張生琦

（海南八所港務(wù)有限責任公司，海南東方 572600）

0 引言

皮帶機因具有操作簡單，功耗小，輸送能力較大等優(yōu)勢，廣泛運用于各種運輸行業(yè)。港口投入使用的皮帶機多采用全壓啟動，存在著許多不足，急需改進。下面首先分析其不足之處，然后對比不同啟動方式的優(yōu)劣，找出最優(yōu)的改造措施。

1 全壓啟動存在的不足

1.1 對電網(wǎng)的影響

一臺普通的交流電機在空載全壓啟動時，啟動電流會達到額定電流的（4～7）倍，當多臺電機同時全壓啟動時，瞬間會達到極高的電流，這種持續(xù)性的高電流會對電網(wǎng)的供電造成極大的影響。高強度持續(xù)性的電流會提高電網(wǎng)的負荷，這種電網(wǎng)電壓突然下降的情況不僅僅會對其他的負載設(shè)備產(chǎn)生干擾，還增大了電網(wǎng)產(chǎn)生安全故障的可能性。

1.2 對電機的影響

電機全壓啟動時，電機從原先的靜止狀態(tài)被給予了大量的電流，要為機器設(shè)備的運行提供動力，它們內(nèi)部的溫度和摩擦產(chǎn)生的消耗會讓電機的使用壽命縮減，而且由于電網(wǎng)的原因，產(chǎn)生的強大應(yīng)力造成電機中減速齒輪的損耗，從而減少電機壽命，為整個企業(yè)帶來損失。

1.3 對機器設(shè)備的影響

當電機全壓啟動時，機內(nèi)轉(zhuǎn)矩會達到額定轉(zhuǎn)矩的2倍，形成一股很大的沖擊力，對電機是一個很大考驗。當電機內(nèi)的齒輪從靜止瞬間達到最高轉(zhuǎn)速時，這股力會增大齒輪間的摩擦，嚴重縮短齒輪的使用壽命。這種全壓啟動方式，機器一開始就是最大功率運轉(zhuǎn)，給予的電力甚至會超出機器額定電流的數(shù)倍，增加機器設(shè)備的損耗，維修頻率增加，增加企業(yè)時間和經(jīng)濟的損失。

2 改造措施

2.1 電機啟動方式比較

（1）全壓直接啟動。全壓直接啟動要求在電網(wǎng)容量和負載都滿足的情況下，優(yōu)點是操作簡單，維修費用不高。但是這種啟動方式比較適用于小功率的電機。理論上從節(jié)約電能的角度出發(fā)，功率＞11 kW的電機不適用于此類啟動方式。

（2）自耦減壓啟動。利用自耦變壓器的多抽頭減壓，優(yōu)點是能夠自己調(diào)節(jié)電路來適應(yīng)不同的負載需求，同時還能夠得到更大的啟動轉(zhuǎn)矩。這種啟動方式適用于容量較大的電機，以此來減輕啟動時的壓力。在其繞組抽頭處于80%時，啟動轉(zhuǎn)矩就能夠達到全壓直接啟動的64%，而且啟動轉(zhuǎn)矩還能夠通過調(diào)節(jié)抽頭的方式來改變，這種啟動方式的最大優(yōu)勢在于啟動轉(zhuǎn)矩靈活可調(diào)，而且比全壓直接啟動更適用于大功率電機。

（3）Y-Δ啟動。星三角減壓啟動是針對鼠籠式異步電動機使用的改良啟動方式，如果一個正常運行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電機，在其工作初始狀態(tài)將三角形改繞為星形，等到正常運行時再換回原來三角形的狀態(tài)，就能夠降低啟動的電流，減輕啟動時對電網(wǎng)的沖擊。這種方式即是所謂星三角減壓啟動，這種方式下啟動電流大約占到了原來三角形啟動時的1/3左右，因此其啟動轉(zhuǎn)矩也降低為原來的1/3，這個缺點表明它只適用于無載或是輕載的啟動場合。但是相比于其他減壓啟動器，它結(jié)構(gòu)最簡單，價格最低，同時當負載很輕或是沒有時，可以不將啟動時改變成星形接法變回原狀，這種狀態(tài)下原先的額定轉(zhuǎn)矩就能夠和此時的負載相配對，在節(jié)約電力消耗的基礎(chǔ)上提高電機效率。

（4）軟啟動器。利用可控硅的移相調(diào)壓原理來保證電機的調(diào)壓啟動，啟動效果優(yōu)秀，通常使用于大功率的機器設(shè)備，這種設(shè)備在啟動過程中所需要的電壓電流龐大，會造成較大的電壓降，軟啟動器能夠幫助它們減少供電容量同時保證供電的正常，可以說是大功率機器設(shè)備必不可少的啟動方式。但它的缺點也很明顯，因為其中加入了可控硅元件，運行時產(chǎn)生的諧波會對電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，同時電網(wǎng)的運行波動也會對導(dǎo)通產(chǎn)生一個反影響，尤其在一個電網(wǎng)工程中出現(xiàn)多臺可控硅設(shè)備時。由此可見，軟啟動器中可控硅元件有利有弊，它的故障率較高，而且維修時對于技術(shù)人員的要求也會提高，是一種效果好但成本高的啟動方式。

（5）變頻器。是現(xiàn)代電機控制技術(shù)的產(chǎn)物，目是技術(shù)含量最高，控制功能最全，控制效果最好的啟動裝置。工作原理是通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)的頻率來控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，但是當下的技術(shù)水平和條件下，這種啟動方式顯然無法大量的普及，因此只能運用于需要調(diào)節(jié)速度并且對控制速度的要求較高的領(lǐng)域中。

綜上所述，電機的啟動方式各有優(yōu)劣，就使用率來說星三角起動和自耦減壓起動是應(yīng)用最廣泛的2種方式，由于成本低、維護簡單，得到了大量工程的垂青，但是想要它們正常的運營，需要大量的分立電器元件組裝，而且其中控制線路節(jié)點較多，在環(huán)境比較惡劣的情況下，如潮濕，粉塵多的地方不適用。同時在技術(shù)升級時，不方便更換原有的方式，要增加很多元件，改變線路，工作量大，不適用于港口。因此在港口應(yīng)該選擇軟啟動器。

2.2 ABB（PSE）系列軟啟動器的特點與實用性

ABB系列的軟啟動器有PST（B）智能型系列、PSE易用型系列、PSS通用型系列和PSR緊湊型系列4種，其中PSE易用型系列是這次港口啟動器改革所要選擇的類型，適用電機的電流為（18～370）A，作為全球第一臺配有轉(zhuǎn)矩控制功能的緊湊型軟啟動器，內(nèi)部的電子過載繼電器能夠?qū)﹄姍C進行有效保護，加上專用于泵類負載的轉(zhuǎn)矩控制功能。緊湊型的設(shè)計集很多功能于一體，為顧客的要求提供了全新的啟動解決方案。

2.2.1 ABB（PSE）系列的軟啟動器的特點

ABB（PSE）系列的軟啟動器易于學(xué)習和使用，安裝維修方便，不會消耗大量的時間和精力。其次，傳統(tǒng)的啟動方式會在起動過程中產(chǎn)生大量的應(yīng)力，造成電機和機器設(shè)備的損耗，使用了ABB（PSE）系列軟啟動器會對起動流經(jīng)的電流進行優(yōu)化，而且其中的大量的保護元件都能夠保證電機的安全，相比全壓啟動方式，既節(jié)省了消耗的電流，降低了電網(wǎng)和電機的損耗和負擔，又保護了電機，延長了機器設(shè)備的使用設(shè)備，而且其中集結(jié)的大量其他功能還能夠滿足顧客的其他需求，節(jié)省了時間和精力。

2.2.2 ABB（PSE）系列的軟啟動器的實用性

鼠籠式電機啟動及停止時都會帶來機械以及電氣沖擊，但是使用ABB（PSE）系列的軟啟動器能夠全面解決這類問題。還有一些類似問題都能利用ABB（PSE）系列軟啟動器內(nèi)集結(jié)的功能解決，如水泵電機啟動停止時管道內(nèi)的水壓波動問題；啟動風機時傳動皮帶打滑和軸承應(yīng)力過大的問題；還能夠減少壓縮機、離心機、攪動機等設(shè)備在運行時對齒輪箱和傳送皮帶的應(yīng)力。通過ABB（PSE）系列軟啟動器的過渡，皮帶機啟動時不再像往常一般全壓進行，整個運輸過程也會變得平緩，解決了輸送帶啟動或是停止時，由于皮帶機的顛簸導(dǎo)致的物品損壞的問題，不僅僅保護了電機，還保證了運輸物品的安全。由全壓啟動帶來的巨大的電壓差對其他負載產(chǎn)生的干擾也會得到一定的緩和，最重要的在于這種啟動方式能夠延長設(shè)備的使用壽命，減少維修的次數(shù)或是由于故障停機給整個企業(yè)帶來的經(jīng)濟損失。

3 改造效果

本次改造港口共4條皮帶機系統(tǒng)，每條皮帶機系統(tǒng)由3條皮帶機組成，鼠籠式電機功率分別為45 kW，90 kW和55 kW，都是大功率皮帶機。采用ABB（PSE）系列中的ABB（PSE18～PSE370）中的一款軟啟動器替代原全壓啟動方式能同事解決幾個問題。①全壓啟動給電網(wǎng)，電機和機器設(shè)備帶來的影響在軟啟動器的幫助下，能夠讓電壓平緩的上升和下降，不會產(chǎn)生由突升突降的巨大電壓差造成的巨大應(yīng)力影響電機、機器設(shè)備，甚至影響到運輸帶上的物品。②由于港口的潮濕氣候，有些減壓的啟動機器無法適應(yīng)，而軟啟動器受到的影響較小，不需要經(jīng)常檢查和維修。軟啟動機的價格雖然比全壓動機器昂貴一些，但是它所帶來的好處絕對超過了多出的這一點價格，相比于變頻器之類便宜不少，整體來說是有性價比的改造。③軟啟動器不僅保證了運輸帶上物品的完整性，還減少了原啟動方式對電網(wǎng)、電機和機器設(shè)備造成的損耗，等于減少了檢查和維修所消耗的財力、物力和人力，為企業(yè)節(jié)省了費用。

雖然有比軟啟動器更適合大功率電機的自耦減壓啟動和星三角型減壓啟動，及更加高級的變頻器，但港口的潮濕環(huán)境自耦減壓和星三角減壓不適應(yīng)，變頻器的控制速度也不是港口皮帶機所需要的，而且變頻器的價格昂貴，因此，使用軟啟動器是適合港口實際情況的改進措施，也是收益最大的選擇。

［1］唐振鵬.上灣洗煤廠6 kV電動機啟動方式的分析與改進［J］.煤炭工程，2009（11）：67-68.

［2］裴雷，樊燁.電動機全壓起動的討論及計算［J］.電氣應(yīng)用，2014（16）：28-31.