淺談電機(jī)軟起動(dòng)器在動(dòng)力設(shè)備上的應(yīng)用
【關(guān)鍵詞】電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器、空載、輕載、效率、功率因數(shù)、有功和無(wú)功損耗、全壓起動(dòng)、
【摘要】通過對(duì)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器節(jié)電原理的闡述，及電動(dòng)機(jī)起動(dòng)技術(shù)的分析，提出了應(yīng)用電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)和電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器在動(dòng)力設(shè)備上的實(shí)際應(yīng)用。
引言
電機(jī)電腦節(jié)電無(wú)觸點(diǎn)軟起動(dòng)器是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的新技術(shù)，具有節(jié)電效率高，軟起動(dòng)特性好等特點(diǎn)。對(duì)于我公司這樣的大型企業(yè)，在動(dòng)力設(shè)備中的應(yīng)用，節(jié)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(jī)600余臺(tái)，裝機(jī)容量7000KW。電能消耗是一筆大的數(shù)目。例如：一廠區(qū)鍋爐房使用軟起動(dòng)器后，2臺(tái)75KW加壓水泵，一個(gè)采暖期運(yùn)行4300小時(shí)，就可節(jié)電79200Kwh;一臺(tái)37KW的粉碎機(jī)，一個(gè)采暖期可節(jié)電2800Kwh。節(jié)約電能的同時(shí)維修費(fèi)用也降低。
1、電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的節(jié)電原理
在生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中，一些電氣設(shè)備經(jīng)常處于空載或輕載狀態(tài)下運(yùn)行，輕載或空載的電動(dòng)機(jī)在額定電壓的工作條件下，效率和功率因數(shù)均很低，造成電能大量浪費(fèi)。
衡量電動(dòng)機(jī)節(jié)電性能的重要指標(biāo)為電機(jī)空載或輕載時(shí)最低運(yùn)行電壓的大小，即功率因數(shù)CosΦ的大小。為了說(shuō)明電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載的情況下運(yùn)行，電壓U與功率因數(shù)CosΦ的關(guān)系，以Y132S-4型，5.5KW三相異步電動(dòng)機(jī)為例。
CosΦ的大小反應(yīng)了負(fù)載的變化。軟起動(dòng)器正是利用微機(jī)技術(shù)，用單片機(jī)作CPU，用可控硅作為執(zhí)行元件，實(shí)時(shí)檢測(cè)電流和電壓滯后角，即功率因數(shù)Φ角，輸入給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)最佳控制算法，輸出觸發(fā)脈沖，調(diào)整可控硅的導(dǎo)通角，即可調(diào)整可控硅的輸出電壓，使空載或輕載運(yùn)行時(shí)降低電機(jī)的端電壓，可使電機(jī)的鐵損大大減小，同時(shí)也可減小電機(jī)定子銅損，從而減小電機(jī)空載或輕載時(shí)的輸入功率，也就減小了電機(jī)有功和無(wú)功損耗，提高了功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)電控制。
2、電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)
電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)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(qū)別于全壓和降壓起動(dòng)的新的起動(dòng)方式，是電子過程控制技術(shù)。所謂軟起動(dòng)，是以斜坡控制方式起動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平滑，逐步提高到額定轉(zhuǎn)速。按照電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流大小進(jìn)行分類，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(zhuǎn)矩不相應(yīng)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(zhuǎn)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(duì)配電系統(tǒng)有麻煩。
全壓和降壓起動(dòng)的大電流，致使電動(dòng)機(jī)諧波磁勢(shì)增大，增大后的諧波磁勢(shì)又加劇了附加轉(zhuǎn)矩，附加轉(zhuǎn)矩是電機(jī)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(nèi)起動(dòng)次數(shù)的限制。電動(dòng)機(jī)本身的發(fā)熱主要建立在短時(shí)間大電流時(shí)。如通過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(shù)每分鐘不超過10次。而軟起動(dòng)器可頻繁操作，具有①電動(dòng)機(jī)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(hù)功能，配合硬件電路，軟件設(shè)計(jì)有過載、斷相、欠壓、過壓等保護(hù)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)電流過大及其派生的許多問題。
3、軟起動(dòng)器在動(dòng)力設(shè)備上的應(yīng)用
軟起動(dòng)器箱內(nèi)面板上設(shè)有兩個(gè)速率微動(dòng)開關(guān)，分別對(duì)應(yīng)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(jù)起動(dòng)負(fù)載選相應(yīng)的起動(dòng)速率。例如我公司供水泵電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)：供水泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的阻轉(zhuǎn)矩，主要由水的靜壓、慣性、管道阻力、水泵的機(jī)械慣性和靜動(dòng)摩擦等構(gòu)成。水的阻力，水泵的機(jī)械慣性、阻力均與水泵的轉(zhuǎn)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(yáng)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(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的'30%，屬于輕載起動(dòng)。在實(shí)際應(yīng)用中供水泵電機(jī)輕載運(yùn)行者居多，節(jié)電潛力大。
引風(fēng)機(jī)用電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)：其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與離心式水泵類似，阻轉(zhuǎn)矩都與轉(zhuǎn)速成正比，但是，風(fēng)機(jī)與水泵的結(jié)構(gòu)不同，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)起動(dòng)比水泵難，起動(dòng)加速的時(shí)間較長(zhǎng)，風(fēng)機(jī)起動(dòng)屬重載起動(dòng)。
風(fēng)機(jī)輸送的流體——煙氣的溫度也是影響風(fēng)機(jī)負(fù)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(jī)負(fù)荷量增大。鍋爐開爐之初，爐膛內(nèi)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(jī)處于超負(fù)荷運(yùn)行階段。如：一臺(tái)引風(fēng)機(jī)配用電機(jī)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(fù)載功率：
N=KYQH/η*1/ηt=27.78KW
式中：
K——電機(jī)容量?jī)?chǔ)備系數(shù)，對(duì)引風(fēng)機(jī)取1.3 。
Y——流體容量(N/m3)
Q——風(fēng)機(jī)流量(m3/h)
H——全壓(Kgf/m2)
η、ηt——風(fēng)機(jī)效率
由上式可知，其負(fù)載功率增大。
風(fēng)機(jī)負(fù)載變化大，從風(fēng)機(jī)特性曲線上可看出。一般風(fēng)機(jī)功率計(jì)算的工作溫度參數(shù)200℃，只是取近似中間值。輸送的煙氣溫度越高，阻轉(zhuǎn)矩越小;反之，輸送的煙氣溫度越低，阻轉(zhuǎn)矩越大。風(fēng)機(jī)在起動(dòng)之初，要求關(guān)閉風(fēng)閥，實(shí)際應(yīng)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(jù)風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)工作電流的大小，來(lái)選擇相匹配的軟起動(dòng)器。風(fēng)機(jī)的節(jié)電潛力在高爐溫區(qū)段。
軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，接線安裝方便，節(jié)電顯著，是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與運(yùn)行技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
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