浅析电机软启动

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  【摘 要】 在我国现阶段,电机在启动的过程中,需要电机内部多个部件的配合,因此在电机启动时需要注意和优化的地方就有很多,要做到电机的软启动需要在制动、启动方式、节能减排等多方面进行优化,从而达到最好的效果。在使用交流电启动电机方面需要很高的技术,需要运用到高科技产品来保证电机的正常启动。基于此,本文就电机软启动展开分析与研究,促进其快速发展。
  【关键词】 电机;软启动
  引言:
  随着社会经济的快速发展,许多行业的生产规模不断的扩大,使用三异步电动机的数量也在不断的增多,单机容量也在不断的增大,高压电机的可靠启动问题成为人们关注的重点,而高压电机的启动会对电网造成一定的干扰,尤其是在工业领域重载的情况下其中,有时可能会对电气设备造成严重的影响,而软启动是现阶段比较常用的,所以,本文就电机软启动展开分析与研究。
  一、电机软启动
  随周围科学技术的快速发展,计算机技术也得到了很大的发展,在我国现阶段电力电子技术领域有了很大的突破,是计算机技术得到了快速的发展,在我国很多煤矿,三相异步电动机的软启动方式得到了广泛的应用,和传动的电机启动技术相比,软启动方式有一定的优势,电机软启动器设备的性价比也相对比较高。
  软启动器的重要组成部分是计算机微处理器和大功率晶闸管,软启动器的工作原理是启动电源后输出的相关电压控制都有计算机微处理器进行实现的,大功率闸管在微处理器的控制下对导通管进行有效的调节,从而达到控制软启动在起动时输出电流的目的,其次,软启动器也是一种降压起动的设备,就是一种通过降压进行起动的,不过,软启动器在功能上多了一个自动控制,软启动器相比传统的自耦变压器和Y/△来说,软启动器的优势在于启动电流可以闭环控制以及对启动电压的调节可以做到连续性。
  电机软启动有以下几种方式:
  1.斜坡升压软起动。这种软启动方式比较简单,只需要将大功率晶闸管导通角的大小金星调节,就可以和启动时间形成一种简单的递增关系,但是这种斜坡升压软起动方式不具备电流闭环控制功能,因此,在使用的过程中容易产生较大的瞬时电流,烧毁大功率晶闸管,影响大功率闸管的使用,所以斜坡升压软启动方式应用不广泛。
  2.斜坡恒流软起动。在启动初期,电流随着时间的递增而不断的增加,当电流待到一定范围内,电流控制功能将电流控制在一定的额定值内直到电机启动完毕,其中电机的负载就决定了电流增加的速度,电流的增加速度也直接影响着电机的启动速度。
  3.阶跃起动。阶跃起动介意有效的调节电流的值,阶跃起动可以在最短时间内将大功率电机启动。
  4.脉冲冲击起动。大功率闸管在气功初期可以有效的该表导通角,是启动电流不断的变大,一段时间后电流回落,让后将电流上升到设定的数值,知道电机启动完成后,这种启动方法一般比较适用于重载电机和启动需要克服很大摩擦力的大功率电机。
  二、软启动的优点
  (一)软启动方式可以有效的减少起动过程中引起的电网电压的下降,是电网电压不影响其他机械设备的正常运行;
  (二)软启动方式可以有效的减小电动机的冲击电流,冲击电流会造成电动机局部温度升高,危害电动机的寿命;
  (三)软启动方式可以有效的减小硬电机起动带来的机械冲力,机械冲力将加速传动机械的磨损;
  (四)软启动方式可以有效的减少电磁干扰冲击电流,电磁干扰冲击电流会以电磁波的形式干扰电
  三、软启动器
  (一)软启动器的原理
  软启动器是一种新的电动机控制装置,它可以实现电动机的软起动、软停车,还可以实现轻载节能及多种保护功能。它的基本结构是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。通过参数设定,CPU控制晶闸管的导通角,从而控制软起动器的输出电压和电流,使被控电动机的输入电压按不同的要求而发生变化,从而实现不同的功能。
  需要指出的是,软启动器和变频器是两种完全不同用途的产品。变频器的输出不仅改变电压而且同时改变频率,往往用在需要调速的地方;软启动器實际上只是个调压器,输出只能改变电压而不能改变频率,只用在电动机起动时。变频器具备了软起启动器的所有功能,但它的价格也比软启动器贵得多,结构也复杂得多。
  (二)软启动器的功能
  1.轻载节能
  电动机在空载或轻载运行时功率因数和效率都比较低,但软启动器可解决上述问题。通过监测电动机负载的变化,使软启动器根据变化来改变晶闸管的导通角,这样电动机的工作电压在空载或轻载时会自动降低,从而减少损耗,提高功率因数,达到轻载节能的目的。
  2.软停车
  在高层建筑的供水系统中,电动机的瞬间停车将会产生巨大的“水锤”效应,使管道及水泵遭到破坏。因此拖动水泵类负载的电动机在停车时,常常通过电子控制电路使晶闸管经过0~120s的延时从全导通状态逐渐过渡到全关闭状态,从而实现电动机的安全停车。
  3.故障检测及保护
  软起动器引入电流闭环系统后,可以通过检测电动机电流的变化,对过载、缺相等故障发出报警,并作出相应保护,从而大大提高了电动机工作的可靠性。
  (三)软启动器作用
  1.降低电动机的起动电流,减少配电容量,避免增容投资。
  2.减少起动应力,延长电动机及相关设备的使用寿命。
  3.平稳的起动和软停车避免了传统起动设备的喘振问题、水锤效应。
  4.多种起动模式及宽范围的电流、电压等设定,可适应多种负载情况,改善工艺。
  5.完善可靠的保护功能,更有效的保护电动机及相关设备的安全;软起动器正常工作由交流。
  6.软起动部分完成起动功能,电磁起动器部分完成分断功能。   7.软起动器的电磁起动部分是由隔离换相开关、接触器组成;当软起动有故障时,将芯架上的旋钮置于直接起动位置,它就具有完备的电磁起动器功能。
  8.可用于频繁起、停的场合。
  (四)软启动器特点
  1.起动方式:根据负载特点选择不同的起动模式及参数设置,可最大程度的使电动机实现最佳的起动效果;三种起动方式:电压斜坡起动—可得到最大的输出扭矩;限流起动—可有效地限制起动电流;点动—可实现试车调试功能。
  2.高技术性能:由于采用了高性能微处理器及强大的软件支持功能使控制电路得以简化。无需对电路参数进行调整。即可获得一致、准确及快速的执行速度;高强度抗干扰功能。
  3.高可靠性:KMPR5电机软启动器所有电器元件均经过严格的筛选,其主控板还须经过72小时高温循环试验和振动试验,从而保证了出厂产品的高可靠性。
  4.优化的结构:独特紧凑的模块化结构及上进线下出线的连接方式,非常方便用户的集成、成套。
  5.多重保护功能:电机软启动器对电动机的起动有多种保护功能(如过流、过载、缺相、过热等),可降低集成或成套成本,简化电路。
  6.软起动器安装方便:只需将软起动器接于电机与馈电开关之间,電源馈电开关—软起动器—电动机。
  7.键盘设置功能:便捷直观的操作显示键盘,可根据不同负载,对起停、运行、保护等参数进行设置、修改。
  四、软启动器无故障停机分析
  软启动器是一种集软停车、电机软起动、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电机控制装置,国外称为SoftStarter,软启动器采用三相反并联晶闸管作为调压器,将三相反并联晶闸管接入电源和电动机定子之间,这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时,软启动器中的晶闸管的输出电压逐渐增加,电动机逐渐加速,直到软启动器晶闸管全导通,电动机工作在额定电压的机械特性上,实现平滑启动,降低启动电流,避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时,启动过程结束,软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管,为电动机正常运转提供额定电压,以降低软启动器晶闸管的热损耗,延长软启动器的使用寿命,提高电机软启动器工作效率,又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能,软停车与软启动过程相反,电压逐渐降低,转数逐渐下降到零,避免自由停车引起的转矩冲击,能够实现以上功能的关键部件为软启动的控制单元。
  五、采取措施
  (一)控制方式
  改变电机设备软启动的运行方式,在电器设备启动过程中电机设备软启动器参与工作,电机设备启动完成后软启动器退出运行,实现机旁手动和自动两种操作方式。电机设备旁手动启动,电机设备软启动现场选择开关选在就地位置,电机设备软启动完成后,旁路信号发出,外置接触器吸合,电机设备正常运行,同时串接在电机设备软启动器的外置接触器常开点KM闭合,实现电机设备正常运行后电机设备软启动器自动停止。机旁手动停止,直接按电机设备旁箱停止按钮,接触器线圈KM失电,电机停止运行。PLC启动,现场选择开关选在集中位置,上位机启动,电机设备软启动启动完成后,旁路信号发出,外置接触器吸合,电机设备正常运行,同时串接在软启动器的外置接触器常开点KM闭合,实现电设备正常运行后软启动器自动停止。
  (二)元器件选型
  传统的电磁式接触器是靠电磁线圈长期带电进行工作,电磁式接触器运行很容易造成线圈感应带电运行而烧坏,很容易受到电网电压波动的影响而脱扣,电磁式接触器容易造成电动机或其他负载停止工作,对生产时刻存在着安全隐患,对此,为了很好地解决电磁式接触器存在的问题,保证电机机械设备的安全运行,确保在电网电压出现波动产生压降时不再发生停机事故,选用永磁接触器,以永磁接触器替换关键设备的电磁式接触器,以确保关键机械设备的安全运行,同时还能够节约电能。
  永磁式交流接触器是用永磁机构取代传统的电磁机构的新型低能耗接触器,其具有如下特点:
  软启动器不受电网电压波动影响,软启动器可选择释放电压;软启动器寿命长,可靠性高;节电率高。不振颤,无噪音,无温升,防电磁干扰。
  (三)电机软启动器的正确选用
  首先决定电机机械设备软启动器是否需要降压启动,比如,有的人在大容量低压系统离变电所较近的配电用回路中竟连20kW左右的电机也用上了软启动器,这中使用方法实际上有害无益,不但增加了电机机械设备使用的投资,降低了经济效益也给电机机械设备软启动器维修带来了麻烦。有人认为,现在是电子信息时代,电机机械设备在使用过程中对电压的质量要求严了,电机设备软启动器时可以不采用降压启动或软启动电网电压波动会影响上述设备正常工作。实际情况并非如此,电机设备启动对电压质量要求严的设备通常会自带稳压装置。
  为了正确选用电机设备软启动器,要分析负载的性质以及电机软启动器的各种功能。负载有轻、中、重之分,一般来说,重载电机设备如较长的皮带输送机、碾压机、破碎机、研磨机及搅拌机等,当在电机机械设备工作中突然停电,电机机械设备里都有余料,待电机机械设备重新启动时,变成电机机械设备重载启动了。需要特别指出的是,有人往往把风机及水泵当成轻载,实际不然,因流量与转速成正比,风压(扬程)亦与转速成正比,风机水泵所需轴功率与速度的立方成正比,因此,风机水泵随着转速升高,阻力会不断的增大,从而延长了电机软启动器时间,造成在电机软启动启动过程中热继电器动作的事时有发生,实属重载电机软启动设备。对重载电机软启动设备,电机必须输出较大的转矩,因此,选用软启动器时,应采用重载启动使用软启动器,若选用普通型的软启动器,容量宜加大一级,保证电机软启动器的安全,促进其快速发展。
  (四)智能控制功能的选择
  在选择软起要注意它的智能化程度,是否带微机接口,接口是否带有通讯地址和程序,是否能达到通讯控制以及故障自珍诊断功能等。目前发现这些功能完整的只有“雷诺尔”的软起,并且在天津市城市排水微机控制中得到良好应用。其它方面还要考虑是否保护功能完备和冷却方式以及运行方式等,如:过电流保护,过压保护,单项接地保护,上下口断相保护,三相不平衡保护,相位颠倒保护等。冷却方式分机械风冷和自然风冷。柜体是否需加机械通风,元器件的排布等,机械风冷的柜体加机械通风,软起正上方不能放电器元件,机械风冷的还要考虑倾斜度等。自然风冷的无此要求。运行方式分在线型和非在线型,选型时尽量选用非在线型。
  六、结束语
  随着科学技术的不断发展和生产力的不断提高,电机的软启动已经取得了长足的进步,目前我国已能够自我生产电机软启动装置,并且随着研究的不断深入和技术的不断革新,其价格越来越低,性能越来越优越。而随着电机软启动的不断推广和普及,能够明显的降低启动时对电机的损坏,同时节省了能源,降低了生产成本。相信随着电机软启动器的不断进步,生产会变得更加经济、安全。
  参考文献:
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