襄陽源創(chuàng)電氣小王告訴我們：   一、軟起動的概念

 

    中高壓電機(jī)軟起動，是在中高壓（主要指6KV、10KV）電動機(jī)起動過程中，隨著電動機(jī)反電動勢的不斷建立，電機(jī)端電壓由某一值逐漸平滑、無級的上升至全壓，轉(zhuǎn)速由0上升到額定轉(zhuǎn)速，最后依靠旁路甩掉軟起動控制裝置。

 

    二、軟起動的作用

 

    大功率交流電機(jī)直接起動會產(chǎn)生一系列電氣和機(jī)械問題。

 

    電氣方面有：

 

    1、起動時可達(dá)5-7倍的額定電流，造成電動機(jī)繞組電流引起過溫，從而加速電機(jī)絕緣老化。

 

    2、造成供電網(wǎng)絡(luò)電壓波動大，當(dāng)電壓≤0.85UN時，影響其他設(shè)備的正常使用。

 

    機(jī)械方面有：

 

    1、過大的起動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)械沖擊，對被帶動的設(shè)備造成大的沖擊力，縮短使用壽命，影響精確度。如使聯(lián)軸器損壞、皮帶撕裂等。

 

    2、造成機(jī)械傳動部件的非正常磨損及沖擊，加速老化，縮短壽命。人們?yōu)榱私鉀Q以上問題，不斷的尋求解決起動問題的方法，例如采用自耦變壓器降壓起動、串聯(lián)電抗器、液體電阻器、磁控電抗器等起動方式。它們可設(shè)定起動時間、限流和各種保護(hù)值等。平滑的起動特性和免維護(hù)等使其具有傳統(tǒng)的起動方法無法比擬的優(yōu)越性。國內(nèi)市場低壓380V軟起動主要是采用晶閘管降壓軟起動器，高壓軟起動主要采用傳統(tǒng)有級軟起動方法，近年來采用液體電阻軟起動器的比較多，也有部分采用進(jìn)口公司如：ABB、SIEMENS、摩托托克、AB公司生產(chǎn)的晶閘管降壓軟起動器，但其價格昂貴。

 

    軟起動和傳統(tǒng)的起動方式均屬于降壓起動，軟起動的突出貢獻(xiàn)在于作為降壓器件是可以平滑無級改變的，這樣的好處是：降低起動電流，減小電網(wǎng)壓降，縮短起動時間，降低機(jī)械沖擊。對電機(jī)、電網(wǎng)和負(fù)載都有好處。

 

    三、軟起動的分類

 

    軟起動可分為有級和無級兩類，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)的軟起動均是有級的，如星/角變換軟起動，自耦變壓器軟起動，電抗器軟起動等等。本文關(guān)心的是無級類的：磁控軟起動、液阻軟起動和晶閘管軟起動等。

 

    四、變頻軟起動

 

    單純從這個角度來看，采用高壓變頻無疑是最理想，它可以將起動電流控制在額定電流以內(nèi)，又能提供足夠的轉(zhuǎn)矩，但僅僅把高壓變頻作為起動裝置無疑是對資源的巨大浪費(fèi)。

 

    五、液體電阻

 

    原理：利用伺服電機(jī)改變浸泡在導(dǎo)電液體（一般由Na2CO3和水配制）中極板的距離，使其電阻由大到小平滑無級減小。電機(jī)端電壓逐漸上升至全壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動。

 

    液體電阻的優(yōu)點(diǎn)是成本低，在軟起動過程中不產(chǎn)生高次諧波，能基本解決高壓電機(jī)的軟起動，但其缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)一樣明顯，主要表現(xiàn)在：

 

    1、高壓電動反電勢建立的速率和水電阻變化的速率很難吻合，從而造成了起動電流的斜率很大，嚴(yán)重時頂跳上級開關(guān)。

 

    2、環(huán)境溫度對起動性能的影響大。

 

    水電阻導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是靠離子的移動，電阻大小由導(dǎo)電離子的多少決定，水電阻（含熱變電阻）均是由Na2CO3和水配制而成，任何化學(xué)無機(jī)物的溶解度均受外界溫度的影響，溫度越高溶解得越多，電阻率越小，溫度越低溶解越少，電阻率越高，這就是液態(tài)電阻為什么在夏天（溫度可高達(dá)40）起動電流大（有時高達(dá)5倍額定電流，簡直象直接啟動），而冬天（溫度最低為-20）起動困難，嚴(yán)重時需要重新配液方可解決，加上水的蒸發(fā)和補(bǔ)充及其它導(dǎo)電離子進(jìn)入液阻箱，均會引起液體電阻的改變。

 

    3、對環(huán)境的要求高，液阻軟起動裝置不適合于置放在易結(jié)冰的現(xiàn)場。

 

    4、液阻箱容積大，其根源在于阻性限流，減少容積引起溫升加大，一次性起動后電解液通常會有10℃-30℃的溫升，使軟起動的重復(fù)性差。

 

    5、控制功能低下，起動時間、停止時間、初始電壓、限壓范圍等主要控制參數(shù)均不能方便的調(diào)節(jié)，移動極板需要有一套伺服機(jī)構(gòu)，它的移動速度較慢，難以實(shí)現(xiàn)起動方式的多樣化。保護(hù)功能不全，無自檢、過載保護(hù)、電流不平衡、斷相等保護(hù)。

 

    6、維護(hù)困難。須經(jīng)常維護(hù)，須經(jīng)常加液體以保持液位。在高壓回路里加水作業(yè)有很大危險性。電極板長期浸泡于電解液中，表面會有一定的銹蝕，需要作表面處理。

 

    7、安全性差。這是該裝置最大的隱患，一旦維護(hù)不及時，至液阻位過低，起動時有引起裝置爆炸的危險，爆炸后引起高壓接地，給人員設(shè)備帶來災(zāi)難性的后果。在起動時有噪聲及電動力致使震動，特別是在極板運(yùn)行中易造成導(dǎo)電水飛測，安全性差。在高壓起動回路中，用傳動電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)控制極板運(yùn)行，一旦控制失靈，后果比較嚴(yán)重。

 

    七、熱變電阻

 

    原理：利用液體的負(fù)溫度特性來改變電阻，所謂負(fù)溫度特性，即溫度越高，阻值越小，反之亦然。在起動過程中，起動電流加熱液體，溫度升高，阻值減小。但是，其可行性大可質(zhì)疑；大的限流器件不具備限流能力易控性，裝置對使用環(huán)境溫度要求度高，軟起動重復(fù)性差。因為熱變電阻軟起動裝置具有“原理”決定的、與生俱來的幾個內(nèi)在特點(diǎn)：

 

    1、電極無需動，因而減免了移動電極的伺服機(jī)構(gòu)，減免了伺服機(jī)構(gòu)可能帶來的不安全。但是，需要采取防范蒸汽散發(fā)的措施。

 

    2、無法進(jìn)行實(shí)時控制，更談不上“閉環(huán)控制”。

 

    3、根據(jù)一次軟起動的質(zhì)量對裝置進(jìn)行下次再調(diào)整的余地不大?？赡艿恼{(diào)整僅僅是：極間距離，電解質(zhì)濃度，液面高度。并且調(diào)整幅度相當(dāng)有限。

 

    4、具有一切液態(tài)軟起動裝置的共性，如發(fā)熱量大、體積大，不能作到免維護(hù)。

 

    5、對環(huán)境尤其是溫度變化的耐受能力較差，難于保證不同環(huán)境溫度下軟起動性能的一致性。

 

    6、軟起動功能單一，使適用范圍受到一定的限制；不能實(shí)現(xiàn)軟停止，不能實(shí)現(xiàn)帶電流突跳的軟起動。

 

    優(yōu)點(diǎn)：與液阻相比，熱變電阻去掉了伺服系統(tǒng)，只有三大桶水，因此它的結(jié)構(gòu)更簡單，成本更低，但缺點(diǎn)也更加突出。

 

    熱變電阻除了繼承水阻全部缺點(diǎn)外，有三點(diǎn)對它來說是致命的：

 

    1、熱變電阻為保溫，必須把水箱封閉，且采用兩層水箱，層與層之間注入變壓器油隔離，液體在有限空間內(nèi)加熱，極易發(fā)生爆炸，廣西柳州鋼鐵公司發(fā)生過兩次熱變爆炸事故，整個柳鋼停電一個多小時，現(xiàn)在這些熱變電阻的老用戶已到了談熱變而色變的地步。

 

    2、熱變電阻的整個起動過程是不可控制的，更不可預(yù)測，當(dāng)按下起動按鈕，一切均不以人的意志為轉(zhuǎn)移了。

 

    3、相比于液阻，環(huán)境溫度對起動性能的影響更加嚴(yán)重。

 

    八、晶閘管軟起動

 

    原理：利用晶閘管導(dǎo)通角的開通來實(shí)現(xiàn)軟起動。

 

    特點(diǎn)：通過SCR器件的串連走向高壓，為此，需提高SCR器件的耐壓等級和開關(guān)速度，改進(jìn)觸發(fā)與關(guān)斷的同時性。晶閘管軟起動本身更適合于低壓領(lǐng)域。

 

    缺點(diǎn)：

 

    1、諧波大，強(qiáng)迫換相，產(chǎn)生大功率脈沖。

 

    2、均壓均流技術(shù)復(fù)雜，成本高，風(fēng)險大。

 

    3、由于串并聯(lián)大量的晶閘管，所以故障點(diǎn)多，維修復(fù)雜，檢修很頻繁。

 

    4、過載需加大額定電流倍率。

 

    九、磁控軟起動

 

    磁控是針對水阻和熱變電阻不可克服的缺點(diǎn)而出現(xiàn)的最新?lián)Q代產(chǎn)品，其原理是：

 

    它是利用飽和電抗器的原理，在高導(dǎo)磁的閉合回路中，通過直流勵磁平滑改變電抗器的電抗值，使電抗器兩端電壓由大到小平滑改變，從而完成電機(jī)平穩(wěn)的起動過程。

 

    磁控軟起動的突出特點(diǎn)：

 

    1、它的核心部件是自然冷卻，其結(jié)構(gòu)類同于干式變壓器，不存在漏油、換油等維護(hù)方面的問題。

 

    2、不存在電壓等級之間的電的聯(lián)系，安全性可靠性較好。

 

    3、磁控軟起動器安裝方便，在大功率高等級存在節(jié)約基建投資，減少纜線敷設(shè)引起的財力和人力的浪費(fèi)。

 

    4、磁控軟起動器高次諧波較小，對供電電網(wǎng)的質(zhì)量有利。

 

    5、控制速度與電機(jī)起動同步，在電力系統(tǒng)中，需要快，則必須快（如補(bǔ)償系統(tǒng)慢會造成事故）。電動機(jī)起動是一個慢過程，原因是電機(jī)的大飛輪慣性所致。而電機(jī)軟起動對于控制速度沒有過高的要求，0.1s量級與電機(jī)起動速度吻合。

 

    6、初始電流在電機(jī)起動過程中，零初始電流意味著加速轉(zhuǎn)矩的喪失，意味著電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)和軟起動的延誤。

 

    7、體積小，受環(huán)境溫度影響小，免維護(hù)，安全可靠，易控制。

 

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