淺談工業電機電力設備軟起動器的應用

陳慧

摘 要：電能是現代工業生產的主要能源和動力，電動機是將電能轉換為機械能來拖動生產機械的驅動元件。電動機與其他原動力（如內燃機、蒸汽機等）相比，電動機的控制方法更為簡便并可實現遙控和自動控制。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；全壓起動；可編程控制器

0 引言

電力拖動和電力拖動系統是用電能來驅動和控制生產機械拖動，驅動、控制，它由三個部分組成：電動機，電動機的控制設備和保護設備，電動機與生產機械的傳動裝置。在電力拖動的運動環節中生產機械對電動機運轉的要求包含啟動；改變運動的速度（調速）；改變運動的方向（正反轉）制動。 電力拖動系統的控制方式一般有：1. 繼電——接觸器式有觸點斷續控制 2. 連續控制，為了使控制系統具有良好的靜態特性和動態特性，常采用反饋控制系統。3. 可編程無觸點斷續控制；20世紀60年代出現了順序控制器，它能根據生產的需要靈活的改變程序，使控制系統具有較大的靈活性和通用性。1968年，美國通用汽車公司（GM）為了適用生產工藝不斷更新的需要，希望用電子化的新型控制器代替繼電器控制裝置，并對新型控制器提出了“編程簡單方便、可現場修改程序、維護方便、采用插件式結構、可靠性要高于繼電器控制裝置”等10項具體要求。1969年，美國數字設備公司（DEC）根據上述要求，研制出了世界上第一臺可編程控制器，并成功運用到美國通用汽車公司的生產線上。其后日本、德國等國家相繼研制出可編程控制器。早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制系統，僅有邏輯運算、順序控制、計時、計數等功能， 因而稱為可編程邏輯控制器（PLC）。

可編程控制器（PLC）是集計算機技術和自動控制化技術于一體的新型控制系統。這一系統解決了工業控制系統中大量開關控制的問題，逐漸取代了耗能多、故障率高的繼電器控制系統。隨著PLC技術的進步，其應用領域更是不斷擴大，可采集存儲數據，還可對控制系統進行監控。PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。這種過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。此外，隨著工廠網絡自動化的發展，PLC可實現通信及聯網功能，更有助于工業生產的控制過程的監控。如今，PLC技術已經被廣泛應用于冶金、石油、化工、建材、機械制造、電力、汽車、輕工、環保以及文化娛樂等各行各業。233網校論文中心

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。

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。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

交流傳動技術的發展也是隨著電子技術和計算機技術的發展在工業上有了重要的應用，尤其是在鋼鐵工業中，使復雜的矢量控制技術得以實現，無論是大容量電機還是小容量電機現均可使同步電機或者異步電機實現可逆滑調速。也使交流傳動系統在軋鋼生產中得到廣泛的應用。

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，具有電動機起動電流小，溫升低；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。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。機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及計算機軟件系統集合起來所構成的系統總稱，綜合運用機械技術、微電子技術、計算機技術、電力電子技術等對各生產領域的控制過程進行監督操作。它主要應用領域有數控機床，通過相應的數控技術，在工業操作上結構、功能、操作精度上都有明顯的提高。采用多CPU和多主線的體系結構，豐富了數控功能，也提高了生產效率。

柔性制造系統的應用是計算機技術和制造系統在機電控制工業的應用，是計算機化的制造系統。它主要由計算機、數控機床、自動化倉庫等組成。在工業上，它可以隨機地、按量地按照裝配部門的要求，生產其能力范圍內的任何工件，更適用于多品種，小批量等的離散零件的批量生產。