軟啟動器在化工電機節(jié)能的可行性應(yīng)用與分析

周 巖

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

軟啟動器在化工電機節(jié)能的可行性應(yīng)用與分析

周 巖

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

隨著經(jīng)濟水平的快速增長，電能作為我國重要能源，為人們的生產(chǎn)、生活提供了便利的發(fā)展條件。軟啟動器作為大功率電機控制系統(tǒng)的重要組成部分，若配合節(jié)能控制功能，將有利于實現(xiàn)電機安全、節(jié)能運行。只有制定科學(xué)有效的電機軟啟動器節(jié)能運行方案，才能真正實現(xiàn)電機軟啟動器節(jié)能運行的應(yīng)用價值。主要對電機軟啟動器節(jié)能的基本原理進行簡單介紹，并對軟啟動器在電機節(jié)能運行中應(yīng)用的可行性進行觀點論述和問題分析，為后期軟啟動器節(jié)能控制與管理提供參考。

化工電機；軟啟動器；節(jié)能

化工生產(chǎn)中，電機在電能消耗中占據(jù)著較大的比重，而電機實際運行過程中，因時常處于負荷能量較小的工作狀態(tài)，功率因數(shù)和工作效率相對較低，造成了大量能源浪費。相對于變頻器而言，軟啟動器同樣具有良好的控制調(diào)節(jié)功能，更具經(jīng)濟實用性。通過節(jié)能型軟啟動器，可對電機運行電流、輸出功率進行全面監(jiān)測，當(dāng)電機負載處于低負荷或空載運行時，通過調(diào)節(jié)機端輸出電壓與負荷變化相適應(yīng)，從而實現(xiàn)節(jié)能目的。

1 化工電機軟啟動器節(jié)能的基本原理

在電力系統(tǒng)運行過程中，明確電機軟啟動器節(jié)能控制的基本原理是非常重要的，當(dāng)監(jiān)測電機在額定電壓下運行時，電機運行轉(zhuǎn)速與驅(qū)動負載大小無關(guān)，電機在額定電壓、功率范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)速基本恒定。當(dāng)負載較小時，電機實際功率因數(shù)和運行效率很低；當(dāng)負載達到額定的一半以上時，電機實際功率因數(shù)和運行效率變化小，但定子電流、電磁轉(zhuǎn)矩越來越大。軟啟動器節(jié)能運行與電機額定功率、帶載持續(xù)時間相關(guān)，即額定功率越小，節(jié)能運行效果越好，帶載持續(xù)時間越長，節(jié)能運行效果越好。

若輸出功率適當(dāng)降低后，仍能滿足負載的基本需求，則可起到節(jié)約環(huán)保作用，雖然效率未提高，但有功功率卻得到了有效節(jié)約，因軟啟動器主體部分為三相反并聯(lián)晶閘管的調(diào)壓器，故可從調(diào)節(jié)電機機端電壓的方法實現(xiàn)節(jié)能。

2 化工電機軟啟動器節(jié)能應(yīng)用分析

從理論角度分析知，雖然軟啟動器在電機節(jié)能運行方面具有一定效果，但若未綜合考慮實際負載類型，將導(dǎo)致諸多細節(jié)問題凸顯出來，現(xiàn)從以下幾方面對節(jié)能應(yīng)用進行分析：

2.1 從電壓降低對轉(zhuǎn)差率影響的分析

當(dāng)降低定子電壓后，電機實際轉(zhuǎn)速降低，根據(jù)s=（n0-n）/n0可知，轉(zhuǎn)差率將增大，從而增加了電機定子、轉(zhuǎn)子銅損耗能量，即轉(zhuǎn)差損耗增加。

2.2 從電機機械特性變化角度分析

根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、啟動轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達式：

可知，電磁轉(zhuǎn)矩T與機端電壓U1的平方成正比，當(dāng)人為降低電壓時，轉(zhuǎn)矩降低。

根據(jù)異步電動機機械特性曲線可知，同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率Sm不變，最大轉(zhuǎn)矩Tmax和啟動轉(zhuǎn)矩Tst均隨電壓降低而降低，整體曲線變“窄”。

已知0＜S＜Sm區(qū)間內(nèi)屬于電機穩(wěn)定運行工作范圍，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T低于負載轉(zhuǎn)矩，只有提高轉(zhuǎn)差率，才能確保電磁轉(zhuǎn)矩與負載所需轉(zhuǎn)矩相匹配，而轉(zhuǎn)差率的增加將使降定子和轉(zhuǎn)子銅耗大幅度增加，故不適用于重載負荷電機。

2.3 從電機溫升變化角度分析

因電機轉(zhuǎn)差率S是轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度之差，所以轉(zhuǎn)差率與電流成正比，根據(jù)上述分析中得知，過大的轉(zhuǎn)差率將引起定子電流、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流增加，導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子過度發(fā)熱，不利于電機的安全運行。

2.4 從軟啟動器節(jié)能對電力系統(tǒng)影響角度分析

旁路運行的軟啟動器對電網(wǎng)無影響，但當(dāng)軟啟動器晶閘管處于調(diào)壓工作狀態(tài)時，電壓波形不平滑，將產(chǎn)生高次諧波，且軟啟動器裝載容量較大，諧波污染程度越大，影響電力系統(tǒng)安全運行，持續(xù)的高次諧波明顯降低了功率因數(shù)，且增加了電機的損耗量。

從電機機械特性曲線可知，降低電壓后的機械特性變“軟”，穩(wěn)定性能差。當(dāng)電源電壓發(fā)生波動時，影響了電機系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動速度，嚴(yán)重時將導(dǎo)致電機軟啟動器無法正常工作，工作點越接近特性轉(zhuǎn)折點，電動機工作系統(tǒng)越差。

（1）對于重型負載來說，工作點與轉(zhuǎn)折點性能相似；

（2）對于輕載電動機來說，轉(zhuǎn)差率明顯低于額定值，處于相對安全的運行狀態(tài)；

（3）對于恒轉(zhuǎn)矩負載來說，其轉(zhuǎn)動速度要保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，否則電壓越來越低，將使整個電力系統(tǒng)不夠協(xié)調(diào)。

2.5 從影響軟啟動器自身的角度分析

降壓節(jié)能時，需考慮對軟啟動器產(chǎn)生的如下幾方面影響因素：

（1）電動機轉(zhuǎn)速降低，而軟啟動器通風(fēng)性能比較差，此時晶閘管的電流量過大，在晶閘管的內(nèi)部產(chǎn)生的功耗和熱量不容忽視。

（2）晶閘管在軟啟動器運行過程中，始終處于大電流工作狀態(tài)，嚴(yán)重影響電器元件和軟啟自身使用壽命，故非節(jié)能控制時采用接通旁路接觸器代替軟啟動器運行。

（3）電壓降低，軟啟動器本身無短路保護，降壓節(jié)能將使晶閘管長期處于工作狀態(tài)。

因此，軟啟動器節(jié)能控制需嚴(yán)格依據(jù)各項參數(shù)進行方案設(shè)計，并充分完成好物資準(zhǔn)備、預(yù)算和可行性評估。

3 電機軟啟動器節(jié)能應(yīng)用要求

由上述分析可知，雖然電機軟啟動器節(jié)能運行具有重要的應(yīng)用價值，但受到不同負載類型和運行條件的制約，造成了系統(tǒng)不夠穩(wěn)定。因此，采用電機軟啟動器節(jié)能需綜合考慮以下幾點要求：

1）軟啟動器節(jié)能主要適用于平方轉(zhuǎn)矩負載，對于恒功率負載和恒轉(zhuǎn)矩負載要謹(jǐn)慎使用，避免影響著整個系統(tǒng)功能的安全性和可靠性。

2）需準(zhǔn)確測量各項損耗，計算出臨界負荷，電機軟啟動器工作時的負荷要小于臨界負荷。

3）節(jié)能降壓要考慮同負載轉(zhuǎn)矩需求，確保電磁轉(zhuǎn)矩滿足負載轉(zhuǎn)矩需求，若低于額定轉(zhuǎn)矩40%，需考慮更換電機。

4）采取針對性保護措施，確保滿足軟啟動器通風(fēng)和散熱需求，以及自身的短路保護功能，避免造成停車、設(shè)備事故和經(jīng)濟損失。

5）合理把控節(jié)能效果與投資成本之間的平衡關(guān)系，嚴(yán)格檢測各項節(jié)能指標(biāo)，同時滿足工藝運行指標(biāo)需求。

4 結(jié)束語

綜述，在大功率負載設(shè)備的電機控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用著軟啟動器。相比而言，風(fēng)機、水泵、位勢性負載更適合使用軟啟動器節(jié)能，故使用者須明確電機軟啟動器的優(yōu)勢特點，配合相應(yīng)的控制程序，對軟啟動器輸出電壓進行控制管理，將夠起到節(jié)能環(huán)保的效果。但軟啟動器作為一種晶閘管調(diào)壓器，在電機運行中只能改變機端電壓，很難普及應(yīng)用于各類負載，因此技術(shù)人員須合理應(yīng)用電機軟啟動器節(jié)能設(shè)備，不斷提高自身的專業(yè)技能水平，才能真正實現(xiàn)電機軟啟動器的安全節(jié)能運行，為化工企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。

[1] 苻志強.變頻器和軟啟動器的對比研究[J].工程技術(shù)研究，2016，（5）：92+94.

[2] 董駿馳.淺析電氣應(yīng)用中軟啟動器的工作原理以及應(yīng)用[J].電子制作，2013，（17）：90.

Feasibility Application and Analysis of Soft Starter in Energy Saving of Chemical

Zhou Yan

With the rapid growth of economic level，electric power is an important energy source for our country.It provides a convenient development condition for people’s production and life.The soft starter is an important part of high power motor control system.With the energy saving control function，Is conducive to the realization of motor safety，energy-saving operation.Only the development of scientific and effective motor soft starter energy-saving operation program，in order to truly realize the motor soft starter energy-saving operation of the application value.In this paper，the basic principles of energy saving of the soft starter are briefly introduced，and the feasibility of the soft starter in the energy saving operation of the motor is discussed and analyzed，which can provide reference for the energy efficiency control and management of the soft starter.

chemical motor；soft starter；energy saving

TM341

A

1003-6490（2017）12-0113-02

2017-09-15

周巖（1989—），男，黑龍江雞西人，碩士在讀，主要研究方向為電氣工程及其自動化。