制條件：

 

　　a.機械設備是否允許電機直接啟動，這是先決條件；

 

　　b.直接啟動時，不允許電機的容量大于10％—15％主變壓器的容量；

 

　　c.啟動過程中電壓降△U不大于15％Un。

 

　　以往的解決中、大功率電動機的啟動問題往往采用一些傳統的啟動方式及設備，如：頻敏變阻器啟動(只適用于繞線式電機)、自藕變壓器降壓啟動、Y/△轉換方式啟動、延邊三角形啟動方式等。他們的啟動方式性能如下：

 

　　注：Un：額定電壓lq、Mq：電動機全壓啟動時電流及啟動轉矩

 

　　K：降壓系數=Uq/Un，Uq啟動電壓。

 

　　這些傳統的降壓啟動方式普遍存在著起動設備復雜，部分啟動方式存在啟動電流大或啟動轉矩偏小的弊端，而且在電機的運行保護方面，存在著功能不甚完善或不靈敏的情況。而軟啟動技術作為一種先進的電機控制技術，在這些方面與傳統的控制方式相比，有著無可比擬的優點，是控制技術的發展方向。

 

　　3  軟啟動技術及其優點

 

　　軟啟動是電動機啟動的一種新技術，完全取代Y—△起動、自藕變壓器啟動等傳統起動器，廣泛應用于工業各領域。軟啟動器是微處理器和大功率晶閘管相結合的新技術，用微處理器控制晶閘管導通角，從而改變晶閘管的輸出電壓來達到降壓啟動的功能。

 

　　軟啟動器在電動機控制的應用中有以下優點：

 

　　3.1  提供靈活的啟動方式選擇及優異的啟動特性

 

　　可提供軟啟動、帶可選突跳啟動的軟起動、限流起動及雙斜坡啟動和全壓啟動等啟動方式選擇，用戶可根據自身要求及系統電網要求來選擇相應的啟動方式并設置起動參數，以達到佳的啟動效果，常用的有以下幾種啟動方式：

 

　　(1)  限流啟動：該方式為電動機提供一個固定電壓的降壓啟動，當必須限制大啟動電流時，可選用該方式。電流限制水平可由用戶在電機滿載電流的50％～60％之間調節。

 

　　(2)  軟啟動：適用不同斜率電壓增量起動時，是較為常用的啟動方式，電機得到預設定的初始轉矩，該轉矩可由用戶在轉子堵轉轉矩的0％～90％范圍內自行設定。在斜坡加速期間，輸出給電機的電壓是無級遞增的，當軟啟動器的控制器檢測到電機已達到額定轉速時，輸出電壓自動切換為全電壓。

 

　　(3)  脈沖突跳啟動：適用需要較高啟動轉矩的設備，以幫助電機較快地完成啟動過程，它可附加在限流及軟啟動方式中。脈沖時間可由用戶自行選擇。

 

　　3.2  全功能保護系統

 

　　軟啟動器不僅能提供過載保護，而且可提供各種操作故障狀態下的保護，諸如輸入/輸出缺相、電機堵轉、晶閘管短路及失壓、過壓、短路等保護，其中，內置的過載保護功能可省去熱繼電器，使配電柜內布線更加簡單、迅速。此外，不需增加任何傳感器或儀表，可讀取電機的運行參數，如：電流、電壓、功率．千瓦時及運行時間等。除了擁有強大的保護功能之外，軟啟動還具有故障自診斷功能，大大減少了以往故障查找與檢修的時間，節省了人力。

 

　　3.3  運行可靠，維修方便

 

　　軟啟動器大電流運行無觸點，采用交流開關無級調壓，消除了系統中產生接觸不良的影響，且調壓范圍寬，過載能力強，人性化的菜單界面可極為方便地查閱參數或修改參數，通過附加的通信網絡接口達到自動化集中控制。

 

　　3.4  節能運行

 

　　隨著電機負載率的變化，軟啟動自適應控制自動調整電機的轉速，使電機運行功率因素相應提高，同時降低電機運行時的功率損耗。對經常啟動且負載變化頻繁的電機，節能效果顯著。電機在負載到滿載范圍內的高綜合節電效果可達損耗的40％左右。

 

　　3.5  延長設備使用壽命，提高生產率

 

　　電動機的軟啟動能有效降低啟動機械應力，減少對傳動元件的機械沖擊，在液流系統中能有效消除喘振或液擊問題，提高設備利用率，提高生產率。

 

　　4  軟啟動方式與傳統降壓起動在實際應用中的比較

 

　　以我廠的一臺離心式通風機電機起動為例：該電機容量160kW，額定電流300A，額定電壓380V，供電線路300m，電纜主截面120mm2雙并，供電主變壓器容量1000kVA，電機為重載起動，在采用全壓直接啟動時計算情況如下：

 

　　供電變壓器一次側短路容量

 

　　S=SjXjs=Sj/(X1max+X1)＝100/(1.088+0.143)＝81.2MVA

 

　　電動機額定起動容量

 

　　電機電纜線路電抗

 

　　X1＝(X0+5/S)×1/2＝(0.07+5/120)×0.3/2

 

　?。?.0168

 

　　電機啟動回路額定輸入容量

 

　　Sq=1/[(1/Sqd)+(X1/U2m)]=1.19MVA

 

　　母線短路容量

 

　　Sd1=sb/[Xb+(sb/S′)]=1/[0.0663+(1/81.2)]=12.7MVA

 

　　預接負荷的無功功率

 

　　Qfh＝0.6(Sb－0.7Sed)＝0.517MVA

 

　　電機啟動時母線電壓

 

　　Uqm=[(Sd1+Qfh)+(Sd1+Qfh+Sq)]×0.38=0.917×0.38=0.34KV

 

　　電機啟動時的端子電壓

 

　　Uqd＝Uqm×(Sq/Sqd)×0.38=0.917×(1.19/1.38)×0.38=0.30kV

 

　　注：Kq(電機額定啟動電流倍數)；X1—線路阻抗，計入電阻后取(X0+5/S)/1，S—電纜截面；Um—母線額定電壓(取6.3kV)，Sb—供電變壓器額定容量；S′—供電變壓器一次側短路容量；Sed—電機額定容量，Sj—基準容量(取100MVA)；GD2—機組的總飛輪距；ne—電機額定轉速；mqp—電機平均起動轉矩相對值；mj—機組的靜阻轉矩相對值

 

　　該電機起動時，系統母線電壓下降了40V左右，電機的端子電壓只有原電壓的79％左右，低于電機直接起動所需85％端子電壓的要求，不符合啟動要求。

 

　　若采用自藕變壓器降壓起動，粗略計算如下：

 

　　Sq＝1/(1/K2×Sqd+X1/U2m)

 

　　＝1/(1/0.82×1.38+0.0168/0.382)

 

　?。?.80MVA

 

　　Uqm=[(Sd1+Qfh)/(Sd1+Qfh+Sq)]×0.38

 

　?。?.766×0.38＝0.291kV

 

　　Uqd=Uqm×(Sq/KSqd)×0.38

 

　　=0.766×[4.03/(0.8×1.38)]×0.38

 

　　=0.211kV

 

　　tq=GD2ne2/365Ped×(u2qdmqp－mj)

 

　　=3×7452/365×160×(0.2112×0.54－0.3)

 

　　=103s

 

　　注：GD2—機組的總飛輪距；ne—電機額定轉速；mqp—電機平均啟動轉矩相對值；mj—機組的靜阻轉矩相對值啟動時間過長，啟動困難且需增加一套降壓啟動設備。從日常的維護檢修方面來看，其故障率較高，啟動的電流沖擊對電機也有不利。

 

　　選用軟啟動方式中的軟啟動加脈沖突跳方式進行控制，不僅啟動設備簡單，而且通過下圖可看出：在電機得到初始的啟動轉矩開始，啟動電壓開始無級增加，在選用了突跳啟動功能，可為電機提供一個大提升轉矩以克服負載的慣性，較快地完成啟動過程。根據實際啟動情況，電機的實際啟動時間為25s。

 

　　通過對軟啟動及傳統的自藕變壓器降壓啟動特性比較，也可看出軟起動的優越性所在。

 

　　5  總結

 

　　傳統的電機啟動方式雖然現今仍有應用，但軟啟動的卓越啟動技術及保護功能已逐漸被人們所認可，應用也越來越廣泛。在交流異步電動機的啟動控制中，當有符合以下七條中的一條或幾條時，使用軟啟動技術更經濟、合理地啟動控制電機：

 

　　1.正常運行時不要求電機具有調速或節能的速用要求，只加快啟動過程的工作狀態；

 

　　2.負載自身不允許在正常時產生壓降，降速的可能性；

 

　　3.電機功率較大，為滿足起動條件，要造成主變壓器容量加大的場合，這點可降低配電容量，避免增容投資；

 

　　4.對電網電壓波動要求嚴格，對壓降要求≤10％Un的供電系統；

 

　　5.設備精密，不允許高啟動沖擊，從而對產品質量要求正常使用產生不良后果的；

 

　　6.機械設備或負載工況條件不允許直接啟動或采用老式的降壓啟動；

 

　　7.對大、中容量電動機啟動過程能量損失可觀，需節能時。

 

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