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電機軟啟動器的應用
河南全新液態起動設備有限公司發明專利產品 發明專利號:ZL200810049100.8
摘 要：本文論述了對于鼠籠型三相異步電動機傳統啟動與軟啟動的優缺點，以及軟啟動技術在油田配電設備上的應用。
關鍵詞：傳統啟動、應用降壓起動器、軟啟動、電動機
一、前言
隨著國民經濟的飛速發展，科學技術的日新月異，鉆井設備的更新與發展，對電氣配套設備的技術要求也越來越高。軟啟動控制系統得到了廣泛的應用。如：水站配電柜、高低壓移動變電站、無人值守泵站、無人值守供熱站、各種遙控調度系統、生產作業自動化等等。這正是國家實現科學技術現代化的重要標志，也是每一個技術人員肩負的重要責任。
軟啟動技術的應用，給我們提出了很多要求。如電網的波動性，執行機構的智能配套等，都要求越來越嚴格。作為重要驅動執行機構的電動機來說，它的控制方式受到廣大技術人員的高度重視。既要為智能控制打下良好基礎，又要降低電動機起動時對電網的沖擊。所以，不得不在電動機的起動設備上做工作。
鼠籠型異步電動機電子軟啟動器的誕生給技術人員解決了這個問題。它既能改變電動機的起動特性保護拖動系統，更能保證電動機可靠起動，又能降低起動沖擊，而且配有計算機通訊接口實現智能控制。
二、電動機起動方式的選擇
傳統啟動裝置與軟啟動裝置的優缺點：
電動機傳統啟動方式有自耦減壓、Y/△減壓、延邊△減壓及串電抗器減壓（磁控式），其共同特點是控制線路簡單，啟動轉矩不可調并有二次沖擊電流，對負載有沖擊轉矩。如電網電壓下降可能會造成堵轉。上述方式在停機時均為瞬間動作，如無機械緩沖裝置會對相關設備造成損壞。
?軟啟動裝置有下特點：
1)降低電機啟動電流和配電容量，避免增容投資。
2)降低啟動機械應力，延長電機及相關設備的壽命。
3)啟動參數可視負載調整，以達到最佳啟動效果。
4)多種啟動模式及保護功能，易于改善工藝、保護設備。
5)備有外控端子，可方便實現異地控制或自動控制。
6)全數字開放式操作顯示鍵盤，操作靈活簡便。
7)高度集成的Intel微處理器控制系統，性能可靠。
8)大電流無觸點交流開關無級調壓，調壓范圍寬、過載能力強。
9)產品可用作頻繁或不頻繁啟動。
有關研究資料報道，絕大部分故障都是在啟動過程中出現的，軟啟動的出現，避免了以上傳統啟動的缺點。
作為應用最廣泛的鼠籠型異步電動機，它采用降壓起動的條件：一是電動機起動時，機械不能承受全壓起動的沖擊轉矩；二是電動機起動時，其端電壓不能滿足規范要求；三是電動機起動時，影響其他負荷的正常運行。
對于降壓起動目前有兩種方式，一種是降壓起動，一種是軟起動。他經過了三個發展階段，一是“Y-Δ” 起動器和自藕降壓起動器，二是磁控式軟啟動器，三是目前最先進最流行的電子軟啟動器。電子軟啟動器一般都是采用16位單片機進行智能化控制，他既能保證電動機在負載要求的起動特性下平滑起動，又能降低對電網的沖擊，同時，還能實現直接計算機通訊控制，為自動化智能控制打下良好的基礎。
它們的造價比較是：“Y-Δ”起動器須六根出線而且故障率太高，維修費也高已不常采用，自藕方式每個千瓦80元左右，磁控的每千瓦150元左右，自藕和磁控的體積較大且故障率較高，維修費較高，電子軟啟動器每個千瓦在100元到200元之間，一般情況下，一臺開關柜能放多臺電子軟啟動器，節省工程造價，且故障率較低，維修費也低。所以，電子軟啟動器應是我們首選的目標。
三、電子軟啟動器的選擇
通過以上所述，毋庸置疑地在工程設計和工程改造中，要想改善工藝提高自動化水平，降低成本提高企業效益，對電動機的起動就必須首先采用先進的起動設備??電子軟啟動器。
軟啟動的工作原理
在三相電源與電機間串入三相聯晶閘管，利用晶閘管移相控制原理，啟動時電機端電壓隨晶閘管的導通角從零逐漸上升，電機轉速逐漸增大，直至達到滿足啟動轉矩的要求而結束啟動過程，此時旁路接觸器接通（避免電機在運行中對電網形成諧波污染，延長晶閘管壽命），電機進入穩態運行狀態，停車時先切斷旁路接觸器，然后由軟啟動器內晶閘管導通角由大逐漸減小，使三相供電電壓逐漸減小，電機轉速由大逐漸減小到零，停車過程完成。
軟啟動的起停方式
３．１ 電壓斜坡軟啟動
啟動電機時，軟啟動器的電壓快速升至U1，然后在設定時間t內逐漸上升，電機隨著電壓上升不斷加速，達到額定電壓和額定轉速時，啟動過程完成如圖2。
３．２ 限流啟動
啟動電機時，軟啟動器的輸出電壓迅速增加，直到輸出電流達到限定值，保持輸出電流不大于該值，電壓逐步升高，使電動機加速，當達到額定電壓、額定轉速時，輸出電流迅速下降至額定電流，啟動過程完成，如圖1。該方式用于某些需快速啟動的負載電機。
３．３ 斜坡限流啟動
啟動電機時，輸出電壓在設定時間內平穩上升，同時輸出電流以一定的速率增加，當啟動電流增至限定值Im時，保持電流恒定，直至啟動完成。
該方式適用于泵類及風機類負載電機。
３．４ 軟停車
在該方式下停止電機時，電機的輸出電壓由額定電壓在設定的軟停時間內逐步降低至零，停車過程完成。該方式常用于水泵負載，它成功地解決了傳統停車過程中的“水錘”現象（即瞬間停機引起流體原來狀態的劇烈變化，造成流體對管道的沖擊）。
在應用電子軟啟動器時應考慮哪些問題呢？做為軟啟動器首先要看它的起動性能和停車性能，目前的軟啟動器有以下五種起動方式：
限流起動顧名思義是限制電動機的起動電流，它主要是用在輕載起動的負載降低起動壓降，在起動時難以知道起動壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動力矩，對電動機不利。
斜坡電壓起動顧名思義是電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統的降壓起動從有級變成了無級，主要用在重載起動，它的缺點是初始轉矩小，轉矩特性拋物線型上升對拖動系統不利，且起動時間長有損于電機。
轉矩控制起動用在重載起動，它是將電動機的起動轉矩由小到大線性上升，它的優點是起動平滑，柔性好，對拖動系統有更好的保護，它的目的是保護拖動系統，延長拖動系統的使用壽命。同時降低電機起動時對電網的沖擊，是最優的重載起動方式，它的缺點是起動時間較長。
轉矩加突跳控制起動與轉矩控制起動相仿也是用在重載起動，不同的是在起動的瞬間用突跳轉矩克服電機靜轉矩，然后轉矩平滑上升，縮短起動時間。但是，突跳會給電網發送尖脈沖，干擾其它負荷，應用時要特別注意。電壓控制起動是用在輕載起動的場合，在保證起動壓降下發揮電動機的最大起動轉矩，盡可能的縮短了起動時間，是最優的輕載軟起動方式。
綜上所述不難看出，最適用最先進的起動方式應是電壓控制起動和轉矩控制起動及轉矩加突跳控制起動。目前的軟啟動器多是限電流起動和斜波電壓起動，它是最原始最低級最簡單的方式（如“ABB”軟起以及國內的大多廠家），還有的是限流起動和轉矩加突跳控制起動。唯有“雷諾爾”的軟啟動器實現了電壓控制和純轉矩控制及轉矩加突跳控制起動�！癆B”、“施耐德”、“西門子”的是限流起動和轉矩加突跳控制起動。
停車方式有三種：一是自由停車，二是軟停車，三是制動停車。電子軟起動帶來最大的停車好處就是軟停車和制動停車。軟停車消除了由于自由停車帶來的拖動系統反慣性沖擊。制動停車在一定的場合代替了反接制動停車。
可靠性的選擇：可靠性分三個方面，一是產品的短路自保護，二是無故障停機保護，三是產品故障率。前兩項可通過產品說明書識別，國內產品除“雷諾爾”的自帶短路保護外其它的一般都不自帶短路保護，需外加快速熔斷器，自動開關不能保護電子軟啟動器。國外的“ABB”不自帶短路保護，需外加快速熔斷器。無故障停機保護看它的軟起是不是帶有綠色單元（KGL），所有的電力電子產品世界難題是無故障停機（干擾停機）現象。目前，市場上流行的電子軟起中唯有“雷諾爾”的加裝了綠色單元。
智能控制功能的選擇：在選擇軟起要注意它的智能化程度，是否帶微機接口，接口是否帶有通訊地址和程序，是否能達到通訊控制以及故障自珍診斷功能等。目前發現這些功能完整的只有“雷諾爾”的軟起，并且在天津市城市排水微機控制中得到良好應用。其它方面還要考慮是否保護功能完備和冷卻方式以及運行方式等，如：過電流保護，過壓保護，單項接地保護，上下口斷相保護，三相不平衡保護，相位顛倒保護等。冷卻方式分機械風冷和自然風冷。柜體是否需加機械通風，元器件的排布等，機械風冷的柜體加機械通風，軟起正上方不能放電器元件，機械風冷的還要考慮傾斜度等。自然風冷的無此要求。運行方式分在線型和非在線型，選型時盡量選用非在線型。
四、結論
通過論述，軟啟動是集電子技術、微處理技術于一體的具有先進科技水平，運行安全可靠的電機控制裝置（國內稱為soft starter），它具有很多傳統電機啟動裝置無法比擬的優點，電動機的降壓起動方式經過了“Y-Δ” 起動器和自藕降壓起動器到磁控式軟啟動器，目前又發展到電子軟啟動器。所以在工程應用中，當電動機在直接起動不能滿足要求時，首先考慮的是電子軟啟動器。這是科技發展的歷史階段，可看出軟啟動有傳統啟動裝置無法比擬的優點，特別適用于各類泵類或風機負載，對工作機械較特殊的如突跳、平滑加速、減速、快速停止，低速制動的場合，也是傳統啟動裝置的較理想的換代產品
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