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淺談電機軟起動(dòng)器在動(dòng)力設備上的應用
【關(guān)鍵詞】電動(dòng)機軟起動(dòng)器、空載、輕載、效率、功率因數、有功和無(wú)功損耗、全壓起動(dòng)、
【摘要】通過(guò)對電動(dòng)機軟啟動(dòng)器節電原理的闡述，及電動(dòng)機起動(dòng)技術(shù)的分析，提出了應用電動(dòng)機軟起動(dòng)器的優(yōu)勢和電動(dòng)機軟起動(dòng)器在動(dòng)力設備上的實(shí)際應用。
引言
電機電腦節電無(wú)觸點(diǎn)軟起動(dòng)器是近年來(lái)在國內出現的新技術(shù)，具有節電效率高，軟起動(dòng)特性好等特點(diǎn)。對于我公司這樣的大型企業(yè)，在動(dòng)力設備中的應用，節能降耗的意義將十分重大。我公司具有中、小型異步電動(dòng)機600余臺，裝機容量7000KW。電能消耗是一筆大的數目。例如：一廠(chǎng)區鍋爐房使用軟起動(dòng)器后，2臺75KW加壓水泵，一個(gè)采暖期運行4300小時(shí)，就可節電79200Kwh;一臺37KW的粉碎機，一個(gè)采暖期可節電2800Kwh。節約電能的同時(shí)維修費用也降低。
1、電動(dòng)機軟起動(dòng)器的節電原理
在生產(chǎn)實(shí)際當中，一些電氣設備經(jīng)常處于空載或輕載狀態(tài)下運行，輕載或空載的電動(dòng)機在額定電壓的工作條件下，效率和功率因數均很低，造成電能大量浪費。
衡量電動(dòng)機節電性能的重要指標為電機空載或輕載時(shí)最低運行電壓的大小，即功率因數CosΦ的大小。為了說(shuō)明電動(dòng)機在不同負載的情況下運行，電壓U與功率因數CosΦ的關(guān)系，以Y132S-4型，5.5KW三相異步電動(dòng)機為例。
CosΦ的大小反應了負載的變化。軟起動(dòng)器正是利用微機技術(shù)，用單片機作CPU，用可控硅作為執行元件，實(shí)時(shí)檢測電流和電壓滯后角，即功率因數Φ角，輸入給單片機，單片機根據最佳控制算法，輸出觸發(fā)脈沖，調整可控硅的導通角，即可調整可控硅的輸出電壓，使空載或輕載運行時(shí)降低電機的端電壓，可使電機的鐵損大大減小，同時(shí)也可減小電機定子銅損，從而減小電機空載或輕載時(shí)的輸入功率，也就減小了電機有功和無(wú)功損耗，提高了功率因數，實(shí)現了節電控制。
2、電動(dòng)機軟起動(dòng)技術(shù)
電動(dòng)機傳統的起動(dòng)方式有全壓起動(dòng)和將壓起動(dòng)，軟起動(dòng)是一種完全區別于全壓和降壓起動(dòng)的新的起動(dòng)方式，是電子過(guò)程控制技術(shù)。所謂軟起動(dòng)，是以斜坡控制方式起動(dòng)，使電動(dòng)機轉速平滑，逐步提高到額定轉速。按照電動(dòng)機起動(dòng)電流大小進(jìn)行分類(lèi)，全壓和降壓起動(dòng)屬于大電流起動(dòng)方式，軟起動(dòng)屬于小電流起動(dòng)方式。
全壓起動(dòng)，起動(dòng)電流是額定電流的4-7倍，起動(dòng)沖擊電流是起動(dòng)電流的1.5-1.7倍;起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉矩不相應增大，Ts=KtTn=K(0.9-1.3)Tn。
降壓起動(dòng)，可部分減小起動(dòng)電流，起動(dòng)轉矩下降到額定電壓的K2倍。降壓起動(dòng)是輕載起動(dòng)，有起動(dòng)沖擊電流、起動(dòng)電流及二次沖擊電流;二次沖擊電流同樣對配電系統有麻煩。
全壓和降壓起動(dòng)的大電流，致使電動(dòng)機諧波磁勢增大，增大后的諧波磁勢又加劇了附加轉矩，附加轉矩是電機起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生震動(dòng)和噪音的原因。
全壓和降壓起動(dòng)，都要受單位時(shí)間內起動(dòng)次數的限制。電動(dòng)機本身的發(fā)熱主要建立在短時(shí)間大電流時(shí)。如通過(guò)6倍額定電流，溫升為8-15℃/S;起動(dòng)裝置的自耦變壓器或交流接觸器起動(dòng)引起堆積熱;如交流接觸器一般要求起動(dòng)次數每分鐘不超過(guò)10次。而軟起動(dòng)器可頻繁操作，具有①電動(dòng)機起動(dòng)電流小，溫升低;②軟起動(dòng)器采用的無(wú)觸點(diǎn)電子元件，除大功率可控硅外，工作時(shí)溫升很低。
此外，軟起動(dòng)器還具有多種保護功能，配合硬件電路，軟件設計有過(guò)載、斷相、欠壓、過(guò)壓等保護程序，動(dòng)作可靠程度高。歸納起來(lái)，軟起動(dòng)器很好的解決了全壓和降壓起動(dòng)電流過(guò)大及其派生的許多問(wèn)題。
3、軟起動(dòng)器在動(dòng)力設備上的應用
軟起動(dòng)器箱內面板上設有兩個(gè)速率微動(dòng)開(kāi)關(guān)，分別對應四種起動(dòng)速率：重載、次重載、次輕載、輕載，起動(dòng)時(shí)間分別是90S、70S、65S、60S。使用時(shí)根據起動(dòng)負載選相應的起動(dòng)速率。例如我公司供水泵電動(dòng)機的起動(dòng)：供水泵電動(dòng)機起動(dòng)的阻轉矩，主要由水的靜壓、慣性、管道阻力、水泵的機械慣性和靜動(dòng)摩擦等構成。水的阻力，水泵的機械慣性、阻力均與水泵的轉速，加速度及葉輪的直經(jīng)有關(guān)，速度低時(shí)阻力小。水的靜壓阻力與揚程有關(guān)，水泵起動(dòng)時(shí)，由于水管中止回閥的作用，靜壓與摩擦不同時(shí)起作用，有利于起動(dòng)。供水泵起動(dòng)阻轉矩為額定轉矩的30%，屬于輕載起動(dòng)。在實(shí)際應用中供水泵電機輕載運行者居多，節電潛力大。
引風(fēng)機用電動(dòng)機的起動(dòng)：其起動(dòng)轉矩與離心式水泵類(lèi)似，阻轉矩都與轉速成正比，但是，風(fēng)機與水泵的結構不同，風(fēng)機的轉動(dòng)慣量比水泵大的多，空氣的流動(dòng)性比水小，如果風(fēng)機不關(guān)風(fēng)閥起動(dòng)，將因空氣升能，管道阻力，摩擦阻力等因素，致使風(fēng)機起動(dòng)比水泵難，起動(dòng)加速的時(shí)間較長(cháng)，風(fēng)機起動(dòng)屬重載起動(dòng)。
風(fēng)機輸送的流體——煙氣的溫度也是影響風(fēng)機負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(shí)，煙氣似凝滯狀態(tài)，風(fēng)機負荷量增大。鍋爐開(kāi)爐之初，爐膛內溫度低，一般需要30分鐘爐溫才能升上來(lái)，這段時(shí)間里，引風(fēng)機處于超負荷運行階段。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(shí)，負載功率：
N=KYQH/η*1/ηt=27.78KW
式中：
K——電機容量?jì)湎禂�，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，其負載功率增大。
風(fēng)機負載變化大，從風(fēng)機特性曲線(xiàn)上可看出。一般風(fēng)機功率計算的工作溫度參數200℃，只是取近似中間值。輸送的煙氣溫度越高，阻轉矩越小;反之，輸送的煙氣溫度越低，阻轉矩越大。風(fēng)機在起動(dòng)之初，要求關(guān)閉風(fēng)閥，實(shí)際應用中則是將風(fēng)閥固定住。所以在選用軟起動(dòng)器時(shí)，要根據風(fēng)機起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機工作電流的大小，來(lái)選擇相匹配的軟起動(dòng)器。風(fēng)機的節電潛力在高爐溫區段。
軟起動(dòng)器結構簡(jiǎn)單，接線(xiàn)安裝方便，節電顯著(zhù)，是電動(dòng)機起動(dòng)與運行技術(shù)的發(fā)展趨勢。
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