周 巖

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

軟啟動器在化工電機(jī)節(jié)能的可行性應(yīng)用與分析

周 巖

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

隨著經(jīng)濟(jì)水平的快速增長，電能作為我國重要能源，為人們的生產(chǎn)、生活提供了便利的發(fā)展條件。軟啟動器作為大功率電機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，若配合節(jié)能控制功能，將有利于實(shí)現(xiàn)電機(jī)安全、節(jié)能運(yùn)行。只有制定科學(xué)有效的電機(jī)軟啟動器節(jié)能運(yùn)行方案，才能真正實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動器節(jié)能運(yùn)行的應(yīng)用價(jià)值。主要對電機(jī)軟啟動器節(jié)能的基本原理進(jìn)行簡單介紹，并對軟啟動器在電機(jī)節(jié)能運(yùn)行中應(yīng)用的可行性進(jìn)行觀點(diǎn)論述和問題分析，為后期軟啟動器節(jié)能控制與管理提供參考。

化工電機(jī)；軟啟動器；節(jié)能

化工生產(chǎn)中，電機(jī)在電能消耗中占據(jù)著較大的比重，而電機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，因時(shí)常處于負(fù)荷能量較小的工作狀態(tài)，功率因數(shù)和工作效率相對較低，造成了大量能源浪費(fèi)。相對于變頻器而言，軟啟動器同樣具有良好的控制調(diào)節(jié)功能，更具經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。通過節(jié)能型軟啟動器，可對電機(jī)運(yùn)行電流、輸出功率進(jìn)行全面監(jiān)測，當(dāng)電機(jī)負(fù)載處于低負(fù)荷或空載運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)節(jié)機(jī)端輸出電壓與負(fù)荷變化相適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

1 化工電機(jī)軟啟動器節(jié)能的基本原理

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，明確電機(jī)軟啟動器節(jié)能控制的基本原理是非常重要的，當(dāng)監(jiān)測電機(jī)在額定電壓下運(yùn)行時(shí)，電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速與驅(qū)動負(fù)載大小無關(guān)，電機(jī)在額定電壓、功率范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其轉(zhuǎn)速基本恒定。當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，電機(jī)實(shí)際功率因數(shù)和運(yùn)行效率很低；當(dāng)負(fù)載達(dá)到額定的一半以上時(shí)，電機(jī)實(shí)際功率因數(shù)和運(yùn)行效率變化小，但定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩越來越大。軟啟動器節(jié)能運(yùn)行與電機(jī)額定功率、帶載持續(xù)時(shí)間相關(guān)，即額定功率越小，節(jié)能運(yùn)行效果越好，帶載持續(xù)時(shí)間越長，節(jié)能運(yùn)行效果越好。

若輸出功率適當(dāng)降低后，仍能滿足負(fù)載的基本需求，則可起到節(jié)約環(huán)保作用，雖然效率未提高，但有功功率卻得到了有效節(jié)約，因軟啟動器主體部分為三相反并聯(lián)晶閘管的調(diào)壓器，故可從調(diào)節(jié)電機(jī)機(jī)端電壓的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2 化工電機(jī)軟啟動器節(jié)能應(yīng)用分析

從理論角度分析知，雖然軟啟動器在電機(jī)節(jié)能運(yùn)行方面具有一定效果，但若未綜合考慮實(shí)際負(fù)載類型，將導(dǎo)致諸多細(xì)節(jié)問題凸顯出來，現(xiàn)從以下幾方面對節(jié)能應(yīng)用進(jìn)行分析：

2.1 從電壓降低對轉(zhuǎn)差率影響的分析

當(dāng)降低定子電壓后，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速降低，根據(jù)s=（n0-n）/n0可知，轉(zhuǎn)差率將增大，從而增加了電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子銅損耗能量，即轉(zhuǎn)差損耗增加。

2.2 從電機(jī)機(jī)械特性變化角度分析

根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式：

可知，電磁轉(zhuǎn)矩T與機(jī)端電壓U1的平方成正比，當(dāng)人為降低電壓時(shí)，轉(zhuǎn)矩降低。

根據(jù)異步電動機(jī)機(jī)械特性曲線可知，同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率Sm不變，最大轉(zhuǎn)矩Tmax和啟動轉(zhuǎn)矩Tst均隨電壓降低而降低，整體曲線變“窄”。

已知0＜S＜Sm區(qū)間內(nèi)屬于電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行工作范圍，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，只有提高轉(zhuǎn)差率，才能確保電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載所需轉(zhuǎn)矩相匹配，而轉(zhuǎn)差率的增加將使降定子和轉(zhuǎn)子銅耗大幅度增加，故不適用于重載負(fù)荷電機(jī)。

2.3 從電機(jī)溫升變化角度分析

因電機(jī)轉(zhuǎn)差率S是轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度之差，所以轉(zhuǎn)差率與電流成正比，根據(jù)上述分析中得知，過大的轉(zhuǎn)差率將引起定子電流、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流增加，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子過度發(fā)熱，不利于電機(jī)的安全運(yùn)行。

2.4 從軟啟動器節(jié)能對電力系統(tǒng)影響角度分析

旁路運(yùn)行的軟啟動器對電網(wǎng)無影響，但當(dāng)軟啟動器晶閘管處于調(diào)壓工作狀態(tài)時(shí)，電壓波形不平滑，將產(chǎn)生高次諧波，且軟啟動器裝載容量較大，諧波污染程度越大，影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，持續(xù)的高次諧波明顯降低了功率因數(shù)，且增加了電機(jī)的損耗量。

從電機(jī)機(jī)械特性曲線可知，降低電壓后的機(jī)械特性變“軟”，穩(wěn)定性能差。當(dāng)電源電壓發(fā)生波動時(shí)，影響了電機(jī)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動速度，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致電機(jī)軟啟動器無法正常工作，工作點(diǎn)越接近特性轉(zhuǎn)折點(diǎn)，電動機(jī)工作系統(tǒng)越差。

（1）對于重型負(fù)載來說，工作點(diǎn)與轉(zhuǎn)折點(diǎn)性能相似；

（2）對于輕載電動機(jī)來說，轉(zhuǎn)差率明顯低于額定值，處于相對安全的運(yùn)行狀態(tài)；

（3）對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載來說，其轉(zhuǎn)動速度要保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，否則電壓越來越低，將使整個(gè)電力系統(tǒng)不夠協(xié)調(diào)。

2.5 從影響軟啟動器自身的角度分析

降壓節(jié)能時(shí)，需考慮對軟啟動器產(chǎn)生的如下幾方面影響因素：

（1）電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低，而軟啟動器通風(fēng)性能比較差，此時(shí)晶閘管的電流量過大，在晶閘管的內(nèi)部產(chǎn)生的功耗和熱量不容忽視。

（2）晶閘管在軟啟動器運(yùn)行過程中，始終處于大電流工作狀態(tài)，嚴(yán)重影響電器元件和軟啟自身使用壽命，故非節(jié)能控制時(shí)采用接通旁路接觸器代替軟啟動器運(yùn)行。

（3）電壓降低，軟啟動器本身無短路保護(hù)，降壓節(jié)能將使晶閘管長期處于工作狀態(tài)。

因此，軟啟動器節(jié)能控制需嚴(yán)格依據(jù)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，并充分完成好物資準(zhǔn)備、預(yù)算和可行性評估。

3 電機(jī)軟啟動器節(jié)能應(yīng)用要求

由上述分析可知，雖然電機(jī)軟啟動器節(jié)能運(yùn)行具有重要的應(yīng)用價(jià)值，但受到不同負(fù)載類型和運(yùn)行條件的制約，造成了系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。因此，采用電機(jī)軟啟動器節(jié)能需綜合考慮以下幾點(diǎn)要求：

1）軟啟動器節(jié)能主要適用于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對于恒功率負(fù)載和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載要謹(jǐn)慎使用，避免影響著整個(gè)系統(tǒng)功能的安全性和可靠性。

2）需準(zhǔn)確測量各項(xiàng)損耗，計(jì)算出臨界負(fù)荷，電機(jī)軟啟動器工作時(shí)的負(fù)荷要小于臨界負(fù)荷。

3）節(jié)能降壓要考慮同負(fù)載轉(zhuǎn)矩需求，確保電磁轉(zhuǎn)矩滿足負(fù)載轉(zhuǎn)矩需求，若低于額定轉(zhuǎn)矩40%，需考慮更換電機(jī)。

4）采取針對性保護(hù)措施，確保滿足軟啟動器通風(fēng)和散熱需求，以及自身的短路保護(hù)功能，避免造成停車、設(shè)備事故和經(jīng)濟(jì)損失。

5）合理把控節(jié)能效果與投資成本之間的平衡關(guān)系，嚴(yán)格檢測各項(xiàng)節(jié)能指標(biāo)，同時(shí)滿足工藝運(yùn)行指標(biāo)需求。

4 結(jié)束語

綜述，在大功率負(fù)載設(shè)備的電機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用著軟啟動器。相比而言，風(fēng)機(jī)、水泵、位勢性負(fù)載更適合使用軟啟動器節(jié)能，故使用者須明確電機(jī)軟啟動器的優(yōu)勢特點(diǎn)，配合相應(yīng)的控制程序，對軟啟動器輸出電壓進(jìn)行控制管理，將夠起到節(jié)能環(huán)保的效果。但軟啟動器作為一種晶閘管調(diào)壓器，在電機(jī)運(yùn)行中只能改變機(jī)端電壓，很難普及應(yīng)用于各類負(fù)載，因此技術(shù)人員須合理應(yīng)用電機(jī)軟啟動器節(jié)能設(shè)備，不斷提高自身的專業(yè)技能水平，才能真正實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動器的安全節(jié)能運(yùn)行，為化工企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 苻志強(qiáng).變頻器和軟啟動器的對比研究[J].工程技術(shù)研究，2016，（5）：92+94.

[2] 董駿馳.淺析電氣應(yīng)用中軟啟動器的工作原理以及應(yīng)用[J].電子制作，2013，（17）：90.

Feasibility Application and Analysis of Soft Starter in Energy Saving of Chemical

Zhou Yan

With the rapid growth of economic level，electric power is an important energy source for our country.It provides a convenient development condition for people’s production and life.The soft starter is an important part of high power motor control system.With the energy saving control function，Is conducive to the realization of motor safety，energy-saving operation.Only the development of scientific and effective motor soft starter energy-saving operation program，in order to truly realize the motor soft starter energy-saving operation of the application value.In this paper，the basic principles of energy saving of the soft starter are briefly introduced，and the feasibility of the soft starter in the energy saving operation of the motor is discussed and analyzed，which can provide reference for the energy efficiency control and management of the soft starter.

chemical motor；soft starter；energy saving

TM341

A

1003-6490（2017）12-0113-02

2017-09-15

周巖（1989—），男，黑龍江雞西人，碩士在讀，主要研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣踊?/p>