电机软起动技术的应用分析.doc

1、1电机软起动技术的应用分析摘 要 ： 本 文 以 某 大 楼 消 防 系 统 中 喷 淋 泵 、 消 火 栓 泵 起 动 控 制 柜 进 行 改 造 为 例 ,依据 设 备 的 现 状 及 运 行 中 存 在 的 问 题 ， 通 过 比 较 、 分 析 ， 提 出 了 技 术 先 进 、 合 理 可 行的 改 造 方 案 ， 改 造 后 提 高 了 消 防 系 统 运 行 的 可 靠 性 。 为 电 机 起 动 方 式 的 选 择 提 供 了可 借 鉴 的 方 法 。关 键 词 ： 电 动 机 软 起 动 技 术 应 用交 流 鼠 笼 型 异 步 电 动 机 是 目 前 应 用 最 为 广 泛

2、 的 电 气 设 备 ， 他 们 的 起 动 通 常 采 用电 阻 降 压 起 动 、 Y/ 降 压 起 动 、 自 耦 变 压 器 降 压 起 动 等 方 式 。 这 些 传 统 起 动 设 备价 格 低 廉 ， 通 常 通 过 降 低 电 动 机 的 起 动 电 压 来 降 低 起 动 电 流 ， 起 动 方 式 采 用 分 步 跳跃 上 升 的 恒 压 起 动 ， 起 动 过 程 中 产 生 较 大 起 动 电 流 ， 影 响 供 电 电 压 的 质 量 ， 造 成 供电 线 路 损 耗 增 大 ， 对 机 械 设 备 产 生 冲 击 。 对 于 容 量 较 大 的 电 动 机 ， 这

3、些 危 害 尤 为 严重 。 电 机 软 起 动 智 能 化 技 术 的 应 用 成 功 地 解 决 了 上 述 问 题 。 某 大 楼 消 防 系 统 的 喷 淋泵 、 消 火 栓 泵 原 来 采 用 自 耦 变 压 器 降 压 起 动 ， 现 改 为 晶 闸 管 软 起 动 器 起 动 ， 改 造 后起 动 平 稳 ， 运 行 可 靠 ， 保 证 了 消 防 系 统 的 有 效 、 安 全 运 行 。一 、 改 造 前 运 行 方 式 及 存 在 的 问 题 某 大 楼 消 防 系 统 有 喷 淋 泵 2 台 、 消 火 栓 泵 2 台 ， 功 率 皆 为 37Kw， 原 采 用 自 耦变

4、 压 器 降 压 起 动 ， 自 1996 年 10 月 投 入 运 行 ， 到 改 造 前 已 运 行 了 10 多 年 ， 因 使 用时 间 较 长 ， 起 动 系 统 中 空 气 开 关 、 接 触 器 及 电 气 线 路 老 化 严 重 ， 空 气 开 关 短 路 保 护（ 瞬 时 及 短 延 时 ） 不 能 可 靠 动 作 ， 接 触 器 有 时 有 拒 动 现 象 ， 自 耦 变 压 器 起 动 时 发 热严 重 ， 不 能 连 续 起 动 ， 设 备 亟 待 更 新 。 发 生 火 灾 时 如 果 喷 淋 泵 、 消 火 栓 泵 不 能 及 时起 动 ， 火 情 不 能 及 时

5、扑 救 ， 将 危 及 楼 内 人 员 和 设 备 的 安 全 ， 损 失 严 重 。2二 、 解 决 方 案针 对 喷 淋 泵 、 消 火 栓 泵 起 动 存 在 的 问 题 ， 为 保 证 消 防 系 统 的 可 靠 运 行 ， 必 须 对起 动 方 式 进 行 改 造 ， 电 动 机 的 起 动 应 满 足 以 下 条 件 ：a. 电 动 机 的 输 出 力 矩 满 足 机 械 系 统 对 起 动 力 矩 的 要 求 ， 保 证 平 滑 加 速 ， 平 稳过 渡 ， 避 免 破 坏 性 力 矩 冲 击 ；b. 起 动 电 流 满 足 电 动 机 承 受 能 力 的 要 求 ， 避 免 电

6、 动 机 过 热 ， 造 成 绝 缘 破 坏 或烧 毁 ；c. 起 动 电 流 满 足 电 网 电 能 质 量 相 关 规 范 、 标 准 的 要 求 ， 减 少 电 压 暂 降 幅 度 ，减 少 高 次 谐 波 含 量 等 。常 用 起 动 方 式 比 较 ：表 1 常 用 起 动 方 式 比 较序 号 起 动 方 式 特 点 适 用 范 围1 电 阻 降 压 起动1、 起 动 电 流 较 大 ， 起 动 转 矩 小 。2、 允 许 起 动 次 数 由 起 动 电 阻 容 量 决 定 。3、 起 动 变 阻 器 的 耗 电 量 较 大 ， 不 节 能 。适 用 于 小 容 量（ 7.5Kw

7、以 下 ）电 动 机 的 起 动 。2 Y/ 起 动 1、 起 动 时 为 分 步 跳 跃 上 升 的 恒 压 起 动 ， 起 动 电流 小 ， 但 二 次 冲 击 电 流 较 大 ； 起 动 转 矩 较 小 。2、 允 许 起 动 次 数 较 高 。3、 设 备 价 格 较 低 ， 应 用 较 广 。适 用 于 定 子 绕 组为 三 角 形 接 线 的中 小 型 电 机 的 起动 。3 自 耦 变 压 器降 压 起 动1、 通 过 降 低 电 压 （ 60%Ue、 80%Ue） ， 恒 压 起 动 。起 动 电 流 小 ， 起 动 转 矩 较 大 。2、 不 能 频 繁 起 动 ， 允 许

8、连 续 起 动 23 次 。3、 设 备 价 格 较 Y/ 起 动 高 ， 但 性 价 比 较 优 ，得 到 广 泛 应 用 。适 用 于 大 、 中 容量 电 动 机 的 起 动 。4 变 频 器 软 起动1、 在 低 速 时 可 以 任 意 调 节 电 动 机 转 矩 ， 起 动 转矩 可 达 150%的 额 定 转 矩 ， 也 可 以 恒 转 矩 起 动 电适 用 于 需 要 调 速的 、 起 动 转 矩 大3动 机 ， 起 动 电 流 可 限 制 在 1.5 倍 额 定 电 流 以 内 。可 以 软 停 车 。2、 缺 点 是 ： 运 行 时 在 电 源 测 产 生 谐 波 电 流 ，

9、 使电 压 、 电 流 波 形 畸 变 ， 影 响 电 能 质 量 ， 干 扰 电子 设 备 的 正 常 工 作 。3、 设 备 价 格 比 Y/ 起 动 、 自 耦 减 压 起 动 、 晶闸 管 软 起 动 设 备 高 。的 电 动 机 。 起 动及 运 行 过 程 中 一直 工 作 。5 晶 闸 管 软 起动1、 通 常 为 斜 坡 电 压 起 动 ， 也 可 突 跳 起 动 ； 起 动电 流 、 起 动 转 矩 、 上 升 下 降 的 时 间 可 调 ， 有 多种 控 制 方 式 ； 可 带 多 种 保 护 。2、 允 许 起 动 次 数 较 高 ； 可 以 使 电 机 “柔 性 ”起

10、动 ， “柔 性 ”停 止 ， 是 一 种 电 机 电 压 平 滑 上 升的 无 级 减 压 起 动 模 式 ， 减 缓 了 起 动 时 造 成 的 机械 和 电 气 冲 击 。 3、 设 备 价 格 仅 次 于 变 频 器 软 起 动适 用 于 不 需 要 调速 的 、 起 动 转 矩大 的 电 动 机 的 起动 。 起 动 时 工 作 ，起 动 后 退 出 ， 短时 工 作 。通 过 以 上 比 较 ， 并 结 合 现 有 设 备 的 情 况 ： 消 火 栓 泵 、 喷 淋 泵 功 率 较 大 （ 37kW） ，且 运 行 中 不 需 要 调 速 ， 起 动 设 备 具 有 “软 停 车

11、”功 能 ， 可 以 防 止 “水 锺 ”效 应 。 同时 考 虑 改 造 的 费 用 问 题 ， 确 定 如 下 改 造 方 案 ： 采 用 晶 闸 管 软 起 动 器 作 为 消 防 系 统 中喷 淋 泵 、 消 火 栓 泵 的 起 动 设 备 。通 过 市 场 调 查 研 究 ， 选 择 了 雷 诺 尔 JJR 系 列 电 机 软 起 动 器 。雷 诺 尔 JJR 系 列 全 数 字 软 起 动 控 制 器 以 先 进 的 微 处 理 器 为 核 心 ， 控 制 大 功 率 晶闸 管 组 件 ， 该 起 动 器 具 有 斜 坡 升 压 起 动 、 斜 坡 恒 流 起 动 、 软 停 车

12、功 能 ， 参 数 均 可 根据 负 载 自 行 设 定 。 软 起 动 装 置 输 出 电 压 按 设 定 规 律 上 升 ， 使 受 控 电 机 转 矩 按 优 化 的加 速 曲 线 完 成 起 动 过 程 后 ， 关 断 晶 闸 管 组 件 ， 旁 路 交 流 接 触 器 闭 合 ， 为 电 机 供 电 。三 、 雷 诺 尔 JJR 系 列 电 机 软 起 动 器 的 工 作 原 理 及 功 能（ 一 ） 工 作 原 理4雷 诺 尔 JJR 系 列 软 起 动 器 采 用 三 对 反 并 联 的 晶 闸 管 串 联 于 电 动 机 三 相 供 电 电 路上 （ 如 图 1） ， 利 用

13、晶 闸 管 的 电 子 开 关 特 性 ， 通 过 控 制 其 电 压 的 大 小 以 达 到 控 制 电 动机 的 软 起 动 过 程 。 当 电 动 机 起 动 完 成 并 达 到 额 定 电 压 ， 三 相 旁 路 接 触 器 KM 吸 合 ，使 电 动 机 直 接 投 入 运 行 ， 由 于 JJR 系 列 电 动 机 软 起 动 器 采 用 了 双 单 片 机 控 制 ， 可 根据 负 载 特 性 任 意 设 置 各 种 起 动 参 数 ， 因 此 有 较 强 的 负 载 适 应 性 。软 起 动 一 般 有 以 下 几 种 形 式 ：1 斜 坡 升 压 软 起 动 。 这 种 起

14、动 方 式 是 通 过 设 定 电 动 机 的 输 入 电 压 的 上 升 速 率 来完 成 电 动 机 的 起 动 过 程 ， 由 于 电 压 从 初 始 值 上 升 变 化 （ 初 始 值 可 保 证 电 动 机 的 最 大起 动 力 矩 ） ， 所 以 整 个 起 动 过 程 可 以 保 证 电 动 机 平 稳 的 起 动 ， 该 值 的 设 定 范 围 在 电 动机 的 额 定 电 压 Ue 的 30%80%之 间 选 择 。2 斜 坡 恒 流 软 起 动 。 这 种 起 动 方 式 是 在 电 动 机 起 动 的 初 始 阶 段 电 流 逐 渐 增 加 ，当 电 流 达 到 预 先

15、设 定 的 值 后 保 持 恒 定 ， 直 至 起 动 完 毕 。 起 动 过 程 中 ， 电 流 上 升 变 化的 速 率 可 以 根 据 电 动 机 负 载 调 整 设 定 。 电 流 上 升 速 率 大 ， 则 起 动 转 矩 大 ， 起 动 时 间短 。 该 起 动 方 式 是 应 用 最 多 的 起 动 方 式 ， 尤 其 适 用 于 风 机 、 泵 类 负 载 的 起 动 。3 阶 跃 起 动 。 开 机 即 以 最 短 时 间 ， 使 起 动 电 流 迅 速 达 到 设 定 值 ， 即 阶 跃 起 动 。通 过 调 节 起 动 电 流 设 定 值 ， 可 以 达 到 快 速 起

16、动 的 效 果 。54 脉 冲 冲 击 起 动 。 在 起 动 初 始 阶 段 ， 让 晶 闸 管 在 极 短 时 间 内 以 较 大 电 流 导 通 一段 时 间 后 回 落 ， 再 按 原 设 定 值 线 性 上 升 ， 进 入 恒 流 起 动 。 该 起 动 方 法 ， 在 一 般 负 载中 较 少 应 用 ， 适 用 于 重 载 并 需 克 服 较 大 静 摩 擦 的 起 动 场 合 。雷 诺 尔 JJR 系 列 软 起 动 器 主 要 有 斜 坡 恒 流 起 动 （ 图 2） 、 斜 坡 升 压 起 动 （ 图 3）两 种 控 制 模 式 。说 明 ： Ie 为 电 动 机 的 额

17、定 电 流 。 Im 为 电 动 机 起 动 时 预 先 设 定 的 限 流 值 ， 可 根据 用 户 电 网 容 量 及 电 动 机 负 载 情 况 确 定 ， Im 的 设 定 范 围 为 （ 1.55.0） Ie。说 明 ： Ue 为 电 动 机 的 额 定 电 压 。雷 诺 尔 JJR 系 列 软 起 动 器 的 停 车 方 式 有 两 种 ：1 自 由 停 车 ： 靠 负 载 惯 性 自 由 停 车 。62 软 停 车 ： 如 图 4， 晶 闸 管 在 得 到 停 车 指 令 后 ， 从 全 导 通 逐 渐 减 小 导 通 角 ，经 过 一 段 时 间 过 渡 到 全 关 闭 的 过

18、 程 。 停 车 时 间 可 根 据 需 要 在 0120s 间 调 整 。（ 二 ） 功 能雷 诺 尔 JJR 系 列 全 数 字 式 软 起 动 器 具 有 全 面 的 工 作 状 态 LED 显 示 功 能 ， 友 好的 人 机 对 话 界 面 ， 控 制 单 元 功 能 范 围 覆 盖 5.5500kW 的 电 机 。 该 起 动 器 还 具 有 以下 功 能 ：1、 采 用 双 单 片 机 全 数 字 自 动 控 制 ， 具 有 较 强 的 抗 干 扰 能 力 ， 保 证 控 制 系 统 不受 强 电 干 扰 ；2、 起 动 转 矩 、 电 流 、 电 压 、 时 间 可 根 据 负

19、 载 不 同 灵 活 设 定 ， 取 得 最 佳 的 电 流 曲线 和 最 佳 的 转 矩 控 制 特 性 ；3、 对 电 动 机 提 供 了 平 滑 的 渐 进 的 起 动 过 程 ， 减 少 起 动 电 流 对 电 网 的 冲 击 ， 降 低设 备 的 振 动 和 噪 声 ， 延 长 了 传 动 系 统 的 使 用 寿 命 ；4、 起 动 电 流 可 根 据 负 载 调 整 ， 减 小 起 动 损 耗 ， 以 最 小 的 电 流 产 生 最 佳 转 矩 ；5、 软 停 车 特 性 大 大 延 长 了 电 气 触 点 的 寿 命 ， 又 满 足 了 不 同 场 合 下 的 机 械 需 求 ；

20、6、 具 有 过 流 、 过 载 、 过 热 、 电 源 缺 相 保 护 ；7、 方 便 的 外 控 接 口 具 有 多 种 功 能 ： 数 字 延 时 起 动 控 制 ； 瞬 停 控 制 输 入 ； 起 动 延时 继 电 器 输 出 ； 故 障 继 电 器 输 出 ；78、 全 数 字 设 定 和 外 控 功 能 ， 方 便 用 户 自 由 设 定 控 制 方 式 ；9、 自 带 标 准 的 RS485 接 口 。（ 三 ） 雷 诺 尔 JJR 系 列 软 起 动 器 的 技 术 参 数 及 应 用1、 技 术 参 数表 2 雷 诺 尔 JJR 系 列 软 起 动 器 主 要 技 术 参 数

21、控 制 电 动 机 的 功 率 5.5500 kW额 定 工 作 电 流 Ie 101000 A额 定 工 作 电 压 Ue 380 V（ -15%10%）频 率 50Hz持 续 工 作 电 流 （ 100%115%） Ie额 定 控 制 电 压 220 V环 境 温 度 -25 552、 应 用表 3 JJR 系 列 软 起 动 器 的 应 用 场 合负 载 类 型 起 动 模 式机 械 类 型 负 载 类 型 电 压 电 流 电 压（ %）电 流（ %）起 始 时间（ S）离 心 泵 标 准 负 载 250风 机 偏 重 型 负 载 55 15压 缩 机 （ 活 塞 式 ） 标 准 负 载

22、 300压 缩 机 （ 离 心 式 ） 标 准 负 载 45 12运 输 机 标 准 负 载 250搅 拌 机 标 准 负 载 350球 磨 机 重 型 负 载 50 20轧 碎 机 重 型 负 载 4008本 次 改 造 中 将 断 路 器 ， 软 起 动 器 ， 旁 路 接 触 器 和 控 制 电 路 组 成 电 动 机 控 制 中 心 ，来 控 制 电 动 机 的 起 动 、 运 行 和 停 车 。 这 是 目 前 应 用 最 广 的 做 法 。 其 特 点 是 ： 在 起 动和 停 车 阶 段 ， 晶 闸 管 投 入 工 作 ， 实 现 软 起 动 、 软 停 车 。 起 动 结 束

23、后 ， 旁 路 接 触 器闭 合 ， 将 晶 闸 管 短 接 ， 电 机 电 压 达 到 额 定 值 ， 投 入 正 常 运 行 ， 此 种 组 合 的 特 点 是 ：运 行 期 间 ， 电 机 直 接 与 电 网 相 连 ， 无 谐 波 ； 旁 路 接 触 器 还 可 以 作 为 一 种 备 用 手 段 ，紧 急 情 况 下 或 晶 闸 管 故 障 时 ， 电 机 通 过 旁 路 接 触 器 直 接 起 动 ， 增 加 了 运 行 的 可 靠 性 。另 外 与 传 统 减 压 起 动 方 式 相 比 ， 具 有 很 多 优 点 ： 首 先 ， 无 冲 击 电 流 。 软 起 动 器 在 起动

24、 电 机 时 ， 通 过 逐 渐 增 大 晶 闸 管 导 通 角 ， 使 电 机 起 动 电 流 从 零 线 性 上 升 至 设 定 值 。其 次 ， 恒 流 起 动 。 软 起 动 器 可 以 引 入 电 流 闭 环 控 制 ， 使 电 机 在 起 动 过 程 中 保 持 恒 流 ，确 保 电 机 平 稳 起 动 。 再 次 ， 根 据 负 载 情 况 及 电 网 继 电 保 护 特 性 选 择 ， 可 自 由 地 无 级调 整 至 最 佳 的 起 动 电 流 。四 、 改 造 效 果 分 析 消 防 系 统 喷 淋 泵 、 消 防 栓 泵 起 动 柜 改 造 后 ， 到 现 在 已 运 行

25、 了 一 年 ， 运 行 状 况 良好 。 与 改 造 前 相 比 ： 设 备 起 动 平 稳 可 靠 ， 噪 音 小 ； 起 动 时 电 压 波 动 小 ， 起 动 电 流 较自 耦 变 压 器 降 压 起 动 电 流 小 ； 故 障 率 大 大 降 低 ， 运 行 中 也 未 出 现 因 故 障 而 紧 急 维 修的 情 况 ， 基 本 做 到 了 免 维 护 运 行 。 另 外 是 软 停 车 功 能 ， 减 小 了 设 备 及 管 道 的 振 动 ，延 长 了 维 修 周 期 ， 节 省 了 维 修 费 用 。 。 电 机 软 起 动 器 成 功 地 解 决 了 传 统 起 动 器 起 动电 机 过 程 中 存 在 的 问 题 ， 是 传 统 的 Y/ 降 压 起 动 、 串 电 阻 降 压 起 动 、 自 耦 变 压 器降 压 起 动 理 想 的 更 新 换 代 产 品 。9参 考 文 献1 工业与民用配电设计手册. 任元会 . 中国电力出版社.2005 年 10 月,第三版2 民用建筑电气设计手册.中国建筑工业出版社.2007 年 3 月,第二版