徐 凱

（深圳媽灣電力有限公司檢修部，廣東 深圳 518000）

引言

通常電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式有兩種：一種是在額定電壓下的直接啟動(dòng)，又被稱為硬啟動(dòng)；另一種是降低電機(jī)的啟動(dòng)電壓或電流的起動(dòng)，也被稱為軟啟動(dòng)。為了減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，中、大功率的電動(dòng)機(jī)一般都不允許直接啟動(dòng)。

降壓起動(dòng)先后經(jīng)過了兩個(gè)發(fā)展階段，一是采用“Y一△”接線起動(dòng)和自藕降壓?jiǎn)?dòng)器，二是引進(jìn)電力電子技術(shù)，用軟啟動(dòng)器、變頻器等設(shè)備啟動(dòng)電機(jī)。第二種方式能從零開始，線性平滑地增加電壓，不但減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，也減少了對(duì)電機(jī)的沖擊。

一、電力電子軟啟動(dòng)器的原理和性能

交流電源每相由兩支SCR反并聯(lián)連接在線路中，通過SCR導(dǎo)通角的改變，從而改變軟啟動(dòng)器輸出三相電壓(u，V，w)的大小，而其頻率仍為5O Hz。它是接在三相交流電源與三相交流電動(dòng)機(jī)之間的電力電子裝置。

2.電機(jī)電力電子軟啟動(dòng)的技術(shù)性能主要包括：一是根據(jù)電機(jī)的硬性特性的要求，可分別獨(dú)立設(shè)定電機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停機(jī)時(shí)間；二是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過程中的功率因數(shù)自動(dòng)追蹤調(diào)節(jié)功能，使cosФoc1，sinqФoc0；三是適用主回路電壓：三相220—6 900 VAC 50/60H2自動(dòng)選擇相序自動(dòng)檢測(cè)；四是一次系統(tǒng)的電壓和電流及功率因數(shù)的控制是采用數(shù)字脈沖，二次控制系統(tǒng)為集成數(shù)字控制設(shè)備，耗電低 。

3.電機(jī)電力電子軟啟動(dòng)的起動(dòng)方式：根據(jù)電機(jī)不同負(fù)載的要求電子軟啟動(dòng)器一般都具備以下三種起動(dòng)方式：電壓控制啟動(dòng)方式、限流啟動(dòng)方式、轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳啟動(dòng)方式。

4.電機(jī)電子軟啟動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行方式分為：節(jié)能運(yùn)行方式、全壓運(yùn)行方式、接觸器旁路運(yùn)行方式。

二、變頻技術(shù)與電機(jī)的軟啟動(dòng)

1.變頻調(diào)速技術(shù)是在電機(jī)供電電源與電機(jī)定子間加入一個(gè)可改變電機(jī)供電電源頻率的變流裝置，將5OHz工頻交流電源變?yōu)轭l率、電壓可調(diào)的交流電源，通過變頻器改變輸出的交流電的頻率的改變實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)矩。從理論上講，變頻技術(shù)可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)使電機(jī)從0轉(zhuǎn)速一直到任意轉(zhuǎn)速(達(dá)到同步轉(zhuǎn)速)，具有良好的控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)的功能 。

2.變頻器的設(shè)計(jì)是為了調(diào)整控制變頻器的輸出功率來控制電機(jī)的輸出功率，使其與負(fù)荷要求相匹配，達(dá)到合理控制電機(jī)功率輸出，減少能源消耗的目的。變頻器主要是用于調(diào)整電機(jī)頻率的節(jié)能設(shè)備，不是用于電機(jī)軟啟動(dòng)的最佳設(shè)備。

3.另外由于通過變頻器的功率，是供給電機(jī)的全部功率，該設(shè)備所承受的電壓是電機(jī)所承受的電網(wǎng)電壓，這就帶來幾個(gè)方面的問題：一是變頻器自身裝置龐大、復(fù)雜，造價(jià)高，維護(hù)費(fèi)用很高；二是產(chǎn)生的對(duì)電網(wǎng)的諧波及對(duì)電機(jī)的諧波大，所以需要加入各種抑制諧波的裝置；三是自身功耗大，運(yùn)行條件苛刻，須加防塵及散熱設(shè)施，增加了電耗和運(yùn)行維護(hù)量。

煤礦高溫的危害主要是降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)效率，致使勞動(dòng)者意志恍惚，從而造成煤礦人為事故。眾所周知，人處于高溫環(huán)境中會(huì)感覺不適，易煩躁。在高溫環(huán)境中工作易發(fā)生中暑現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅煤礦工人的安全。隨著煤礦工人勞動(dòng)效率的下降，致使煤礦的掘進(jìn)工作放慢，造成接替紊亂，不能有效地保證煤礦的安全、高效開釆，給煤礦企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

4.從技術(shù)上講，通過改變電機(jī)電源的頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，是電機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)的一個(gè)革命，也是今后的發(fā)展方向。

三、串級(jí)調(diào)速技術(shù)與電機(jī)的軟啟動(dòng)

1.串級(jí)調(diào)速技術(shù)是用于繞線式電機(jī)十分經(jīng)典的電機(jī)調(diào)速方法，是通過串在電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中的調(diào)速裝置控制電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，具有實(shí)現(xiàn)電機(jī)的節(jié)能控制和軟啟動(dòng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 。

2.串級(jí)調(diào)速具有以控制低電壓進(jìn)而控制高壓電機(jī)，以控制小功率進(jìn)而控制大功率電機(jī)，且系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)電率高、造價(jià)低等特點(diǎn).與變頻器相比：一是變流裝置(串級(jí)調(diào)速裝置)中的電力半導(dǎo)體器件承壓僅為幾百伏，最高不超過1.5kV，比變頻器低得多；二是變流裝置控制功率僅為電機(jī)額定功率的15%左右，自身功耗不到電機(jī)額定功率的l% ；節(jié)電率比變頻高出2—5個(gè)百分點(diǎn)；四是一般無須加濾波裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制容易，本身造價(jià)低，維護(hù)簡(jiǎn)單，費(fèi)用少。

3.由于大多數(shù)泵、風(fēng)機(jī)類需要低同步轉(zhuǎn)速調(diào)速(由額定轉(zhuǎn)速下調(diào))的應(yīng)用特別適合.特別對(duì)高壓大容量電機(jī)更有技術(shù)實(shí)現(xiàn)容易和經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)勢(shì)。

4.串級(jí)調(diào)速技術(shù)主要是針對(duì)繞線式電機(jī)，因?yàn)槔@線式電機(jī)有滑環(huán)、碳刷的維護(hù)工作，在應(yīng)用上與鼠籠式電機(jī)相比要受到一定的限制，但相比變頻器的空調(diào)防塵及裝置等的維護(hù)量要小，總的建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用要低于變頻器本身的價(jià)格。隨著串級(jí)調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)一步推廣，串級(jí)調(diào)速綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)將會(huì)逐漸顯露出來。

四：電子軟起動(dòng)器起動(dòng)電機(jī)的一個(gè)實(shí)例

對(duì)于一個(gè)負(fù)荷，它的電阻值一定，加低電壓時(shí)，通過的電流較??；加高電壓時(shí)，通過的電流較大。我廠選用的是ABB軟啟動(dòng)器。在其控制面板上有要設(shè)定三個(gè)參數(shù)：詳見圖2圖3圖4

設(shè)定啟動(dòng)曲線開始電壓水平以及停止曲線

圖2

圖3

圖2設(shè)定啟動(dòng)時(shí)電壓提升的時(shí)間，即從初始電壓提升到額定電壓所需的時(shí)間?？烧{(diào)范圍為1-30秒。

圖3設(shè)定停止時(shí)電壓下降的時(shí)間，即從額定電壓下降到初始電壓所需的時(shí)間?？烧{(diào)范圍為1-30秒。終止電壓水平。

圖4

我廠的軟啟動(dòng)電氣回路接線如下：

圖5

先合上QF1、QF2 小開關(guān)；按下HJ合閘按鈕，軟啟動(dòng)開始工作，此時(shí)加在電機(jī)上的電壓為參數(shù)Ⅲ的設(shè)定電壓（一般為40%），此時(shí)電機(jī)電流也只有額定電流的40%，由電流互感器采集后將電流信號(hào)反饋到軟啟動(dòng)器，由軟啟動(dòng)器里的微電腦根據(jù)電流的大小決定是否向上升電壓。若電流在正常范圍內(nèi)，則繼續(xù)升電壓，如此反復(fù)，會(huì)在額定的時(shí)間內(nèi)加到額定電壓，完成啟動(dòng)過程；若電流不正常，則電流停留至此不再上升，等參數(shù)Ⅰ設(shè)定的時(shí)間到了，自動(dòng)返回輸出電壓為零，啟動(dòng)失敗。

從以上啟動(dòng)過程中可以看出，電流互感器的反饋是軟啟動(dòng)器判斷的依據(jù)。在選用電流互感器時(shí)，一定要選擇大小合適的變比。在最近的2#機(jī)空預(yù)器改造后，按照常規(guī)選用150/2的互感器，當(dāng)電壓加到70%時(shí)，就因反饋電流過大，軟啟動(dòng)器拒絕上升電壓；后來選用200/1變比的互感器才能啟動(dòng)空預(yù)器電機(jī)。就是因?yàn)榭疹A(yù)器改造后第一次啟動(dòng)，由于新安裝的設(shè)備磨合不好，阻力大導(dǎo)致啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流大，如仍然選用常規(guī)的電流互感器，則會(huì)導(dǎo)致反饋電流大，軟啟動(dòng)器拒絕繼續(xù)升電壓。事實(shí)上，在該空預(yù)器運(yùn)行一段時(shí)間后，我們又換上150/2的電流互感器重新啟動(dòng)，啟動(dòng)過程順利。這也從一個(gè)則面證明了軟啟動(dòng)器的工作機(jī)理。

實(shí)踐證明，我廠安裝的ABB公司的softstar軟啟動(dòng)器是較先進(jìn)的設(shè)備，目前我廠的#1#2#3#4機(jī)組的空預(yù)器電機(jī)都是采用此種方式啟動(dòng)。它集成度高，體積小，控制回路接線簡(jiǎn)單、可靠性高。相比直接啟動(dòng)、前面的星三角變換啟動(dòng)方式，它可非常明顯地減小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，平緩地改變電機(jī)的電壓，這樣對(duì)延長(zhǎng)電機(jī)設(shè)備的使用壽命是非常有益的，具體如圖6、圖7所示：

圖6 不同啟動(dòng)方法下的啟動(dòng)轉(zhuǎn)

圖7 不同啟動(dòng)方法下啟動(dòng)時(shí)的電機(jī)電壓

六、電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的幾種起動(dòng)方式

圖8 斜坡升壓軟起動(dòng)方式

電機(jī)電力電子軟啟動(dòng)的起動(dòng)方式：根據(jù)電機(jī)不同負(fù)載的要求電子軟啟動(dòng)器一般都具備以下三種起動(dòng)方式：電壓控制啟動(dòng)方式、限流啟動(dòng)方式、轉(zhuǎn)矩加脈沖突跳啟動(dòng)方式。

1.斜坡升壓軟起動(dòng)，見圖8。這種起動(dòng)方式最簡(jiǎn)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。其缺點(diǎn)是，由于不限流，在電機(jī)起動(dòng)過程中，有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對(duì)電網(wǎng)影響較大，實(shí)際很少應(yīng)用。

2.斜坡恒流軟啟動(dòng)，見圖9。這種啟動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的初始階段啟動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定(t1至 t2階段)，直至起動(dòng)完畢。啟動(dòng)過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)時(shí)間短。該啟動(dòng)方式是應(yīng)用最多的啟動(dòng)方式，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的起動(dòng)。

3.階躍起動(dòng)，見圖10.開機(jī)，即以最短時(shí)間，使啟動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，即為階躍起動(dòng)。通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速起動(dòng)效果。

圖9 限流起動(dòng)方式

圖10 斜坡泵類控制方式

4.脈沖沖擊啟動(dòng)，見圖11。在啟動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)，以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，連人恒流起動(dòng)。該啟動(dòng)方法在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦.啟動(dòng)方式如圖2～5所示。

圖11 電壓突跳起動(dòng)方式

結(jié)束語

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，它既能保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的啟動(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)。

通過論述，軟啟動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線安裝方便，成本低，是電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與運(yùn)行技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。在工程應(yīng)用中，可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性和工藝要求靈活選擇相應(yīng)的啟動(dòng)方式和設(shè)備，不但可以解決啟動(dòng)電流大,啟動(dòng)特性不理想等問題,還可以使啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)化,控制可靠性提高.在對(duì)啟動(dòng)控制有一定要求的情況下,是首選的控制方案。

[1]楊永昌.淺議電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)及應(yīng)用[J].科技與生活，2010,18.

[2]楊群，陳大成.三相異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)[J].現(xiàn)代節(jié)能，1996,02.