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軟啟動的原理與運行特點
張家口變頻器   2009-05-20 03:14:08 作者:SystemMaster 來源:宏遠工控 文字大小:[][][]

一、前言
異步電動機以其優良的性能及無需維護的特點,在各行各業中得到廣泛的應用。然而由于其起動時要產生較大沖擊電流(一般為Ie的5~8倍),同時由于起動應力較大,使負載設備的使用壽命降低。國家有關部門對電機起動早有明確規定,既電機起動時的電網電壓降不能超過15%。

解決辦法有兩個:
1、增大配電容量;
2、采用限制電機啟動電流的起動設備;
如果僅僅為起動電機而增大配電容,從經濟角度上來說,顯然不可取。為此,人們往往需要配備限制電機起動電流的起動設備,過去人們多采用Y/△轉換、自藕降壓、磁控降壓等方式來實現。這些方法雖然可以起到一定的限流作用,但沒有從根本上解決問題。

隨著電力電子技術的快速發展,智能型軟起動器得到廣泛應用。智能型軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節能和多功能保護于一體的新穎電機控制裝備,又稱為 Soft Starter。它不僅實現在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電機,而且可根據電動機負載的特性來調節起動過程中的參數,如限流值、起動時間等。此外,它還具有多種對電機保護功能,這就從根本上解決了傳統的降壓起動設備的諸多弊端。

二、起動性能的比較
軟起動與傳統的降壓起動的性能指標見表1

三、工作原理與運行特點
三相交流異步電動機的起動轉矩Ma直接與所加電壓的二次方有關,也就是說,只要降低電機接線端子上的電壓就會影響這些值。(見圖1)軟起動的工作原理是通過控制串接于電源與被控電機之間的三相反并聯晶閘管的導通角使電機的端子電壓從預先設定的值上升到額定電壓。

1、軟啟動的主要起動方式有:
(1)電壓雙斜坡起動:如圖3所示,在起動過成中,電機的輸出力矩隨電壓增加,在起動時提供一個初始的起動電壓Us,Us根據負載可調,將Us調到大于負載靜摩擦力矩,使負載能立即開始轉動。這時輸出電壓從Us開始按一定的斜率上升(斜率可調),電機不斷加速。當輸出電壓達到達速電壓Ur時,電機也基本達到額定轉速。軟起動器在起動過程中自動檢測達速電壓,當電機達到額定轉速時,使輸出電壓達到額定電壓。

(2)限流起動:就是電機的起動過程中限制其起動電流不超過某一設定值(Im)的軟起動方式。其輸出電壓從零開始迅速增長,知道輸出電流達到預先設定的電流限值Im,然后保持輸出電流I〈Im的條件下逐漸升高電壓,直到額定電壓,使電機轉速逐漸升高,直到額定轉速。

這種起動方式的優點是起動電流小,且可按需要調整。對電網影響小,其缺點是在起動時難以知道起動壓降,不能充分利用壓降空間。

(3)突跳起動:這些起動開始階段,讓晶閘管在極短的時間內全導通后回落,再按原設定的值線性上升,進入恒流起動,該起動方法適用于重載并需克服摩擦的起動場合。如我公司450HP的空壓機電機的啟動采用此方式,這樣可以減少啟動時的振動。如圖4所示

2、軟起動運行特點
(1)能使電機起動電壓以恒定的斜率平穩上升,起動電流小,對電網無沖擊電流,減小負載的機械沖擊。
(2)起動電壓上升斜率可調,保證了起動電壓的平滑性,起動電壓可依據不同的負載在30%~70%Ue(Ue為額定電壓)范圍內連續可調。
(3)可以根據不同的負載設定起動時間。
(4)起動器還具有可控硅短路保護、缺相保護、過熱保護、欠壓保護。

四、軟起動的應用場合
現在市場有多種型號的軟起動可供用戶選擇,不同產品所具功能也不僅相同,選擇是建議遵循下述原則。

原則上,異步電動機凡不需要調速的各種應用場合都可使用,適用于各種泵類負載或風機類負載,需要軟起動與軟停車(解決水錘效用)對于變負載工況、電動機長期處于輕載運行,只有短時或瞬間處于滿負荷運行場合,應用軟起動器(不帶旁路接觸器)則具有輕載節能的效果。

五、軟起動MCC控制柜
MCC(Motor Control Center)控制柜,既電動機控制中心。軟起動控制柜由以下幾部分組成:
(1)輸入端斷路器;
(2)軟起動器;
(3)軟起動器旁路接觸器;
(4)上側控制電路(完成手動起動、遙控起動、軟起動及直接起動等功能的選擇與運行),有電壓、電流顯示和故障、運行、工作狀態等信號顯示。

軟起動MCC控制柜進一步加以組合或用PLC邏輯控制,可以實現多種復合功能。用于大樓的消防系統與噴淋泵、生活泵等系統可以實現消防泵定時自動檢測,定時自動關閉;加上相應的控制邏輯,則可以對消防泵及各個系統運轉是否正常,實施平時檢測時,定時低速低水壓運行;在滅火時,則實施全速滿載運行。將若干臺電動機控制邏輯組合,可以組成生活泵系統或其他專用系統,按需要量逐次起動各臺電機,也可逐次減少電機,實現最佳效率運行。還可以實現多臺電機自動轉換運行,使各電機都處于同等的運行壽命。

六、結束語
軟起動器現已廣泛用于冶金、鋼鐵、油田等各行各業,隨著我國的經濟的快速發展,高層建筑、商貿大廈、娛樂中心的現代化建筑越來越多。其空調和消防要求越來越高,而傳統的降壓起動設備由于固有的弱點,已無法滿足現代化建筑的需要,所以選擇智能型電動機起動設備,將是必然的發展方向。

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