交流
異步電動(dòng)機(jī)作為電氣傳動(dòng)主要的原動(dòng)力，在啟動(dòng)控制中，我們常用的有全壓直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種方式。作為傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式如頻敏電阻啟動(dòng)、自藕
變壓器啟動(dòng)等，有著起動(dòng)難、沖擊電流大等各種弊端。近年來(lái)，隨著
變頻器及軟啟動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，從根本上解決了電機(jī)啟動(dòng)控制中存在的一些難題，特別是軟啟動(dòng)技術(shù)在解決大、中容量的電機(jī)啟動(dòng)問(wèn)題中有著卓越的功能，可以說(shuō)是替代傳統(tǒng)啟動(dòng)方式，特別是降壓?jiǎn)?dòng)的一項(xiàng)新技術(shù)。
2 傳統(tǒng)的電機(jī)啟動(dòng)方式及其弊端
1.啟動(dòng)高達(dá)5～7倍的啟動(dòng)電流，造成電動(dòng)機(jī)繞組因過(guò)熱引起高溫，從而加速絕緣老化；
2.供電網(wǎng)絡(luò)
電壓降過(guò)大，當(dāng)電壓≤0.85Un時(shí)，影響其他設(shè)備的正常使用，尤其是欠壓保護(hù)動(dòng)作；
3.啟動(dòng)時(shí)能量損失過(guò)大，浪費(fèi)電能，尤其是當(dāng)頻繁啟動(dòng)時(shí)；
4.對(duì)被帶動(dòng)的設(shè)備造成極大的沖擊力，縮短設(shè)備使用壽命，影響精確度；
5造成機(jī)械傳動(dòng)部件的非正常磨損，加速設(shè)備老化，縮短壽命；
6.接觸器等控制設(shè)備故障率較高。
因此，對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是否能直接啟動(dòng)有著一定的限制條件：
a.機(jī)械設(shè)備是否允許電機(jī)直接啟動(dòng)，這是先決條件；
b.直接啟動(dòng)時(shí)，不允許電機(jī)的容量大于10％—15％主變壓器的容量；
c.啟動(dòng)過(guò)程中電壓降△U不大于15％Un。
以往的解決中、大功率電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題往往采用一些傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式及設(shè)備，如：頻敏變阻器啟動(dòng)(只適用于繞線式電機(jī))、自藕變壓器降壓?jiǎn)?dòng)、Y/△轉(zhuǎn)換方式啟動(dòng)、延邊三角形啟動(dòng)方式等。他們的啟動(dòng)方式性能如下：
注：Un：額定電壓lq、Mq：電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)電流及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩
K：降壓系數(shù)=Uq/Un，Uq啟動(dòng)電壓。
這些傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式普遍存在著起動(dòng)設(shè)備復(fù)雜，部分啟動(dòng)方式存在啟動(dòng)電流大或啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩偏小的弊端，而且在電機(jī)的運(yùn)行保護(hù)方面，存在著功能不甚完善或不靈敏的情況。而軟啟動(dòng)技術(shù)作為一種先進(jìn)的電機(jī)控制技術(shù)，在這些方面與傳統(tǒng)的控制方式相比，有著無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，是控制技術(shù)的發(fā)展方向。
3 軟啟動(dòng)技術(shù)及其優(yōu)點(diǎn)
軟啟動(dòng)是電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的一種新技術(shù)，完全取代Y—△起動(dòng)、自藕變壓器啟動(dòng)等傳統(tǒng)
起動(dòng)器，廣泛
應(yīng)用于工業(yè)各領(lǐng)域。
軟啟動(dòng)器是微處理器和大功率
晶閘管相結(jié)合的新技術(shù)，用微處理器控制晶閘管導(dǎo)通角，從而改變晶閘管的輸出電壓來(lái)達(dá)到降壓?jiǎn)?dòng)的功能。
軟啟動(dòng)器在電動(dòng)機(jī)控制的應(yīng)用中有以下優(yōu)點(diǎn)：
3.1 提供靈活的啟動(dòng)方式選擇及優(yōu)異的啟動(dòng)特性
可提供軟啟動(dòng)、帶可選突跳啟動(dòng)的
軟起動(dòng)、限流起動(dòng)及雙斜坡啟動(dòng)和全壓?jiǎn)?dòng)等啟動(dòng)方式選擇，用戶可根據(jù)自身要求及系統(tǒng)電網(wǎng)要求來(lái)選擇相應(yīng)的啟動(dòng)方式并設(shè)置起動(dòng)參數(shù)，以達(dá)到佳的啟動(dòng)效果，常用的有以下幾種啟動(dòng)方式：
(1) 限流啟動(dòng)：該方式為電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)固定電壓的降壓?jiǎn)?dòng)，當(dāng)必須限制大啟動(dòng)電流時(shí)，可選用該方式。電流限制水平可由用戶在電機(jī)滿載電流的50％～60％之間調(diào)節(jié)。
(2) 軟啟動(dòng)：適用不同斜率電壓增量起動(dòng)時(shí)，是較為常用的啟動(dòng)方式，電機(jī)得到預(yù)設(shè)定的初始轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩可由用戶在轉(zhuǎn)子
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的0％～90％范圍內(nèi)自行設(shè)定。在斜坡加速期間，輸出給電機(jī)的電壓是無(wú)級(jí)遞增的，當(dāng)軟啟動(dòng)器的控制器檢測(cè)到電機(jī)已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，輸出電壓自動(dòng)切換為全電壓。
(3) 脈沖突跳啟動(dòng)：適用需要較高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的設(shè)備，以幫助電機(jī)較快地完成啟動(dòng)過(guò)程，它可附加在限流及軟啟動(dòng)方式中。脈沖時(shí)間可由用戶自行選擇。
3.2 全功能保護(hù)系統(tǒng)
軟啟動(dòng)器不僅能提供過(guò)載保護(hù)，而且可提供各種操作故障狀態(tài)下的保護(hù)，諸如輸入/輸出缺相、電機(jī)堵轉(zhuǎn)、晶閘管短路及失壓、過(guò)壓、短路等保護(hù)，其中，內(nèi)置的過(guò)載保護(hù)功能可省去熱繼
電器，使
配電柜內(nèi)布線更加簡(jiǎn)單、迅速。此外，不需增加任何傳感器或儀表，可讀取電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如：電流、電壓、功率．千瓦時(shí)及運(yùn)行時(shí)間等。除了擁有強(qiáng)大的保護(hù)功能之外，軟啟動(dòng)還具有故障自診斷功能，大大減少了以往故障查找與
檢修的時(shí)間，節(jié)省了人力。
3.3 運(yùn)行可靠，維修方便
軟啟動(dòng)器大電流運(yùn)行無(wú)觸點(diǎn)，采用交流
開(kāi)關(guān)無(wú)級(jí)調(diào)壓，消除了系統(tǒng)中產(chǎn)生接觸不良的影響，且調(diào)壓范圍寬，過(guò)載能力強(qiáng)，人性化的菜單界面可極為方便地查閱參數(shù)或修改參數(shù)，通過(guò)附加的通信網(wǎng)絡(luò)接口達(dá)到自動(dòng)化集中控制。
3.4 節(jié)能運(yùn)行
隨著電機(jī)負(fù)載率的變化，軟啟動(dòng)自適應(yīng)控制自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使電機(jī)運(yùn)行功率因素相應(yīng)提高，同時(shí)降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率損耗。對(duì)經(jīng)常啟動(dòng)且負(fù)載變化頻繁的電機(jī)，節(jié)能效果顯著。電機(jī)在負(fù)載到滿載范圍內(nèi)的高綜合
節(jié)電效果可達(dá)損耗的40％左右。
3.5 延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高生產(chǎn)率
電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)能有效降低啟動(dòng)機(jī)械應(yīng)力，減少對(duì)傳動(dòng)元件的機(jī)械沖擊，在液流系統(tǒng)中能有效消除喘振或液擊問(wèn)題，提高設(shè)備利用率，提高生產(chǎn)率。
4 軟啟動(dòng)方式與傳統(tǒng)降壓起動(dòng)在實(shí)際應(yīng)用中的比較
以我廠的一臺(tái)離心式通風(fēng)機(jī)電機(jī)起動(dòng)為例：該電機(jī)容量160kW，額定電流300A，額定電壓380V，供電線路300m，電纜主截面120mm2雙并，供電主變壓器容量1000kVA，電機(jī)為重載起動(dòng)，在采用全壓直接啟動(dòng)時(shí)計(jì)算情況如下：
供電變壓器一次側(cè)短路容量
S=SjXjs=Sj/(X1max+X1)＝100/(1.088+0.143)＝81.2MVA
電動(dòng)機(jī)額定起動(dòng)容量
電機(jī)電纜線路電抗
X1＝(X0+5/S)×1/2＝(0.07+5/120)×0.3/2
＝0.0168
電機(jī)啟動(dòng)回路額定輸入容量
Sq=1/[(1/Sqd)+(X1/U2m)]=1.19MVA
母線短路容量
Sd1=sb/[Xb+(sb/S′)]=1/[0.0663+(1/81.2)]=12.7MVA
Qfh＝0.6(Sb－0.7Sed)＝0.517MVA
電機(jī)啟動(dòng)時(shí)母線電壓
Uqm=[(Sd1+Qfh)+(Sd1+Qfh+Sq)]×0.38=0.917×0.38=0.34KV
電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的端子電壓
Uqd＝Uqm×(Sq/Sqd)×0.38=0.917×(1.19/1.38)×0.38=0.30kV
注：Kq(電機(jī)額定啟動(dòng)電流倍數(shù))；X1—線路阻抗，計(jì)入電阻后取(X0+5/S)/1，S—電纜截面；Um—母線額定電壓(取6.3kV)，Sb—供電變壓器額定容量；S′—供電變壓器一次側(cè)短路容量；Sed—電機(jī)額定容量，Sj—基準(zhǔn)容量(取100MVA)；GD2—機(jī)組的總飛輪距；ne—電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；mqp—電機(jī)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)值；mj—機(jī)組的靜阻轉(zhuǎn)矩相對(duì)值
該電機(jī)起動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)母線電壓下降了40V左右，電機(jī)的端子電壓只有原電壓的79％左右，低于電機(jī)直接起動(dòng)所需85％端子電壓的要求，不符合啟動(dòng)要求。
若采用自藕變壓器降壓起動(dòng)，粗略計(jì)算如下：
Sq＝1/(1/K2×Sqd+X1/U2m)
＝1/(1/0.82×1.38+0.0168/0.382)
＝0.80MVA
Uqm=[(Sd1+Qfh)/(Sd1+Qfh+Sq)]×0.38
＝0.766×0.38＝0.291kV
Uqd=Uqm×(Sq/KSqd)×0.38
=0.766×[4.03/(0.8×1.38)]×0.38
=0.211kV
tq=GD2ne2/365Ped×(u2qdmqp－mj)
=3×7452/365×160×(0.2112×0.54－0.3)
=103s
注：GD2—機(jī)組的總飛輪距；ne—電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；mqp—電機(jī)平均啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)值；mj—機(jī)組的靜阻轉(zhuǎn)矩相對(duì)值啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，啟動(dòng)困難且需增加一套降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備。從日常的維護(hù)檢修方面來(lái)看，其故障率較高，啟動(dòng)的電流沖擊對(duì)電機(jī)也有不利。
選用軟啟動(dòng)方式中的軟啟動(dòng)加脈沖突跳方式進(jìn)行控制，不僅啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，而且通過(guò)下圖可看出：在電機(jī)得到初始的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩開(kāi)始，啟動(dòng)電壓開(kāi)始無(wú)級(jí)增加，在選用了突跳啟動(dòng)功能，可為電機(jī)提供一個(gè)大提升轉(zhuǎn)矩以克服負(fù)載的慣性，較快地完成啟動(dòng)過(guò)程。根據(jù)實(shí)際啟動(dòng)情況，電機(jī)的實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間為25s。
通過(guò)對(duì)軟啟動(dòng)及傳統(tǒng)的自藕變壓器降壓?jiǎn)?dòng)特性比較，也可看出軟起動(dòng)的優(yōu)越性所在。
5 總結(jié)
傳統(tǒng)的電機(jī)啟動(dòng)方式雖然現(xiàn)今仍有應(yīng)用，但軟啟動(dòng)的卓越啟動(dòng)技術(shù)及保護(hù)功能已逐漸被人們所認(rèn)可，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在交流異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制中，當(dāng)有符合以下七條中的一條或幾條時(shí)，使用軟啟動(dòng)技術(shù)更經(jīng)濟(jì)、合理地啟動(dòng)控制電機(jī)：
1.正常運(yùn)行時(shí)不要求電機(jī)具有調(diào)速或節(jié)能的速用要求，只加快啟動(dòng)過(guò)程的工作狀態(tài)；
2.負(fù)載自身不允許在正常時(shí)產(chǎn)生壓降，降速的可能性；
3.電機(jī)功率較大，為滿足起動(dòng)條件，要造成主變壓器容量加大的場(chǎng)合，這點(diǎn)可降低配電容量，避免增容投資；
4.對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)要求嚴(yán)格，對(duì)壓降要求≤10％Un的供電系統(tǒng)；
5.設(shè)備精密，不允許高啟動(dòng)沖擊，從而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求正常使用產(chǎn)生不良后果的；
6.機(jī)械設(shè)備或負(fù)載工況條件不允許直接啟動(dòng)或采用老式的降壓?jiǎn)?dòng)；
7.對(duì)大、中容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程能量損失可觀，需節(jié)能時(shí)。
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