矿用高压软起动方式比较.pdf

增 刊山 西 焦 煤 科 技 Supplement 2008年7月 Shanxi Coking Coal Science 无级调节主要有三种以电解液液阻限 流的软起动、 以可控硅为功率单元的软起动、 以磁饱和电抗器为限流元件的磁控软起动。论述了以可 控硅作为功率单元的软起动装置值得在煤矿中推广应用。 关键词 高压异步电动机;软起动方式;软起动装置;比较 高压异步电动机在煤矿的水泵、 风机等设备中应 用非常广泛。其起动特性的好坏是大容量异步电动 机能否在这些设备中正常使用的关键因素,直接起动 是不允许的,会对电网及负载造成严重的影响。因而 大容量异步电动机的软起动越来越受到工程技术人 员的重视。 对于大功率异步电动机而言,软起动比硬起动 即直接起动具有如下优势 1 减少起动过程引起 的电网电压降,使之不影响公网其它电气设备的正常 运行。 2 减小电动机的起动峰值电流,此电流会造 成电动机局部过热,危害电动机寿命;大容量电机在 技术指标的要求上,不允许直接起动。 3 减小硬起 动带来的机械冲击,这种冲击是机械设备所不允许 的。 4 减少电磁干扰,冲击电流会以电磁波的形式 干扰电气仪表的正常运行。总之,软起动使电动机可 以起停自如,提高设备开机率,因而有其重要作用。 1 软起动的分类 软起动可分为有级和无级两类,前者的调节是分 档的;后者的调节是连续的。 变频器是一种软起动装置,而且是比较理想的一 种,它可以在限流的同时保持较高的起动转矩。价格 高是制约其推广应用的主要因素。变频器一般都是 用于调速,所以,常常不把它归类于软起动装置。 1 液阻软起动。 液阻是一种由电解液形成的电 阻,它导电的本质是离子导电。其阻值正比于2块电 极板的距离,反比于电解液的电导率,极板距离和电 导率都便于控制,且液阻的热容量大。液阻的这两大 特点阻值可以无级控制和热容量大 , 是软起动所 需要的,加之成本低,使液阻软起动在非防爆行业得 到了广泛的应用。 但液阻软起动也有如下缺点 a 基于液阻限流, 液阻箱容积大,且一次软起动后电解液通常会有 10℃～30℃ 的温升,使软起动的重复性差。 b 移动 极板需要有1套伺服机构,移动速度较慢,难以实现 起动方式的多样化。 c 液阻软起动装置液箱中的 水,需要定期补充。电极板长期浸泡于电解液中,表 面会有一定的锈蚀,需要作表面处理一般2～3 次/年。 d 液阻软起动装置不适合放置在易结冰或 颠簸的环境中。 液阻软起动装置可以串在绕线式电动机转子回 路中以实现重载软起动,在软起动过程中不产生高次 谐波,且售价低廉,这是它的突出优点。 2 可控硅软起动。可控硅软起动产品问世不过 10年左右的时间。目前在中、 低压380～1 140 V 范围内,可控硅软起动产品的价格已经下降到液阻软 起动的2倍。而其主要性能却大大优于液阻软起动。 与液阻软起动相比,它的体积小,结构紧凑,几乎免维 护,功能齐全,起动重复性好,智能化设计,可以与上 ①作者简介江粤勤 女 1970年出生 1991年毕业于山西省煤炭工业学校 助理工程师 洪洞 041600 位控制计算机接口,具有断相与相序检测,缺相保护, 连续计算I 2 t值并考虑速度影响进行过热保护,这些 都是液阻软起动无法达到的。但是,可控硅软起动也 有如下缺点 a 高压产品的价格高,是液阻的3～5 倍。 b 可控硅引起的高次谐波较严重。在这几个缺 点中,价格高是一个重要因素。 3 磁控软起动。磁控软起动是从电抗器软起动 衍生出来的。将三相电抗器串在电源和电动机定子 之间实现降压是两者的共同点。磁控软起动不同于 电抗器软起动的主要特点是其电抗值可控。总体上, 起动开始时电抗器的电抗值较大,在软起动过程中, 通过反馈调节使电抗值逐渐减小,以至软起动完成后 被旁路。 电抗值的变化是通过控制直流励磁电流,改变铁 心的饱和度实现的,所以叫做磁控软起动。因为磁饱 和电抗器的输出功率比控制功率大几十倍,它也可以 称为“ 磁放大器 ” 。 显然,电抗值的调节是静止的,无接触的,非机械 式的。这就为微电子技术的使用提供了可能。所以, 在工作原理上磁控软起动与可控硅软起动是完全相 同的。说磁控软起动能够实现软停止,能够具有可控 硅软起动所具有的几乎全部功能。 磁饱和电抗器具有0. 1 s量级的惯性,这使得磁 控软起动的快速性比可控硅软起动慢一个数量级。 而对于电动机系统的大惯性来说,磁控软起动的惯性 是不足为虑的。 磁控软起动磁饱和就引起非线性,就会产生高次 谐波。只是磁饱和电抗器产生的高次谐波比工作于 斩波状态的可控硅要小一些。磁控软起动装置需要 有相对功率较大的辅助电源,噪声较大,则是其不足 之处。 4 变频器。 随着电力电子技术的飞速发展,变 频调速装置应运而生。三相异步电动机的起停技术 发生了划时代的变化。对于变频器,输出频率范围可 以从0. 1～500 Hz。调速精度一般不低于1 ,有的 可高达0. 02 ,瞬时过力矩可为200 2 s内或 170 60 s内。智能化设计,可以与上位控制计算 机接口。同时变频器也可以设定为软起动工作方式, 其最主要的特点是节能。当然对一些不需要调速的 场合,软起停装置的应用依然非常普遍,但这大大的 限制了变频器的应用。 目前,制约变频器作为软起动装置大范围地应用 于异步电机的原因,主要是一次性投资较高,低压变 频器价格700～1 200元/kW,而高压变频器价格进 口为2 000～2 00元/kW,国产为1 200～1 500 元/kW。其次是在一些特种行业,如煤矿,设备对调 速的特性要求较低,不能充分发挥变频调速特性;工 作环境较差,电压等级通常在6 kV以上,普通的变频 器无法适应这个电压等级。相信随着电力电子技术 的不断发展,新的功率器件的不断涌现,变频器的性 价比将会提高。 5 性能比较。液阻软起动、 可控硅软起动、 磁控 软起动及变频器软启动性能见表1。 表1 液阻、 可控硅、 磁控、 变频器软启动性能比较 软起动方式液阻可控硅磁控变器 综合评价一般较好一般较发好 实现软停止难容易较易容易 电机综合保护一般容易较易容易 高次谐波小较大大较大 价格比13～51～28～20 体积比10. 20. 3～0. 50. 2 噪音小小较大较小 防爆设计难最易难较难 维护工作量大小小较小 环境要求低较低一般高 2 煤矿用软起动器的特殊性 对于煤矿用的防爆软起动器,其防爆特性是首要 的,无论何种软起动,要在防爆场合使用,其整体防爆 设计的容易性是必须考虑的,液阻软起动体积大,电 解液的大量使用可对井下工作环境带来严重污染,防 爆设计更难达到要求。磁控软起动的主要工作部件 是电抗器,体积大,发热严重,防爆设计也较难。变频 软起动器的主要工作部件是IGBT,其工作电压较低, 对电网电压的质量要求较高,不能承受瞬间的电网对 地短路,而且对电缆的分布参数要求高,在冷却设计 上,若采用旁路工作方式,其构成的软起动设备的性 价比将很高,不能充分发挥变频器的调速特性,而且, 对矿井下的工作设备,一般无调速的要求,用调速设 备作为设备的起动装置显然不 下转第71页 762008年增刊江粤勤矿用高压软起动方式比较 业通过了ISO 14000环境管理体系的认证,它表明产 品不但质量符合标准,而且在生产、 使用、 消费、 处理 过程中符合环保要求。这对消除发达国家限制发展 中国家进口的“ 绿色壁垒 ” 无疑是最有效的办法。达 到这一绿色技术标准的产品,可说是现今的“ 绿色产 品 ” 。我国加入WTO后,国际贸易日益发展,国际市 场竞争越发激烈。国际市场中的绿色包装制度,有利 于环境保护,但却为发达国家制造“ 绿色壁垒 ” 提供 了方便。他们借口其他国家,尤其是发展中国家产品 包装不符合要求而限制进口,由此引起的贸易摩擦不 断。因此,要大力发展达到国际标准的绿色包装,从 而提高我国出口商品的竞争力。另一方面,也要在国 际贸易中据理力争,减少贸易损失。污染这种令人担 忧的事实,我国政府不能再听之任之,要尽快制定法 规。 如今包装行业已形成了一个规模庞大,体系完 善,基础牢固,与各行业发展密切相关的大行业。中 国生产的集装箱、 编织袋、 运输用瓦楞纸箱等主要包 装制品产量居世界前列。但是我国与发达国家相比 还是有不小差距,还不是包装强国,尤其是在绿色包 装方面,大型包装生产线和部分原料仍大量依赖进 口,包装企业要加快与国际接轨,要努力通过ISO 9000、ISO 14000的认证,将产品推进国际市场。 4 绿色促销 绿色促销是绿色营销的关键一环。绿色促销是 通过绿色媒体,传递绿色产品及绿色企业的信息,从 而引起消费者对绿色产品的需求及购买行为。在绿 色促销中,绿色广告、 绿色公关等具有重要的作用。 它们同传统广告、 公共关系、 人员推销等具有不同的 特征。 绿色广告是通过绿色广告活动的5个步骤,体现 出其绿色包装特点 1 任务。绿色广告的任务是确 定绿色广告活动的目标,主要包括告知消费者有关最 新的绿色产品及现有产品的绿色范围;提醒消费者查 看有关公司及产品的绿色记录;说服消费者相信本公 司产品的绿色表现比竞争者的产品好。 2 经费。解 决如何确定绿色广告经费的分配问题。一般来说,在 下列情况下要求支出较多的绿色广告费某产品对企 业的发展起着举足轻重的作用;产品处于生命周期的 投入期;产品在市场上竞争激烈,而产品的差异化程 度又低;告知、 提醒及有效地说服消费者需要多次传 递绿色信息。但是作为进行绿色营销的企业,从整体 上说则应减少绿色广告费开发,否则,将会遭受社会 舆论的指责。 3 信息。企业通过一定的媒体、 颜色、 设计、 语言、 音乐及行为来传递绿色产品及企业的信 息。绿色信息通常包括技术上可信赖的绿色信息、 绿 色语言、 绿色生活风格和绿色心情等信息。 4 媒体。 选择目标顾客涵盖率高、 成本又较便宜的传递绿色信 息的绿色媒体。 5 衡量。对绿色广告效果进行事前 或事后的测量。 收稿日期 2008 - 04 - 12 上接第67页合适。而可控硅软起动器的价格相 对IGBT要低的多,体积较小,煤矿高压电机的工作 电压通常在6 kV以上,而目前的IGBT将无法适应这 个电压,可控硅通过简单的串并联就可满足这个工作 电压,因此,可控硅功率单元的耐压能力要远远大于 变频器的主功率构成器件IGBT,这点对煤矿的使用 是非常重要的,这直接关系到设备运行的可靠性,而 且,若变频器构成的软起动装置采用在线运行方式, 这必须要求对变频器进行冷却,而可控硅构成的软起 动通过旁路接触器的运行,可以使可控硅在电机起动 时投入运行,而在电机起动结束后,使可控硅离线运 行,这个运行特点将使可控硅功率单元的冷却方式大 大的简化,防爆设计将是最简单的,与常用的防爆开 关设计没有不同,构成起动设备的性价比将是最低 的,因此,这将是煤矿用软动设备的第一选择。 3 结 语 异步电动机的软起动方式很多。随着技术进步 的加速,各种新的软起动控制方式也将出现。比较各 种软起动方式的优缺点,结合煤矿环境的特殊性,可 控硅软起动方式将在煤矿中得到大量的推广与使用。 收稿日期 2008 - 05 - 06 172008年增刊郝秀青浅谈绿色营销