电动机软起动及其应用.pdf

第 2 9 卷第 1 O期 2 0 0 8年 l O月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e 1 V0 1 ． 2 9 No． 1 0 O c t ．20 08 电动机软起动及其应用 雒 有 成 河南工程技术学校，河南 焦作 4 5 4 0 0 0 摘要 介绍了软起动控制的工作原理及其优点， 软起动类型及其电流特性曲线 ， 软起动在 实 际生产 中的应用情况 ， 通过与变频控制器的比较可以看到 变频器、 软起动器各有 自己的优缺点。 关键 词 软起 动 ；应 用 ；效果 中图分类号 T M3 0 1 ． 2 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 8 1 0 ． 0 1 6 1 0 3 Ap p l i e d o f S o f t S t a r t o n El e c t r i c M o t o r LUO Yo u e he ng H e n a n E n g i n e e r i n g T e c h n i c a l S c h o o l 。 J i a o z u o 4 5 4 0 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t r o d u c e d s o ft s t a r t w o r k p ri n c i p l e a n d s o me a d v ant a g e s o f t h e c o n t r o l ，soft s t a r t t y p e and the e l e c - t r i c c u r r e n t c h a r a c t e r i s t i c c u r v e s ，s o ft s t a r t a p p l i e d c i r c u ms t a n c e s t a r t i n a c t u al p r o d u c t i o n． T h e c o mp a r i s o n t h a t p a s s e s a n d c h an g e s t h e f r e qu e n c y c o n t r o l l e r c a n s e e c h a n g e t h e f r e q u e n c y ma c h i n e，s o ft s t a r t the ma c h i n e e a c h h a v e o w n me rit an d s h o c o mi n g． Ke y wo r d s s o ft s t a r t ；a p p l i e d；r e s u l t 0前 言 随着 电力电子器件 的参数性能 的提高， 使 用电 力电子器件构成 的软起动电控设备 的故障率大大降 低， 甚至比传统的电控设备还低 ， 基本做到了免维护 运行。在电网容量小 ， 电动机功率较大时或需要软 起动的场合 ， 应首选软起动电控设备。因此 ， 软起动 电控设备 已经成为大 中型电动机起动 的主流设备 ， 控制电路的相互关系如图 1 所示 ， 主电路用 3组。 1 软起动控制的工作原理 软起动器控制是 电力 电子与 自动控制技术相结 合 的设备 ， 主电路用 3组反 向并联晶闸管 串接于供 电电源与被控电动机之 间。设备起动时 ， 由电子控 制电路控制晶闸管的导通角， 使加在电动机端 的电 压 由低到高逐渐升高， 电动机转速随之逐渐升高 ， 直 至达到额定转速 ， 实现电动机 的软起动。设备停机 时， 则控制晶闸管的导通角， 使 电动机的端电压由全 电压逐渐下降至零 ， 实现软停机。 图 1 软起动器主 电路 图 2 软起动的优点 异步 电动机在直接起动时 ， 施加额定 电压 ， 起动 电流将达到 57 ， ， 这样大 的电流将会 给供电系 统造成很大冲击 ， 所 以， 除了小容量 电机外 ， 一般都 采取不同起动方式 以降低 电动机 的起动 电流 ， 传统 的方式有 Y一△起动 、 串电抗器起动 、 自耦变压器起 动 、 等边三角形起动等。传统 的方式 ， 在电动机起动 过程 中， 都有一个线 圈电压切换 的过程 ， 因而对电网 存在“ 二次 冲击” ， 软起动设备控制则不存在该现象 。 常用起动方式电流曲线如图 2所示 。 图 2 常用起动方式 电流 曲线图 1 ． Y一△起 动2 ． 全压 起动3 ． 软起动4 ． 二次冲击电流 3 软起动的类型 1 不限流软起 动特性 曲线见 图 3 ， 启动时 ， 起 动电流以一定斜率不断上升 ， 直至起动完毕 ， 期 间对 起动电流不加任何限制 ， 适应重载起动场合。 时间 图 3 不限流软起动 电流 曲线图 2 小斜率软起动特性曲线见 图 4 ． 这种起动的 特点是电流上升率缓慢 ， d i ／ d t 变化率小。适应对电 极转矩 、 速度变化敏感的场合 。 一 1 61 一 蕊 维普资讯 V o 1 ． 2 9 N o ． 1 0 电动机软起动及其应用雒有成 第 2 9卷第 1 0 期 I l／] { ／ ＼ } ／ ＼ I／ ～ f／ 【 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 u , t l 1 日 ] ， ， 图 4 小斜率软起动 电流 曲线 图 3 阶跃恒流起动见 图 5 ， 起动一开始在极短的 时间里 ， 晶闸管接近于全导通 ， 然后恢复至极小导通 角 ， 进行正常的恒流软起动 ， 适应场合 起动静摩擦 力矩较大的场合。 fM ,I t 图 5 阶跃恒流软起动 电流 曲线 图 4 恒流软起动特性 曲线见 图 6 。起动时， 电流 以一定 的斜率上升至设定值 ， 其后维持恒定 ， 直至启 动结束 ， 适应绝大多数应用场合。 时 1 日 j t 图 6 恒流软起动 电流 曲线图 停机时， 控制晶闸管导通角以一定的斜率减小 ， 使电机端电压逐渐下降至零 ， 减缓了电机停车时对 机械负载的冲击 ， 下 降斜率无级可调特性 曲线见图 7 ， 还可根据需要引入电流负反馈。目前 比较常见的 软停车时间范围 0～6 0 S 。 盯 I B I ， r 图7 软起动和软停车特性图 4软起动器的应用 1 将断路器 、 软起动器、 旁路接触器和控制 电 路组成电动机控制中心 MC C 这是 目前最流行的， 推广最多的作法 ， 原理见 图 8 。其特点是在起动和停车阶段 ， 晶闸管投入工作 ， 实现软起动 ， 停机 、 起动结束 ， 旁路接触器合闸， 将 晶 闸管短路 ， 电机接受全电压 ， 投入正常运行。此种组 合的优点是运行期间电机直接与电网相连 ， 无谐波 ； 旁路接触器还可 以作为一种备用手段 ， 紧急关头或 晶闸管故障时 ， 使电机投入直接起动 ， 增加了运行 的 可靠性 。绝大多数工况适用。 2 软停车 在泵类负载 系统 中， 例如高扬程水 泵， 大型泵 站 ， 污水泵站 ， 电动机直接停车时 ， 在有压管路 中， 由 于流体的运行速度发生急剧变化 ， 引起动量急剧变 化 ， 管路 中出现水击现象 ， 对管道 、 阀门与泵形成很 大的冲击 ， 此 即“ 水 锤” 效应 ， 严重 时， 会对大楼产生 很大的震撼与巨响 ， 甚至造成管道与阀门的损坏 。 图 8 MC C原理 图 采用软停 车， 停车时软起 动器 由大到小逐渐减 小晶闸管的导通角 ， 使被控 电机的端 电压缓缓下降， 电机转速有一个逐渐降低 的过程 ， 这样 就避免 了管 路里流体动量的急剧变化 ， 抑制了“ 水锤 ” 效应 3 正反转无触点电子开关 软起动器串接于供 电电源与被控制 电机之间 ， 当晶闸管全导通时 ， 电机得到全电压 ， 晶闸管关断时 电机被切断电源 ， 其作用类似于一个无触点 电子开 关 。如果再增加 2组反并联 晶闸管 ， 组成如 图 9的 电路 ， 当 A 1 、 B 、 C 三组晶闸管投入运行时 ， 三 相电 源 L 1 、 、 L 与 电机的 U 、 V、 W 端相连 ， 电机顺 时针 旋转 ， 那么当 、 B 、 C 。 三组晶闸管投入运行 时 ， 由 于电机输入反相序 电源而逆时针旋转 ， 交替地使上 述 2套晶闸管配置投入运行 ， 即可实现被控 电机 的 正反转运行 ， 由于不使用接触器电源 ， 故设备可靠性 很高。应用场合 需要频繁正反转 的金属型材轧制 机 构 。 图 9正 反 转 无 触 点 电 开 关 图 4 软起动器与 P C结合组成复合功能 以 1 台 P C程控器与 2台或多台软起动组合 ， 可 完成一用一备或二用一备 ， 甚至多用多备 的方案 ， 与 P C结合 ， 可同时实现软起动 、 软停车。一用一备 ， 与 中央控制室组成遥控监视系统。 在许多大型排水系统中， 平时排水量不大， 仅要求 少量排水泵投入使用， 有时则要求根据水位 ， 逐级增加 投入的水泵 ， 直至全部水泵投入运行； 反之 ， 则要求逐 级减少运行的水泵数量。其结合方案有 2 种 ①方案 1 如图 1 0 所示。该方案采用 1 台 P C控制 1 台软 起动器 ， 软起动器始终与 1台电机相连。当需要 时， 一 l 6 2 维普资讯 第2 9 卷第 l 0 期 里 壑 垦基堕 二 二鲑查盛 P C控制首先起动电机 M ， 起动结束 ， 合上旁路接触 器 K M 使 电机直接 与电网相连 ， 然后通 过接触 器 K M 使软起动器与该电机分离 ， 与下一电机相连 ， 由 P C控制启动下一台电机 M2 。此方法可 以根据上下 水位逐一起动各台电机， 停机时， 除与软起动器相连 的电机可以实现软停机外 ， 其余电机都是直接停车。 图 1 0 软起动 器与程控器联合控制 多台电机原 理图 该方案优点 一次投资省 ， 控制柜结构紧凑 ； 缺 点 一旦软起动器故障 ， 会影响到全部 电机的起动与 运行 。 ②方案 2 如图 1 1 所示。该方案每一 台电机均配一 台软 起动器 ， 由 P L C程控器根据水位或其他控制 器量依 次逐一起动各台电机 ， 直至全部投入运行 ； 反之 ， 则 逐一关闭各台电机。 该方案优点 可靠性 比前一方案高， 即使有一台 软起动器故障 ， 也不会影响其他 电机 的运行。如果 P C程控器发生故 障， 不能进入控制状态 ， 那 么采用 柜前手动操作的方式 ， 照样可使各台电机投入工作。 图 1 1 软起动器与程控器联合控 制原 理图 5 与变频控制器的比较 软起动器与变频控制器均使用 晶闸管模块作为 执行器件 。成本上变频器要 比软起动器高 ， 变频器 由于可以无级调速 ， 目前在需要调 速的场合 已取代 了原先直流电机占据的位置 ， 例如 ， 目前大力推广 的 生活住宅恒压供水系统 ， 广泛使用变频器。在某一 些工况下 变频器也有 弱点 ， 目前 的变频 器 ， 无 论是 交 一直 一交 、 还是交 一交变频 ， 在工作过程 中， 始终 产生谐波 ， 为了减轻对电网的污染 ， 必须增加滤波措 施。其次 ， 变频器的输出， 与电网电源 已经不是同相 同序的关 系， 因此不能在变频器 尚未与电机分离前 ， 先合上旁路 接触 器 ， 否则 ， 会 烧毁变频 器 的执行 器 件 ， 这样 ， 电机短时间内会经历一个全 电压一断电一 全电压的再起动过程 ， 对转速稳定性要求过高的场 合显然不能使用这样 的方案。 软起动器的成本 比变频器低 ， 它不仅在起动与 停车时运行， 起动结束， 合上旁路接触器， 电机直接 接受 电网电压 ， 因而运行期间不存在谐波的问题 ， 其 次 ， 启动结束 ， 晶闸管全导通 ， 相 当于一个电子开关 合闸， 导通电阻极小 ， 两端 的压降在 1 ～2 V， 因而并 联的接触器 由于同相 同序 ， 合 闸没有问题 ， 电机不存 在瞬间断电的问题 。另外 ， 如果遇到负载过重 ， 需强 行启动 ， 而原设定不够大时 ， 通过提前使旁路接触器 合闸， 让 电机得到全电压 ， 可以确保顺利起动。 可以看到变频器 、 软起动器各有 自己的优缺点 ， 在需要调速的场合 ， 宜优先考虑变频器 ， 而且其节能 效果显著 ， 在对调速无要求或要求不高 的场合 ， 可以 考虑用软起动器。 6 结语 软起动器与传统的电动机启动控制技术要求相 比， 采用计算机控制器技术 ， 可以针对不同的起动要 求 ， 灵活调整起动方 案， 但不可以解决起动 电流大 、 起动特性不理想等问题 ， 还可 以使起动设备简化 ， 控 制可靠性 提高。在对 起动控 制有一定要 求 的情况 下 ， 是首选的控制方案。 作者简介 雒有成 1 9 6 5一 ， 河南 巩义 人 ， 讲师 ， 现在 河南 工程 技术学校从事机电一体化专业教学工作 ． ．； t ． ； l L ； 屯 ； 止 址 ． S ． 址 S 屯 ． 址 ． 止． S ． ‘ ． ； I L． ； 止 ． 5 止 ． ； l L． ； t ． S 屯 5 止 ； ． 址 ； 屯 舢． 址 S 屯 ； 止 S ． S 屯 收稿 日期 2 0 0 8 ． 0 4 0 8 ．5 L 址． S 也． ． ； l L． 址． ； 屯 ． S ． 址． j 止 ． S ． L 混 合 点 火 方 式 在 循 环 流 化 床 锅 炉 的 应 用 兖州矿业 集团 公司鲍店煤矿煤矸石热电厂对 U G一7 5 ／ 3 ． 8 2 一M 2 3型中温中压循环流化床锅炉原设计的床下热烟气点 火方式改为床上木炭点火与床下热烟气点火相结合的混合点火方式， 节约了大量费用， 对同类型的锅炉点火有借鉴价值。 控制点火的时间和温度是循环流化床锅炉启动的关键 ， 汽包壁温 、 耐火材料温升是决定启动时间的首要因素， 锅炉启动 时首先考虑的是各膨胀符合安全要求。采用混合点火方式要控制启动升温速度， 以防止炉墙变形与开裂 、 受压元件及管壁膨 胀过大， 特别是冷态启动初期要控制温升速度不大于 5 1 0 C ／ m i n ， 冷态启动时间约为 2 ． 5 h 。由于点火前在炉膛内加入了一 定数量的木炭 ， 床温在 4 8 0～5 5 0℃时会迅速上升， 此时可减少油枪的出力， 投入少量的煤粉。床温升到 6 5 0 7 0 0 o C时关闭油 枪 ， 用给煤量控制床温。切忌用提高油枪出力的方法来迅速提高床温 ， 应当将油压控制在 1 ． 5～ 2 k P a ， 烟气发生器内的热烟气 温度在 8 5 0℃以下。 李剑峰供稿 一 1 63一 征 维普资讯