电机启动方式的比较与选择

      三相异步电动机由于具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、维修方便和成本低廉等特点而得到广泛的应用。在生产过程中,电动机要经常启动、停止,其启动性能的优劣对生产影响很大,这是因为电动机在启动过程中的电流一般为额定电流的4~7倍。小功率、启动不频繁的电动机可以直接启动,但对于大功率电动机,强大的启动电流会造成较大的线路电压降落,引起电网电压降低,不仅影响其他用电设备的正常工作,而且对动力变压器也会产生较大的冲击,所以,选择合理的启动方式尤为重要。

三相异步电动机启动方法的选择和比较

1、启动方式的选择例如工厂的设备更新换代，需要新增的动力系统部分在30kW以上的电机数量及功率统计如下:3台循环水泵,160kW;3台氯压机,160kW;2台纳氏泵,55kW;2台过滤盐水泵,45kW;1台风机,55kW;2台空压机,55kW;2台氢压缩机,75kW。这些大功率电机的启动方式直接影响生产的正常、连续运行,因此,必须慎重对待。在交流异步电机的启动控制中,常用的有全压直启启动和降压启动两种方式。一般情况下,功率大于30kW的电动机的启动,不能采用直接启动的方式,传统的电动机启动多采用降压启动的方式:频繁变阻器启动(只适用于绕线式电机)、自耦变压器降压启动、Y/??转换方式启动、延边三角形启动方式等。

        传统的启动方式存在很大的弊端,主要表现在以下3个方面。  (1)高达4~7倍的启动电流,易造成电动机绕组过热,加速绝缘老化,严重时烧毁电动机,造成供电网络电压降过大,这使用电设备的欠压保护动作,影响其他用电设备的正常使用,对启动设备造成极大的冲击,特别是输送液体的设备在停车时容易造成水锤现象,缩短设备的使用寿命,造成机械传动部件的非正常磨损,加速设备老化,缩短其寿命;     (2)控制方式简单、不灵活,对系统冲击较大且控制元件易损坏,维护工作量大  ;    (3)启动设备复杂,部分启动方式存在启动电流大或启动转矩偏小的弊端,而且在电机的运行保护方面,存在着功能不完善或不灵敏的问题。有一种以微处理器和大功率晶闸管相结合的新技术。该技术采用微处理器控制晶闸管导通角,从而改变晶闸管的输出电压,以达到降压启动功能的智能化。即新型控制器“软启动器”普遍应用于工业生产大功率电动机的启动,它以控制方式灵活简便,对系统冲击小且控制元件不易损坏以及维护方便等诸多优点,正逐步取代Y/△启动、自耦变压器启动等传统的启动控制装置。

 2、软启动器的工作原理软启动器一般是采用SCR功率组件双单片机进行智能化控制,采用3对反并联的晶闸管串联于电动机供电电路上,利用晶闸管的电子开关特性,通过控制其电压的大小,以达到控制电动机的软启动过程。当电动机启动完成并达到额定电压时,三相旁路接触器吸合,使电动机直接投入运行。它既能保证电动机在负载要求的启动特性下平滑启动,又能降低对电网的冲击,还能实现计算机通讯控制,为自动化智能控制打下良好的基础。

3、软启动器的启动特点

3.1、灵活的启动方式及优异的启动特性 (1)限流软启动控制模式当必须限制最大启动电流时,可选用限流软启动控制模式。该方式可使电动机在启动时的最大电流不超过预先设定的电流值Im。Im可根据用户电网容量及电动机负载情况而定,设定范围在电动机额定电流Ie的1.5~5.0倍。如图1所示,电动机启动时,其输出电流从零迅速增加,直至输出电流达到设定的电流限幅值Im,然后保证输出电流在不大于该值的情况下,电压逐渐升高,电动机逐渐加速,完成启动过程。   (2)电压斜坡启动控制模式通过设定电动机输入电压的上升速率完成电动机的启动过程,适用于不同斜率电压增量启动,是较为常用的启动方式。由于电压从初始值到额定值为线性变化,所以整个启动过程保证了电动机平稳地启动,该值的设定范围可为电动机的额定电压Ue的30%~80%。当软启动器控制器检测到电机已达到额定转速时,输出电压自动切换为全电压,接触器吸合,启动过程完成。如图2所示,U1(30%)为电动机启动所需最小转矩对应的初始电压。当电动机启动时,软启动器的输出电压迅速上升到整定值U1,然后按设定的速率逐渐增加,直至达到电网电压。  (3)脉冲突跳启动适用于需要较高启动转矩的设备,以帮助电机较快地完成启动过程,它可附加在限流软启动方式中。脉冲时间可由用户自行选择。

3.2、全功能保护系统软启动器的电机保护功能有:相序保护、电源缺相保护、启动过流保护、运行过载保护及电动机长时间不能完成启动过程保护,还有电机堵转、晶闸管短路及失压、过压、短路等各种操作故障状态下的保护。其中,内置的过载保护功能可省去热继电器,使配电柜内布线更加简单。此外,不需增加任何传感器或仪表,可直接读取电机的运行参数,如:电流、电压、功率及运行时间等。除了拥有以上保护功能之外,软启动还具有故障自诊断功能,软启动器的保护功能动作时,软启动器将产生停机输出,在控制面板上直接显示其原因,并通过自带的标准485接口与主控制室进行通讯联系,减少了故障查找与检修的时间,节省了人力。

3.3、运行可靠、维修方便软启动器大电流运行无触点,采用交流开关无级调压,消除了系统中产生接触不良的影响,且调压范围宽,过载能力强,人性化的菜单界面可极为方便地查阅参数或修改参数,通过附加的通信网络接口达到自动化集中控制的目的。

3.4、全数字设定和外控功能方便的外控接口具有多种功能:数字延时启动控制、瞬停控制输入、启动延时继电器输出、故障继电器输出等

 3.5、节能运行随着电机负载率的变化,软启动器自动调整电机的转速,使电机运行功率因素相应提高,降低电机运行时的功率损耗。对于经常启动且负载变化频繁的电机,使用软启动器的节能效果显著。电机在零负载到满载范围内运行时的综合节电效果最高可达损耗的40%。

3.6、延长设备使用寿命、提高生产率对电机提供了平滑、渐进的启动过程,减少了启动电流对电网的冲击,有效降低了启动机械应力,降低了设备的振动和噪声,在液流系统中能有效消除喘振或水锤现象,提高了设备利用率和生产率,改善了劳动环境。

4、软启动与其他启动方式的比较通过对软启动与传统的降压启动特性的比较(见表1),也可以看出软启动的优越性。

5、安装、使用软启动的注意事项软启动器在安装和使用过程中应注意以下5点:

(1)软启动器的电源侧和负荷侧不可接反。

(2)软启动器的输出端不允许接入用于功率因数补偿的电容器,可将其接在软启动器的输入端。

(3)不能在有腐蚀性气体和有导电尘埃的环境中使用,并要保持良好的通风条件。

(4)使用旁路接触器时,接触器的相序必须与软启动器的相序相同,否则在接触器闭合时会造成相间短路。

(5)不能用兆欧表测量软启动输入和输出端的绝缘电阻,但可以测量相间及对地的电阻值,测量时应注意将软启动器的输入和输出端短接。

6、软启动器