淺談電機軟起動器在動力設備上的應用

摘要:通過對電動機軟啟動器節電原理的闡述，及電動機起動技術的分析，提出了應用電動機軟起動器的優勢和電動機軟起動器在動力設備上的實際應用。

關鍵詞:電動機軟起動器、空載、輕載、效率、功率因數、有功和無功損耗、全壓起動、降壓起動、起動電流、起動轉矩、負載功率。

0 引言

電機電腦節電無觸點軟起動器是近年來在國內出現的新技術，具有節電效率高，軟起動特性好等特點。對于我公司這樣的大型企業，在動力設備中的應用，節能降耗的意義將十分重大。我公司具有中、小型異步電動機600余臺，裝機容量7000KW。電能消耗是一筆大的數目。例如:一廠區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，就可節電79200Kwh;一臺37KW的粉碎機，一個采暖期可節電2800Kwh。節約電能的同時維修費用也降低。

1 電動機軟起動器的節電原理

在生產實際當中，一些電氣設備經常處于空載或輕載狀態下運行，輕載或空載的電動機在額定電壓的工作條件下，效率和功率因數均很低，造成電能大量浪費。

衡量電動機節電性能的重要指標為電機空載或輕載時最低運行電壓的大小，即功率因數CosΦ的大小。為了說明電動機在不同負載的情況下運行，電壓U與功率因數CosΦ的關系，以Y132S-4型，5.5KW三相異步電動機為例。

如下表:

從上表中可以看出CosΦ的大小反應了負載的變化。軟起動器正是利用微機技術，用單片機作CPU，用可控硅作為執行元件，實時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，實現了節電控制。

2 電動機軟起動技術

電動機傳統的起動方式有全壓起動和將壓起動，軟起動是一種完全區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。所謂軟起動，是以斜坡控制方式起動，使電動機轉速平滑，逐步提高到額定轉速。按照電動機起動電流大小進行分類，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，起動轉矩不相應增大，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矩，附加轉矩是電機起動時產生震動和噪音的原因。

全壓和降壓起動，都要受單位時間內起動次數的限制。電動機本身的發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功能，配合硬件電路，軟件設計有過載、斷相、欠壓、過壓等保護程序，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 軟起動器在動力設備上的應用

軟起動器箱內面板上設有兩個速率微動開關，分別對應四種起動速率:重載、次重載、次輕載、輕載，起動時間分別是90S、70S、65S、60S。使用時根據起動負載選相應的起動速率。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有關，速度低時阻力小。水的靜壓阻力與揚程有關，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。供水泵起動阻轉矩為額定轉矩的30%，屬于輕載起動。在實際應用中供水泵電機輕載運行者居多，節電潛力大。

引風機用電動機的起動:其起動轉矩與離心式水泵類似，阻轉矩都與轉速成正比，但是，風機與水泵的結構不同，風機的轉動慣量比水泵大的多，空氣的流動性比水小，如果風機不關風閥起動，將因空氣升能，管道阻力，摩擦阻力等因素，致使風機起動比水泵難，起動加速的時間較長，風機起動屬重載起動。

風機輸送的流體——煙氣的溫度也是影響風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，煙氣似凝滯狀態，風機負荷量增大。鍋爐開爐之初，爐膛內溫度低，一般需要30分鐘爐溫才能升上來，這段時間里，引風機處于超負荷運行階段。如:一臺引風機配用電機22KW，輸送的煙氣溫度200℃，容量7.3N/m3。如輸送煙氣溫度20℃時，負載功率:

N=KYQH/η*1/ηt=27.78KW

式中:

K——電機容量儲備系數，對引風機取1.3 。

Y——流體容量(N/m3)

Q——風機流量(m3/h)

H——全壓(Kgf/m2)

η、ηt——風機效率

由上式可知，其負載功率增大。

風機負載變化大，從風機特性曲線上可看出。一般風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。風機在起動之初，要求關閉風閥，實際應用中則是將風閥固定住。所以在選用軟起動器時，要根據風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。風機的節電潛力在高爐溫區段。

軟起動器結構簡單，接線安裝方便，節電顯著，是電動機起動與運行技術的發展趨勢。