淺談電機軟起動器在動力設(shè)備上的應(yīng)用
【關(guān)鍵詞】電動機軟起動器、空載、輕載、效率、功率因數(shù)、有功和無功損耗、全壓起動、
【摘要】通過對電動機軟啟動器節(jié)電原理的闡述，及電動機起動技術(shù)的分析，提出了應(yīng)用電動機軟起動器的優(yōu)勢和電動機軟起動器在動力設(shè)備上的實際應(yīng)用。
引言
電機電腦節(jié)電無觸點軟起動器是近年來在國內(nèi)出現(xiàn)的新技術(shù)，具有節(jié)電效率高，軟起動特性好等特點。對于我公司這樣的大型企業(yè)，在動力設(shè)備中的應(yīng)用，節(jié)能降耗的意義將十分重大。我公司具有中、小型異步電動機600余臺，裝機容量7000KW。電能消耗是一筆大的數(shù)目。例如：一廠區(qū)鍋爐房使用軟起動器后，2臺75KW加壓水泵，一個采暖期運行4300小時，就可節(jié)電79200Kwh;一臺37KW的粉碎機，一個采暖期可節(jié)電2800Kwh。節(jié)約電能的同時維修費用也降低。
1、電動機軟起動器的節(jié)電原理
在生產(chǎn)實際當(dāng)中，一些電氣設(shè)備經(jīng)常處于空載或輕載狀態(tài)下運行，輕載或空載的電動機在額定電壓的工作條件下，效率和功率因數(shù)均很低，造成電能大量浪費。
衡量電動機節(jié)電性能的重要指標(biāo)為電機空載或輕載時最低運行電壓的大小，即功率因數(shù)CosΦ的大小。為了說明電動機在不同負(fù)載的情況下運行，電壓U與功率因數(shù)CosΦ的關(guān)系，以Y132S-4型，5.5KW三相異步電動機為例。
CosΦ的大小反應(yīng)了負(fù)載的變化。軟起動器正是利用微機技術(shù)，用單片機作CPU，用可控硅作為執(zhí)行元件，實時檢測電流和電壓滯后角，即功率因數(shù)Φ角，輸入給單片機，單片機根據(jù)最佳控制算法，輸出觸發(fā)脈沖，調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角，即可調(diào)整可控硅的輸出電壓，使空載或輕載運行時降低電機的端電壓，可使電機的鐵損大大減小，同時也可減小電機定子銅損，從而減小電機空載或輕載時的輸入功率，也就減小了電機有功和無功損耗，提高了功率因數(shù)，實現(xiàn)了節(jié)電控制。
2、電動機軟起動技術(shù)
電動機傳統(tǒng)的起動方式有全壓起動和將壓起動，軟起動是一種完全區(qū)別于全壓和降壓起動的新的起動方式，是電子過程控制技術(shù)。所謂軟起動，是以斜坡控制方式起動，使電動機轉(zhuǎn)速平滑，逐步提高到額定轉(zhuǎn)速。按照電動機起動電流大小進(jìn)行分類，全壓和降壓起動屬于大電流起動方式，軟起動屬于小電流起動方式。
全壓起動，起動電流是額定電流的4-7倍，起動沖擊電流是起動電流的1.5-1.7倍;起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩不相應(yīng)增大，Ts=KtTn=K(0.9-1.3)Tn。
降壓起動，可部分減小起動電流，起動轉(zhuǎn)矩下降到額定電壓的K2倍。降壓起動是輕載起動，有起動沖擊電流、起動電流及二次沖擊電流;二次沖擊電流同樣對配電系統(tǒng)有麻煩。
全壓和降壓起動的大電流，致使電動機諧波磁勢增大，增大后的諧波磁勢又加劇了附加轉(zhuǎn)矩，附加轉(zhuǎn)矩是電機起動時產(chǎn)生震動和噪音的原因。
全壓和降壓起動，都要受單位時間內(nèi)起動次數(shù)的限制。電動機本身的發(fā)熱主要建立在短時間大電流時。如通過6倍額定電流，溫升為8-15℃/S;起動裝置的自耦變壓器或交流接觸器起動引起堆積熱;如交流接觸器一般要求起動次數(shù)每分鐘不超過10次。而軟起動器可頻繁操作，具有①電動機起動電流小，溫升低;②軟起動器采用的無觸點電子元件，除大功率可控硅外，工作時溫升很低。
此外，軟起動器還具有多種保護(hù)功能，配合硬件電路，軟件設(shè)計有過載、斷相、欠壓、過壓等保護(hù)程序，動作可靠程度高。歸納起來，軟起動器很好的解決了全壓和降壓起動電流過大及其派生的許多問題。
3、軟起動器在動力設(shè)備上的應(yīng)用
軟起動器箱內(nèi)面板上設(shè)有兩個速率微動開關(guān)，分別對應(yīng)四種起動速率：重載、次重載、次輕載、輕載，起動時間分別是90S、70S、65S、60S。使用時根據(jù)起動負(fù)載選相應(yīng)的起動速率。例如我公司供水泵電動機的起動：供水泵電動機起動的阻轉(zhuǎn)矩，主要由水的靜壓、慣性、管道阻力、水泵的機械慣性和靜動摩擦等構(gòu)成。水的阻力，水泵的機械慣性、阻力均與水泵的轉(zhuǎn)速，加速度及葉輪的直經(jīng)有關(guān)，速度低時阻力小。水的靜壓阻力與揚程有關(guān)，水泵起動時，由于水管中止回閥的作用，靜壓與摩擦不同時起作用，有利于起動。供水泵起動阻轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的'30%，屬于輕載起動。在實際應(yīng)用中供水泵電機輕載運行者居多，節(jié)電潛力大。
引風(fēng)機用電動機的起動：其起動轉(zhuǎn)矩與離心式水泵類似，阻轉(zhuǎn)矩都與轉(zhuǎn)速成正比，但是，風(fēng)機與水泵的結(jié)構(gòu)不同，風(fēng)機的轉(zhuǎn)動慣量比水泵大的多，空氣的流動性比水小，如果風(fēng)機不關(guān)風(fēng)閥起動，將因空氣升能，管道阻力，摩擦阻力等因素，致使風(fēng)機起動比水泵難，起動加速的時間較長，風(fēng)機起動屬重載起動。
風(fēng)機輸送的流體——煙氣的溫度也是影響風(fēng)機負(fù)荷量大小的重要因素。溫度不同，煙氣的容量及密度變化大，溫度低時，煙氣似凝滯狀態(tài)，風(fēng)機負(fù)荷量增大。鍋爐開爐之初，爐膛內(nèi)溫度低，一般需要30分鐘爐溫才能升上來，這段時間里，引風(fēng)機處于超負(fù)荷運行階段。如：一臺引風(fēng)機配用電機22KW，輸送的煙氣溫度200℃，容量7.3N/m3。如輸送煙氣溫度20℃時，負(fù)載功率：
N=KYQH/η*1/ηt=27.78KW
式中：
K——電機容量儲備系數(shù)，對引風(fēng)機取1.3 。
Y——流體容量(N/m3)
Q——風(fēng)機流量(m3/h)
H——全壓(Kgf/m2)
η、ηt——風(fēng)機效率
由上式可知，其負(fù)載功率增大。
風(fēng)機負(fù)載變化大，從風(fēng)機特性曲線上可看出。一般風(fēng)機功率計算的工作溫度參數(shù)200℃，只是取近似中間值。輸送的煙氣溫度越高，阻轉(zhuǎn)矩越小;反之，輸送的煙氣溫度越低，阻轉(zhuǎn)矩越大。風(fēng)機在起動之初，要求關(guān)閉風(fēng)閥，實際應(yīng)用中則是將風(fēng)閥固定住。所以在選用軟起動器時，要根據(jù)風(fēng)機起動時電動機工作電流的大小，來選擇相匹配的軟起動器。風(fēng)機的節(jié)電潛力在高爐溫區(qū)段。
軟起動器結(jié)構(gòu)簡單，接線安裝方便，節(jié)電顯著，是電動機起動與運行技術(shù)的發(fā)展趨勢。
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