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交流电机软起动器应用若干问题分析

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摘要:本文简要介绍了低压(380V,660V)交流电机软起动器的选用原则,并介绍了软起动器电气主回路设计及电器元件选型,{zh1}对一台软起动器拖动一台电机与一台软起动器循环拖动多台电机的软起动控制方案进行了分析讨论。

关键词:软起动器    直接起动     传动方案

1           前言

交流电机电子软起动器(简称软起动器)的原理最早提出于上世纪七八十年代,当时叫晶闸管移相起动器[1]。上世纪九十年代初国内最早由西安西普电力电子有限公司开发出了软起动器,随着现代电力电子技术及微电子技术的快速发展,国内交流电机软起动器的生产技术和质量品质得到很大提高,目前国内产品品质和性能基本与国外品牌接近,推广应用也非常广泛,综合产品品质和市场占有国内知名的软起动品牌主要有西安西普、上海雷诺尔、长沙奥托等,同时日趋激烈的市场竞争也推动了产品的技术进步与市场的成长、成熟,软起动器进入了发展的黄金阶段。中国的软起动器市场估计需求量在6亿人民币左右甚至更高,但目前国内市场占主导地位的仍然是进口品牌,如ABBAB、施耐德、西门子、GE等。为更好地推广和应用软起动器产品,本文结合在实际工程中的应用对软起动器的选用原则等若干问题进行了分析。

2   选择直接起动与软起动的原则

直接起动即全压起动,起动方法简单、经济,但交流异步电机的起动电流大,一般为电机额定电流的4~7倍,国产电机实际测量值常为7~10倍甚至更大,过大的起动电流导致线路产生较大的压降,影响电网上其它设备的正常运行,国家标准规定一般情况下直接起动的起动电流在电网中引起的电压降不超过电网额定电压的10%(频繁起动)或15%(不频繁起动)就允许直接起动。在工程项目中直接起动标准按下面经验公式[2]核实:

式中 KI—起动电流信数;

IQ—电动机的定子起动电流(A);

Ie—电动机的定子额定电流(A);

Pe—电动机的额定功率(KW);

PN—电源的总容量(KVA)。

传统的观点认为如果满足直接起动条件,就尽量采用直接起动,但是在实际工程中还应综合考虑负载等因素。如对中大容量电机的传动系统,直接起动时很大的突跳转矩冲击使轴承、齿轮磨损加重甚至损坏,减速箱故障率高,皮带磨损加重甚至拉断,同时过大的机械冲击大大降低机械设备的寿命,很大的冲击电流导致电机绕组绝缘老化,电器设备寿命下降,设备维护率高,从而严重影响生产。

而传统的降压起动方式如星三角降压起动、自耦降压起动、定子串电抗(电阻)降压起动及磁控降压起动等虽然都能降低起动电流,但仍都存在2次很大的起动冲击电流(约6Ie以上)[3],不能根本解决直接起动存在的问题。

所以一般地工业生产中55KW~90KW以上的电机在经济条件允许的情况下尽量采用软起动方式,长远地考虑采用软起动带来的综合经济效益是难以量化的。

3   软起动器控制电机主回路设计

软起动器控制电机主回路如图1示,主要电器元件有快速熔断器(1FU),自动断路开关(1QL),软起动器(1SS),旁路接触器(1KM),热继电器(1KH)等。快速熔断器(1FU)主要是用来保护可控硅模块过载及短路的情况下能快速切断故障电流,其容量按5~8倍软起动器额定电流选择。一般国外品牌的软起动器要求或建议使用快速熔断器,而部分国产软起动器不建议使用快速熔断器,具体设计时尽量按产品说明书要求。使用快速熔断器会使电气回路接线复杂化,同时很多单位使用STR系列软启动器的经验表明不用快速熔断器影响不大。

自动空气断路器(1QL)起常规的配电隔离、短路、过流、过载等保护作用,其容量一般按软起动器额定电流的1.5~2倍选择。

软起动器1SS)按电机额定功率进行选择,一般不用进行功率放大,有些品牌在拖动大惯量负载或重载设备时要求放大一档选型,具体在选型时应向生产厂家或代理商咨询。

旁路接触器(1KM)用于在软起动器起动结束后旁路可控硅通电回路使用。旁路接触器的通断一般由软起动器控制接口自动控制,旁路接触器通断时触点承受的电流冲击较小,所以旁路接触器电气寿命很长,其容量按电机额定电流选择,无需考虑放大容量。大多数国外品牌软起动器允许不用旁路接触器,但这会给控制系统散热带来问题,同时也造成了额外的能量消耗(约为3~5%),因为软起动主电路元器件晶闸管存在约0.7V的导通压降。

热继电器(1KH)用于电机过载保护,目前大多数品牌软起动器均具有在线电机过载保护功能(即使旁路运行仍对电机进行保护),所以不用热继电器。但是也有些产品无过载保护功能,必经用热继电器。另外对1软起动器循环拖动多台电机的情况每台电机回路也应增加热继电器进行保护,热继电器的选用按常规选型。

还有的公司生产了内置旁路接触器的软起动器,一般为小容量产品,如ABBPSS03…25系列产品(3A~25A),西安西普的STRA系列产品(功率范围为11 KW ~75KW) [4]。该类产品特点是非常方便安装接线,并可在一个柜体内安装多个电机软起动回路,大大节省安装空间,节省设备占地面积。              

4   一拖一控制方案与一拖多控制方案



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