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  電動機軟啟動器在水泥企業的使用  
 

一、概述
    籠型異步電機由於結構簡單、控製方便、效率高等優點而被水泥企業廣泛地應用於機械設備的拖動中。在實際使用中,電動機在起動或停止過程中還存在著一係列問題。全壓起動時要產生較大的衝擊電流(一般為額定電流Ie的5~8倍)。電動機容量越大,起動時衝擊電流對電網及其負載衝擊就越大,特別是大容量電機直接起動會對電網及其他負載造成幹擾,甚至危害電網的安全運行;同時由於起動應力較大,使負載設備的使用壽命降低。在停機時,如果拖動係統突然失去轉矩,靠係統的摩擦轉矩克服係統的慣性滑行停車,也給拖動係統帶來諸多問題。
解決辦法有兩個:一是增大配電容量;二是采用限製電機起動電流的起動設備。如果僅僅為起動電機而增大配電容量,從經濟角度來說,顯然不可取。為此,在水泥廠設計時,對低壓大電機需要配備限製電機起動電流的起動設備,常用的有Y/Δ起動,自藕降壓起動等方式來實現。這些方法雖然靠接觸器切換電壓實施啟動降壓,可以達到降低電流的目的,但沒有從根本上解決起動瞬時電流尖峰衝擊問題。起動轉距基本固定不可調,起動過程中都存在二次衝擊電流,對負載機械有衝擊轉距,且受電網波動的影響,一旦出現電網電壓向下浮動,會造成電機堵轉、起動過程接觸器帶載切換,易造成觸點的拉弧、損壞等方麵問題。嚴重時燒毀開關、電動機,影響電網其它設備運行。
隨著電力電子技術的發展,軟起動器作為一個新型電動機起動裝置可以克服以上缺點,它是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多功能保護於一體的新穎電機控製裝置。目前,水泥企業籠型異步電機的降壓起動設備正逐步被軟起動器取代。
二、軟啟動器的工作原理及主要特點
    軟啟動器的工作原理 軟起動主要由串接於電源與被控電動機之間三對反並聯晶閘管調壓電路構成。現代軟啟動器基本上都采用了電力電子技術和微機控製技術,以單片微機作為中央控製器控製核心來完成測量及各種控製算法,因此,軟啟動器具備了很強的功能和靈活性。整個起動過程是數字化程序軟件控製下自動進行。利用三對晶閘管的電子開關特性,通過起動器中的單片機,控製其觸發脈衝的遲早來改變觸發角的大小。而觸發導通角的大小,又改變晶閘管的導通時間,最終改變加到定子繞組的三相電壓的大小。異步電動機定子調壓的結果,一方麵其轉矩近似與定子電壓的平方成正比,另一方麵電動機的電流又和定子電壓成正比。電動機的起動轉矩和初始電流的限製可以通過定子電壓的控製來實現,而定子電壓又是通過可控矽的導通相角來控製的,所以不同的初始相角可實現不同的端電壓,以滿足不同的負載起動特性。電動機起動過程中,晶閘管的導通角逐漸增大,晶閘管的輸出電壓也逐漸增加,電動機從零開始加速,直到晶閘管全導通,從而實現電動機的無級平滑起動。電動機工作在額定電壓的機械特性上。電動機的起動轉矩和起動電流的最大值可根據負載情況設定。
軟起動器常用的幾種起動方式:
    1、限流起動 電機的起動過程中限製其起動電流不超過某一設定值(Is)的軟起動方式。其輸出電壓從零開始迅速增長,直到輸出電流達到預先設置的電流限值Is,然後保持輸出電流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。損失起動力矩,對電動機不利。
    2、斜坡電壓起動 這種起動方式最簡單,不具備電流閉環控製,僅調整晶閘管導通角,使之與時間成一定函數關係增加。顧名思義是電壓由小到大斜坡線性上升,它是將傳統的降壓起動從有級變成了無級,主要用在重載起動,它的缺點是初始轉矩小,轉矩特性拋物線型上升對拖動係統不利,且起動時間長有損於電機。
    3、轉矩控製起動 用在重載起動,它是將電動機的起動轉矩由小到大線性上升,它的優點是起動平滑,柔性好,對拖動係統有更好的保護,它的目的是保護拖動係統,延長拖動係統的使用壽命。同時降低電機起動時對電網的衝擊,是最優的重載起動方式,它的缺點是起動時間較長。
    4、轉矩加突跳控製起動與轉矩控製起動 相仿也是用在重載起動,不同的是在起動的瞬間用突跳轉矩克服電機靜轉矩,然後轉矩平滑上升,縮短起動時間。但是,突跳會給電網發送尖脈衝,幹擾其它負荷,應用時要特別注意。
    5、電壓控製起動是用在輕載起動的場合,在保證起動壓降下發揮電動機的最大起動轉矩,盡可能的縮短了起動時間,是最優的輕載軟起動方式。
綜上所述不難看出,最適用最先進的起動方式應是電壓控製起動和轉矩控製起動及轉矩加突跳控製起動。目前的軟起動器多是限電流起動和斜波電壓起動,它是最原始最低級最簡單的起動方式,還有的是限流起動和轉矩加突跳控製起動。唯有電壓控製和純轉矩控製及轉矩加突跳控製起動較為先進。
常用停機方式有三種:一是自由停車,二是軟停車,三是製動停車。
    1、 自由停車 傳統的控製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 電動機停機時,軟起動器將額定電壓按軟停車設定的時間緩慢降至起始電壓Us後停止輸出的一種停車方式,它可以消除了由於自由停車帶來的拖動係統反慣性衝擊。
如皮帶運輸機、升降機等許多負荷並不宜突然停機,軟停車功能正好能滿足此要求。晶閘管在收到軟停機信號後,導通角漸減,經一定時間才過渡到全關,即電動機端電壓漸減至零。停車時間可按實際需要設定。
    3、製動停車 向電機輸入直流電流,從而加快製動,製動時間可調,主要用於慣性力矩大的負載或需快速停機的場合,在一定的場合代替了反接製動停車。

三、軟起動器的選型及注意事項
    目前軟起動器的生產廠家很多,有進口也有國產的,原理基本相同。軟起動器是一種新型的、性能優良的起動裝置,它結合了電力電子技術、自動控製技術和微處理器技術,與傳統起動設備相比,具備完善的電機軟啟動和軟停車功能,可保證電機連續而平滑的啟動,消除了機械衝擊和大電流衝擊,有效的延長了電機的壽命和保護了用電線路和負載。目前在市場上有影響力的國內產品有西安西馳的CMC,國外產品有施耐德的TE、羅克韋爾的A-B、ABB、西門子的產品等。
水泥企業在選用軟起動器時應主要考慮以下問題:
    1、選擇軟起動器注意負載是標準負載還是重載負載。根據負載性質的不同來選擇不同類型的起動器。
    (1)如果負載是離心泵(消防泵、噴淋泵、水泵等),則需利用泵控製功能,減少起動和停止時液流衝擊所產生的係統水錘現象的發生,所以必須用選帶泵控製功能的軟起動器,如另帶欠載保護或相位顛倒保護的則更好;
    (2)負載是通風機的話,利用軟起動功能,減少皮帶磨損和機械衝擊,並可利用停機時製動轉矩功能;
    (3)負載是攪拌機、破碎機、提升機等,利用雙斜坡起動和預置低速運行,避免機械損壞;
    (4)負載是輸送設備,可利用軟起動和預置低速功能,實現平滑開停,軟停車消除了由於自由停車帶來的拖動係統反慣性衝擊,避免產品移位和液體溢出;
    (5)具有通訊端口可實現網絡通訊與遠程控製。若有計算機聯網要求,在選擇軟起動器時注意它的智能化程度,是否帶微機接口,接口是否帶有通訊地址和程序,是否能達到通訊控製以及故障自珍診斷功能等。
    2、根據電動機的標稱功率、電流及負載性質選擇起動器。一般軟起動器容量稍大於電動機工作電流即可,對水泥廠的一些重載負荷時應加大一檔使用,如:破碎機、球磨機、提升機、長皮帶、攪拌機、風機等,同時適當考慮散熱因素。
    3、其他方麵,還要考慮是否保護功能完備
    (1) 如過電流保護、過壓保護、單項接地保護、上下口斷相保護、三相不平衡保護、相位顛倒保護等。不帶過載保護的,必須另加熱繼電器保護。
    (2) 有的軟起動器一般不帶短路保護,需外加快速熔斷器並與晶閘管容量匹配,它能使晶閘管在連接負載發生短路時受到保護,低壓斷路器一般不能保護軟起動器。進線電抗器可限製主電源的諧波幹擾,當幾台起動器接於同一電源時建議使用進線電抗器。
    (3) 軟啟動器至電動機的接線要特別注意,大部分是3根出線,但部分產品也有6根出線的。軟起動器可安裝在有功率因素補償器的係統中,但電容器必須位於軟起動器的電源進線一側,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行和故障信號輔助觸點,供工程設計選用。
    (4) 軟啟動器允許長期在額定負載工況下運行,可以用旁路接觸器,在起動完畢後把它短接。切除後要注意電動機運行回路是否還有過載熱保護功能。在實際應用過程中,若工藝條件許可,用一台軟起動器起動多台電動機時,其容量應根據電動機中最大的起動負荷考慮,可大大節省投資費用。
    (5) 機櫃內安裝軟起動器時要考慮散熱空間。軟起動器在通過電流時將會產生熱耗散,安裝時應注意在其上、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。當軟起動器額定電流較大時,要采用風機降溫,風機的電源可取自電機控製係統的二次回路。機械風冷的還要考慮傾斜度等。自然風冷的無此要求。運行方式分在線型和非在線型,選型時盡量選用非在線型。
    (6) 參數測試功能
    部分品牌軟啟動器還帶有參數顯示窗口,可以通過按鍵在顯示窗口選擇顯示電機的運行參數,如三相電壓值、三相電流值、功率因數、運行時間等,而無需增加任何儀表,此功能可使用戶很方便地查詢電機在運行過程中的各種參數。
四、結束語
    通過以上所述,軟啟動器的應用解決以往電機起動中的問題,在水泥行業,籠型異步電動機凡不需要調速的各種應用場合都可使用,特別適用於需要軟起動與軟停車的各種泵類負載或風機類負載;對於變負載工況,電動機長期處於輕載運行,隻有短時或瞬間處於滿負荷運行的場合,應用軟啟動器(不帶旁路接觸器)則具有輕載節能效果。在水泥廠工程設計和工程改造中,要想改善工藝提高自動化水平,降低成本提高企業效益,對電動機的起動就必須首先采用先進的起動設備——電機軟起動器。正是因為軟起動器有多種的控製方式,以及控製方式的靈活性和可靠性,受到用戶的歡迎, 具有廣泛的應用前景,它已在水泥企業得到越來越廣泛的使用。