軟啟動(dòng)器(軟啟動(dòng)器)是一種集
電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制
裝置,國(guó)外稱為Soft Starter。軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)
晶閘管作為調(diào)壓器,將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí),晶閘管的輸出
電壓逐漸增加,電動(dòng)機(jī)逐漸加速,直到晶閘管全導(dǎo)通,電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上,實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng),降低啟動(dòng)電流,避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí),啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束,軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管,為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓,以降低晶閘管的熱損耗,延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命,提高其工作效率,又使電網(wǎng)避免了
諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能,軟停車與軟啟動(dòng)過(guò)程相反,電壓逐漸降低,轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零,避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。
啟動(dòng)方式
運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的
軟起動(dòng)器,控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角,使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升,直至起動(dòng)結(jié)束,賦予電機(jī)全電壓,即為
軟起動(dòng),在軟起動(dòng)過(guò)程中,電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加,轉(zhuǎn)速也逐漸增加。軟起動(dòng)一般有下面幾種起動(dòng)方式。
斜坡升壓軟起動(dòng):這種起動(dòng)方式簡(jiǎn)單,不具備電流閉環(huán)控制,僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角,使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點(diǎn)是,由于不限流,在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中,有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞,對(duì)電網(wǎng)影響較大,實(shí)際很少
應(yīng)用。
斜坡恒流軟起動(dòng):這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流逐漸增加,當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定(t1至t2階段),直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過(guò)程中,電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大,則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,起動(dòng)時(shí)間短。該起動(dòng)方式是應(yīng)用多的起動(dòng)方式,尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的起動(dòng)。
階躍起動(dòng):開機(jī),即以短時(shí)間,使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值,即為階躍起動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值,可以達(dá)到快速起動(dòng)效果。
脈沖沖擊起動(dòng):在起動(dòng)開始階段,讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi),以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落,再按原設(shè)定值線性上升,連入恒流起動(dòng)。該起動(dòng)方法,在一般負(fù)載中較少應(yīng)用,適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。
籠型電機(jī)傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式有Y-q起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、電抗器起動(dòng)等。這些起動(dòng)方式都屬于有級(jí)減壓起動(dòng),存在明顯缺點(diǎn),即起動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)二次沖擊電流。
節(jié)能原理
電動(dòng)機(jī)屬感性負(fù)載,電流滯后電壓,大多數(shù)用
電器都屬此類。為了提高功率因數(shù)須用容性負(fù)載來(lái)補(bǔ)償,并電容或用同步電動(dòng)機(jī)補(bǔ)償。降低電動(dòng)機(jī)的激磁電流也可提高功率因數(shù)(HPS2節(jié)能功能,在輕載時(shí)降低電壓,使激磁電流降低,使COS∮提高)。節(jié)能運(yùn)行模式:輕載時(shí)降低電壓減少了激磁電流,電機(jī)電流分為有功分量和無(wú)功分量(激磁分量)提高COS∮。
運(yùn)行模式
當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載輕時(shí),軟啟動(dòng)器在選擇節(jié)能功能的狀態(tài)下,PF
開關(guān)熱撥至Y位,在電流反饋的作用下,軟啟動(dòng)器自動(dòng)降低電動(dòng)機(jī)電壓。減少了電動(dòng)機(jī)電流的勵(lì)磁分量。從而提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)(COS∮)。(
國(guó)產(chǎn)軟啟動(dòng)器多無(wú)此功能)在接觸器旁路狀態(tài)下無(wú)法實(shí)現(xiàn)此功能。TPF開關(guān)提供了節(jié)能功能的兩種反應(yīng)時(shí)間;正常、慢速。節(jié)能運(yùn)行模式:自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行。(正常、慢速兩種反應(yīng)速度)空載節(jié)能40%,負(fù)載節(jié)能5%。
控制原理
軟啟動(dòng)器是通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角來(lái)控制輸出電壓。因此,軟啟動(dòng)器從本質(zhì)上是一種能夠自動(dòng)控制的降壓?jiǎn)?dòng)器,由于能夠任意調(diào)節(jié)輸出電壓,作電流閉環(huán)控制,因而比傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)方式(如串電阻啟動(dòng),自耦
變壓器啟動(dòng)等)有更多優(yōu)點(diǎn)。例如滿載啟動(dòng)風(fēng)機(jī)水泵等變轉(zhuǎn)矩負(fù)載、實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟停止、應(yīng)用于水泵能完全消除水錘效應(yīng)等。
功能特點(diǎn)
主要功能
1、過(guò)載保護(hù)功能:軟
起動(dòng)器引進(jìn)了電流控制環(huán),因而隨時(shí)跟蹤檢測(cè)電機(jī)電流的變化狀況。通過(guò)增加過(guò)載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式,實(shí)現(xiàn)了過(guò)載保護(hù)功能,使電機(jī)過(guò)載時(shí),關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
2、缺相保護(hù)功能:工作時(shí),軟起動(dòng)器隨時(shí)檢測(cè)三相線電流的變化,一旦發(fā)生斷流,即可作出缺相保護(hù)反應(yīng)。
3、過(guò)熱保護(hù)功能:通過(guò)軟起動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度,一旦散熱器溫度超過(guò)允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管,并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
4、測(cè)量回路參數(shù)功能:電動(dòng)機(jī)工作時(shí),軟啟動(dòng)器內(nèi)的檢測(cè)器一直監(jiān)視著電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài),并將監(jiān)測(cè)到的參數(shù)送給CPU進(jìn)行處理,CPU將監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、顯示。因此電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器還具有測(cè)量回路參數(shù)的功能。
5、其它功能:通過(guò)電子電路的組合,還可在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護(hù)。
主要應(yīng)用
交流鼠籠
異步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制方便,效率高而被人們廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的拖動(dòng)中。在民用建筑中的大多數(shù)機(jī)械設(shè)備如消防泵、噴淋泵、生活泵、冷凍機(jī)組等的動(dòng)力都是交流鼠籠異步電機(jī)。當(dāng)建筑物層數(shù)較高或規(guī)模較大時(shí),這些機(jī)械設(shè)備的電機(jī)的額定功率通常都較大,如消防泵的額定功率通常都在55kW-150kW之間。這些設(shè)備在起動(dòng)過(guò)程中,將產(chǎn)生較大的起動(dòng)電流,造成較大的電壓降。因此恰當(dāng)?shù)剡x擇起動(dòng)方式具有減少供電容量和保證建筑物供電可靠性等重要意義。正因?yàn)槿绱?,軟啟?dòng)器在民用建筑領(lǐng)域的應(yīng)用中將具有廣闊前景。
1、民用建筑中水泵等動(dòng)力設(shè)備的啟動(dòng)方式的比較
眾所周知,鼠籠式異步電機(jī)采用全壓起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流大,起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的。當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí),起動(dòng)電流很大(起動(dòng)電流為額定電流的5—8倍)。很大的起動(dòng)電流將引起配電系統(tǒng)的電壓降,影響接在同一臺(tái)變壓器或同一條供電線路上的其它
電氣設(shè)備的正常工作,甚至使柴油發(fā)電機(jī)組熄火停機(jī)。同時(shí)由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大,將對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊,增加傳動(dòng)部件的磨損和額外維護(hù)。所以當(dāng)電機(jī)的容量較大(一般為超過(guò)電源容量的20%—30%時(shí))均采用降壓起動(dòng)。
傳統(tǒng)上采用的降壓起動(dòng)的方法有Y/△換接起動(dòng)和自耦變壓器降壓起動(dòng)。雖然這兩種起動(dòng)方式均可降低起動(dòng)電流,但是在降壓起動(dòng)過(guò)程完成后的分檔投切和加全壓的瞬間,仍將產(chǎn)生數(shù)倍額定電流的尖峰電流(二次沖擊電流),此電流將對(duì)配電系統(tǒng)造成沖擊,同時(shí)產(chǎn)生的破壞性的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩會(huì)引起水泵電機(jī)的機(jī)械震動(dòng),對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、中間齒輪等非常有害,并使供電線路電耗增大。
軟啟動(dòng)器也是降壓起動(dòng)器的一種。它是利用性能先進(jìn)的微處理器,合理有序地控制大功率晶閘管組件導(dǎo)通,使之產(chǎn)生逐步增加的平滑的交流電壓加在交流電動(dòng)機(jī)上,使電動(dòng)機(jī)按預(yù)先設(shè)定的方式和參數(shù)進(jìn)行漸進(jìn)地加速,實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)??梢姴捎密浧饎?dòng)器可以對(duì)大電機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑、均勻穩(wěn)定的起動(dòng),避免大電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊,減少機(jī)械震動(dòng)和噪音,減少供電線路的電耗。
2、軟起動(dòng)器在民用建筑動(dòng)力設(shè)備控制中的應(yīng)用
軟起動(dòng)器具有軟起動(dòng),軟停止,泵控制,定時(shí)低速運(yùn)行等多種功能。因此,在民用建筑領(lǐng)域的動(dòng)力設(shè)備控制中具有傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器不可比擬的優(yōu)越性。下面以某高層建筑中的消防泵為例,分析軟起動(dòng)器在消防泵的起動(dòng)及運(yùn)行控制方面的突出優(yōu)點(diǎn)。該高層建筑中消防泵的大容量為110KW,一備一用。采用A-B公司的150-B240NBD軟起動(dòng)器。
1)軟起動(dòng)如前所述,在起動(dòng)時(shí)間ts內(nèi),電機(jī)的端電壓從設(shè)定的初始值逐漸增長(zhǎng)至滿壓,電機(jī)是平滑、無(wú)級(jí)地加速。同時(shí)起動(dòng)時(shí)間ts可調(diào)節(jié)(通常在0.5-60秒之間),這有利于與空氣開關(guān)之間的配合,防止空氣開關(guān)的瞬時(shí)脫扣器在電機(jī)起動(dòng)時(shí)誤跳閘。
2)泵控制功能水泵在起動(dòng)和停車時(shí),水流沖擊管道,產(chǎn)生嚴(yán)重的“水錘效應(yīng)”。雖然水道專業(yè)已采取了一些消除水錘效應(yīng)的措施,但是如果采用帶泵控功能的軟起動(dòng)器,則完全可以消除水錘效應(yīng),減少機(jī)械維護(hù)的工作量,節(jié)省系統(tǒng)維修費(fèi)用,并保證供水可靠。值得一提的是該功能為可選件,定貨圖上應(yīng)注明。
3)過(guò)載保護(hù)功能一般電機(jī)的過(guò)載保護(hù)是通過(guò)熱元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。熱元件在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過(guò)程中很難避開電機(jī)的起動(dòng)電流而產(chǎn)生誤動(dòng)作。為避免誤動(dòng),用戶常加大熱元件的動(dòng)作電流,使過(guò)載保護(hù)形同虛設(shè)。而軟起動(dòng)器內(nèi)置的過(guò)載保護(hù)功能是根據(jù)I2t算法用電子裝置來(lái)完成的。它可根據(jù)起動(dòng)負(fù)荷的輕重即起動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短不同來(lái)選擇不同的脫扣特性曲線以避免在起動(dòng)過(guò)程中誤跳。由于它的過(guò)載保護(hù)是可編程的,從而為用戶提供了更大的靈活性。并且選用帶內(nèi)置過(guò)載保護(hù)功能的軟起動(dòng)器可以省去熱繼電器,使控制柜內(nèi)布線更簡(jiǎn)單,迅速。
4)參數(shù)測(cè)試功能可通過(guò)按鍵在顯示窗口選擇顯示電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)如三相電壓值、三相電流值、功率因數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等,而不需增加任何儀表。此功能可使用戶很方便的查詢電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的各種參數(shù)。
5)消防水泵定期自動(dòng)試機(jī)由于消防水泵屬消防應(yīng)急設(shè)施,平常時(shí)長(zhǎng)期處于不使用狀態(tài),容易出現(xiàn)泵卡死的現(xiàn)象。一旦火災(zāi)發(fā)生時(shí)如果無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn),將影響消防撲救的順利進(jìn)行,造成嚴(yán)重后果?!睹裼媒ㄖ姎庠O(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T16-92第24.6.6條規(guī)定“消防泵(包括噴灑泵)、排煙風(fēng)機(jī)及正壓送風(fēng)機(jī)等重要消防用電設(shè)備,宜采取定期自動(dòng)試機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)措施。”該軟起動(dòng)器具有的定時(shí)低速運(yùn)行功能,可根據(jù)用戶設(shè)定的時(shí)間自行定時(shí)起動(dòng)、停止,對(duì)消防泵起到一個(gè)定期自動(dòng)試機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)的作用,提高消防泵作為消防設(shè)施的可靠性,應(yīng)急性。而采用傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方式將很難對(duì)消防水泵定期自動(dòng)試機(jī)。
3、民用建筑動(dòng)力設(shè)備控制中采用軟起動(dòng)器時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
1)有的軟起動(dòng)器具有多種內(nèi)置的保護(hù)功能,如失速及堵轉(zhuǎn)測(cè)試、相間平衡、欠載保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)等,對(duì)電機(jī)而言起到了進(jìn)一步的保護(hù)作用。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況通過(guò)編程來(lái)選擇保護(hù)功能或使某些保護(hù)功能失效?!?a href="http://www.iyuoxtl.cn/index.html" target="_blank">低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-95第4.3.5條規(guī)定:“突然斷電比過(guò)負(fù)載造成的損失更大的線路,其過(guò)負(fù)載保護(hù)應(yīng)作用于信號(hào)而不應(yīng)作用于切斷電路。”在前面提到的消防泵
控制系統(tǒng)中,由于消防泵是消防應(yīng)急負(fù)荷,它是在消防救火的緊要關(guān)頭工作的。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí),重要的問(wèn)題是消防泵能地運(yùn)轉(zhuǎn)打水到消防管網(wǎng)中,而對(duì)消防泵電機(jī)的保護(hù)就不是重要問(wèn)題。所以上面提到的某些保護(hù)功能可以通過(guò)編程使它失效,或者使保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)而不是作于使消防泵電機(jī)停機(jī)。前面提到的過(guò)載保護(hù)功能也只應(yīng)動(dòng)作于信號(hào)。
2)支路保護(hù)由于軟起動(dòng)器本身沒(méi)有短路保護(hù),為保護(hù)其中的晶閘管,應(yīng)該采用快速熔斷器(自動(dòng)空氣開關(guān)的開斷時(shí)間較長(zhǎng),為0.1秒,不能有效地保護(hù)晶閘管)。設(shè)計(jì)時(shí)可依據(jù)廠家提供的產(chǎn)品樣本,根據(jù)軟起動(dòng)器的額定電流選擇相應(yīng)的快熔斷器。
3)當(dāng)軟起動(dòng)器使電機(jī)制動(dòng)停機(jī)時(shí),只是晶閘管不導(dǎo)通,在電機(jī)與電源之間并沒(méi)有形成電氣隔離。如果此時(shí)
檢修軟起動(dòng)器之后的線路、電機(jī),那是不安全的。所以在電機(jī)一次控制回路中應(yīng)在軟起動(dòng)器之前增加斷路器。
4)由于信息及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,現(xiàn)代的樓宇特別是
智能建筑中電子設(shè)備日益增多,它們對(duì)電網(wǎng)的質(zhì)量有較高的要求。而由于軟起動(dòng)器采用了可控硅等非線性器件,所以當(dāng)軟起動(dòng)器功率較大或者臺(tái)數(shù)較多時(shí),產(chǎn)生的高次諧波將對(duì)電網(wǎng)造成不良的影響并對(duì)建筑物內(nèi)的電子設(shè)備產(chǎn)生干撓。此時(shí)可裝設(shè)旁通接觸器。在軟起動(dòng)器使電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)至正常轉(zhuǎn)速后,接觸器KM閉合,把軟起動(dòng)器短接。
即在起動(dòng)完成之后,大功率晶閘管處于不導(dǎo)通狀態(tài),減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)及電子設(shè)備的干撓。
5)軟起動(dòng)器在通過(guò)電流時(shí)將會(huì)產(chǎn)生熱耗散,安裝時(shí)應(yīng)注意在其上、下方留出一定空間,以使空氣能流過(guò)其功率模塊。當(dāng)軟起動(dòng)器額定電流較大時(shí),要采用風(fēng)機(jī)降溫。風(fēng)機(jī)的電源可取自電機(jī)控制系統(tǒng)的二次回路。
總之,軟起動(dòng)器是一種新型的、性能優(yōu)良的起動(dòng)裝置,是交流異步電機(jī)起動(dòng)器的初步選擇產(chǎn)品。但是由于軟起動(dòng)器主要為
進(jìn)口產(chǎn)品,價(jià)格較高。
主要特點(diǎn)
1、在結(jié)構(gòu)上采用電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器作為控制輸出執(zhí)行元件,控制邏輯用
PLC 可編程控制器實(shí)現(xiàn),使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了,采用數(shù)字監(jiān)控和數(shù)字設(shè)定,提高了控制系統(tǒng)的可靠性,也便于維護(hù)。同時(shí)具有外控功能,可根據(jù)使用情況進(jìn)行連接,方便控制。
2、電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)提供平滑漸進(jìn)的啟動(dòng)過(guò)程,減少啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)或發(fā)電設(shè)備的沖擊,將啟動(dòng)電流控制在安全范圍內(nèi),改善了原控制系統(tǒng)因啟動(dòng)電流較大沖擊廠用電源而影響其它設(shè)備正常運(yùn)行的狀況。
3、啟動(dòng)過(guò)程采用雙向可控硅,啟動(dòng)過(guò)程完成后,接觸器短接可控硅的控制方式,避免了用接觸器直接控制電動(dòng)機(jī)使觸點(diǎn)易拉弧、粘連、燒壞等故障的發(fā)生,同時(shí)也節(jié)約了能源。
4、軟啟動(dòng)、軟停車方式,降低設(shè)備的振動(dòng)和噪聲,減少機(jī)械應(yīng)力,延長(zhǎng)發(fā)電設(shè)備及機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)地使用壽命。
5、具有過(guò)流、過(guò)載、電源缺相等多種保護(hù)功能,同時(shí)可以檢測(cè)到負(fù)載所涉及(如空壓機(jī))系統(tǒng)各種不良運(yùn)行情況,有利于保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。
6、控制盤上的顯示功能,便于在現(xiàn)場(chǎng)全面了解設(shè)備運(yùn)行情況。
7、數(shù)字化參數(shù)設(shè)定及顯示功能直觀、方便、省時(shí)。