第一節(jié) 電機(jī)軟啟動(dòng)裝置產(chǎn)品定義及基本屬性

一、產(chǎn)品定義、性能

1、定義

軟起動(dòng)可分為有級(jí)和無級(jí)兩類，前者的調(diào)節(jié)是分檔的；后者的調(diào)節(jié)是連續(xù)的。傳統(tǒng)的軟起動(dòng)均是有級(jí)的，如星/角變換軟起動(dòng)，自耦變壓器軟起動(dòng)，電抗器軟起動(dòng)等等。無級(jí)類的包括液阻軟起動(dòng)、磁控軟起動(dòng)和晶閘管軟起動(dòng)。

在電動(dòng)機(jī)定子回路，通過串入有限流作用的電力器件實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，叫做降壓或限流軟起動(dòng)。它是軟起動(dòng)中的一個(gè)重要類別。以限流器件劃分，可分為：以電解液限流的液阻軟起動(dòng)，以晶閘管為限流器件的晶閘管軟起動(dòng)，以磁飽和電抗器為限流器件的磁控軟起動(dòng)。

軟起動(dòng)器（軟啟動(dòng)器）是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱為SoftStarter。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

2、性能

軟啟動(dòng)的特性如下：

1）啟動(dòng)電流以一定的斜率上升至設(shè)定值，對(duì)電網(wǎng)無沖擊。

2）啟動(dòng)過程中引入電流負(fù)反饋，啟動(dòng)電流上升至設(shè)定值后，使電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)。

3）不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。由于軟啟動(dòng)以電流為設(shè)定值，電網(wǎng)電壓上下波動(dòng)時(shí)，通過增減晶閘管的導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓，仍可維持啟動(dòng)電流恒值，保證電機(jī)正常啟動(dòng)。

4）針對(duì)不同負(fù)載對(duì)電機(jī)的要求，可以無級(jí)調(diào)整啟動(dòng)電流設(shè)定值，改變電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)最佳啟動(dòng)時(shí)間控制。

二、產(chǎn)品所屬 行業(yè) 界定

該產(chǎn)品在統(tǒng)計(jì)局制定的 行業(yè) 分類標(biāo)準(zhǔn)中屬于電氣機(jī)械及器材制造業(yè)大類下的電機(jī)制造 行業(yè) 。

第二節(jié) 電機(jī)軟啟動(dòng)裝置產(chǎn)品應(yīng)用概況

一、產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域

電機(jī)軟啟動(dòng)器的軟啟動(dòng)、軟停止、功能完善，性能優(yōu)異，能滿足工業(yè)電機(jī)控制的廣泛需要，是降壓、星角等傳統(tǒng)啟動(dòng)控制方式的理想換代產(chǎn)品。同時(shí)，軟啟動(dòng)控制在空載和輕載動(dòng)轉(zhuǎn)時(shí)具有節(jié)能效果。

電機(jī)軟啟動(dòng)裝置產(chǎn)品應(yīng)用情況列表

二、產(chǎn)品應(yīng)用成熟度 分析

軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。如：水站配電柜、高低壓移動(dòng)變電站、無人值守泵站、無人值守供熱站、各種遙控調(diào)度系統(tǒng)、生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化等等。電機(jī)軟啟動(dòng)裝置的產(chǎn)品應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。

晶閘管移相調(diào)壓軟起動(dòng)裝置即人們常說的固態(tài)軟起動(dòng)，在低壓領(lǐng)域因其技術(shù)可靠和優(yōu)異的性能而得到廣泛的應(yīng)用。但在3kv及以上的中、高壓電機(jī)的起動(dòng)應(yīng)用中，因?yàn)榫чl管器件的電壓水平不夠而必須面臨串聯(lián)應(yīng)用，被許多的國(guó)內(nèi)廠商視為畏途。

近年來，國(guó)內(nèi)廠商在svc領(lǐng)域也取得了突破，在鋼鐵領(lǐng)域的許多招標(biāo)中取代了進(jìn)口產(chǎn)品。單就可靠性要求而言，hvdc和svc比軟起動(dòng)裝置的要求高得多。因此晶閘管軟起動(dòng)裝置在高壓電機(jī)軟起動(dòng)中的應(yīng)用并沒有技術(shù)上的太大障礙。

近年來，我國(guó)在功率半導(dǎo)體器件—晶閘管的高壓化方面也取得突破，6.5kv和8.5kv的高壓晶閘管系列相繼商品化，使我國(guó)高壓晶閘管的串聯(lián)應(yīng)用技術(shù)達(dá)到國(guó)際水平。

2002年由株洲變流技術(shù)國(guó)家工程 研究 中心開發(fā)的6kv，2000kw晶閘管軟起動(dòng)裝置在中原油田一次投運(yùn)成功，其后有幾十臺(tái)高壓晶閘管軟起動(dòng)裝置在鋼廠、煤礦、紙廠、水廠、化工廠投入運(yùn)用。

變頻器用于交流電機(jī)起動(dòng)時(shí)，具有降壓起動(dòng)方式所無法比擬的技術(shù)性能優(yōu)勢(shì)，但目前其價(jià)格是同功率晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品的3～5倍。在起動(dòng)高壓特大容量交流同步電機(jī)的應(yīng)用中，象超過20mw的高爐風(fēng)機(jī)、抽水蓄能電站的抽水電機(jī)等，目前都無一例外地用上了國(guó)外著名公司—abb或西門子的自控式同步電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)，甚至有的是用一拖二的方案。

第三節(jié) 電機(jī)軟啟動(dòng)裝置產(chǎn)品發(fā)展歷程

交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問題由來已久，人們一直在試圖找出一種能夠徹底解決問題的辦法，在此過程中，先后主要 研究 開發(fā)了下面幾種啟動(dòng)方式。

1、星－三角啟動(dòng)器

Y-Δ啟動(dòng)器是一個(gè)較早的解決辦法。在啟動(dòng)過程中，電網(wǎng)的相位接頭和中性接頭之間，電動(dòng)機(jī)定子繞組與啟動(dòng)器進(jìn)行星型連接，從而可以降低電動(dòng)機(jī)電壓，及至降低電流。一旦克服主慣量之后，電動(dòng)機(jī)定子繞組在電網(wǎng)相位接頭之間的連接就呈三角形，以獲得滿電壓和功率。然而，這種啟動(dòng)器不能從根本上消除機(jī)械和電氣瞬變現(xiàn)象，只能使其稍微減弱，使他們穿過時(shí)間軸上的兩個(gè)點(diǎn)——從隨后的星－三角切換至原點(diǎn)。

星－三角啟動(dòng)法只適用于正常工況，在其它工況下，從星形到三角形之間的切換有時(shí)候比直接在線啟動(dòng)情況還要糟糕。

因此，星－三角啟動(dòng)器對(duì)于該問題來說只能算是一個(gè)粗淺而有限的解決辦法。

2、滑環(huán)電動(dòng)機(jī)

另一個(gè)早期的解決辦法就是滑環(huán)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)由一個(gè)經(jīng)滑環(huán)與轉(zhuǎn)子電路連接的啟動(dòng)變阻器啟動(dòng)。采用這種方法，雖然電動(dòng)機(jī)的扭矩仍能維持在足以啟動(dòng)負(fù)荷的必要水平，但啟動(dòng)電流已經(jīng)降低了。

在啟動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)獲得速度，轉(zhuǎn)子電阻逐漸降低，一旦啟動(dòng)變阻器完全脫離電路，電動(dòng)機(jī)就可達(dá)到其最大轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組也在該點(diǎn)短路，因此，電動(dòng)機(jī)由此點(diǎn)開始作為普通的鼠籠式電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

滑環(huán)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是扭矩較高而啟動(dòng)電流受到限制，主要適用于啟動(dòng)負(fù)荷較高的電動(dòng)機(jī)，如壓碎機(jī)和磨坊用電動(dòng)機(jī)；而其不利之處就在于它的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且電刷、滑環(huán)、電阻器和接頭的使用又使成本(包括維護(hù)成本)增加，可靠性降低。

3、頻率轉(zhuǎn)換器

頻率轉(zhuǎn)換器從技術(shù)來說要優(yōu)于上述兩種解決方法：因?yàn)樗梢栽陔妱?dòng)機(jī)從啟動(dòng)到正常運(yùn)行再到停機(jī)的每一次運(yùn)行循環(huán)中，對(duì)轉(zhuǎn)速、扭矩和功率等所有相對(duì)變量進(jìn)行精確控制；另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)就是其控制設(shè)備為靜態(tài)，即沒有移動(dòng)部件。其可靠性因而也提高了，維護(hù)工作量很小。

然而，頻率轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是前期投資成本相對(duì)過大，這一點(diǎn)限制了其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其在那些正常運(yùn)行中實(shí)際上并不要求定時(shí)控制的設(shè)備中的應(yīng)用。

不過，隨著技術(shù)的不斷更新以及價(jià)格的下降，頻率轉(zhuǎn)換器已經(jīng)贏得了很大的市場(chǎng)。今天，它已在實(shí)際應(yīng)用中取代了滑環(huán)電動(dòng)機(jī)。

4、軟啟動(dòng)器

軟啟動(dòng)器于20世紀(jì)70年代末到80年代初投入市場(chǎng)，它與頻率轉(zhuǎn)換器相似，同樣以電子和可控硅為基礎(chǔ)。可以這樣說，它填補(bǔ)了星－三角啟動(dòng)器和頻率轉(zhuǎn)換器在功能實(shí)用性和價(jià)格之間的鴻溝。采用軟啟動(dòng)器，可以控制電動(dòng)機(jī)的電壓，使其在啟動(dòng)過程中逐漸地升高，很自然地限制啟動(dòng)電流。這就意味著電動(dòng)機(jī)可以平穩(wěn)地啟動(dòng)，機(jī)械和電應(yīng)力也降至最??；該裝置還有一種附帶的功能，即可用來“軟”停機(jī)。如ABB的產(chǎn)品。

由于該啟動(dòng)器采用電子式電路，可以相對(duì)比較容易地通過安全和事故指示燈增強(qiáng)其基本功能，改善電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，簡(jiǎn)化故障查找，如失相、過電流和超高溫保護(hù)，以及正常運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)滿電壓和某些故障指示。象斜坡電壓和初始電壓等所有設(shè)定值都可以很容易地在啟動(dòng)器面板上設(shè)定。

另外，軟啟動(dòng)器除了完全能夠滿足電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)這一基本要求外，還具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如可靠性高、維護(hù)量小、電動(dòng)機(jī)保護(hù)良好以及參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單。

對(duì)于降壓起動(dòng)目前有兩種方式，一種是降壓起動(dòng)，一種是軟起動(dòng)。它經(jīng)過了三個(gè)發(fā)展階段，一是“Y-Δ”起動(dòng)器和自藕降壓起動(dòng)器，二是磁控式軟啟動(dòng)器，三是目前最先進(jìn)最流行的電子軟啟動(dòng)器。電子軟啟動(dòng)器一般都是采用16位單片機(jī)進(jìn)行智能化控制，他既能保證電動(dòng)機(jī)在負(fù)載要求的起動(dòng)特性下平滑起動(dòng)，又能降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)直接計(jì)算機(jī)通訊控制，為自動(dòng)化智能控制打下良好的基礎(chǔ)。

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