煤矿用电气软启动方式的探讨

1、电动机各种启动方式的特点和比较 　　被选用最广泛的拖动设备，自然是鼠笼型三相异步电动机，用其进行全压启动是最简单、最经济、最可靠的启动方式。但是，当鼠笼电动机启动时，如拖动机械不能承受全压启动的冲击转矩，或其端电压降不能满足规范要求，或者电网波动影响其他负荷的正常运行时，就应采取措施采用降压启动方式。对于降压启动一般有以下几种常用方式：“Y-△”启动器、自耦降压启动器、磁控式软启动器、双速电机软启动、开关磁阻电机、水电阻式软启动器、电子式软启动器。 　　“Y一△”启动器需6根出线，而且故障率太高，维修费也高，切换时会出现较高的电流转矩峰值，所以仅适用于空载或低阻性转矩启动。一般不适用于煤矿井下防爆的要求。 　　自耦降压启动器启动时会出现大压降和高电流峰值，存在二次大的冲击电流，其启动电流约为电动机额定电流(Ie)的7倍。其体积大且故障率较高，是笨重复杂的设备，维护工作量大，不能频繁启动。一般不适用于煤矿井下防爆的要求。 　　磁控式软启动器是利用控磁限幅调压原理，对电动机进行软启动。在启动过程中电压无级平滑地从初始值(约200V，不可调)上升到全压，使电动机在启动中有一个电压匀速增加的过程。启动时间约30s内可调。其结构简单，性能可靠，过载能力强，无二次冲击电流。但它在启动时仍存在一次冲击电流，约为Ie的6倍。启动电流约为Ie的1.8～2.5倍，不可调，适用负载能力一般，不能频繁启动。整机较重，体积较大。一般不适用于煤矿井下防爆的要求。 　　双速电机软启动器是利用变极调速电机组成的系统，利用低速启动，高速运行的原理来实现软启动。目前煤矿使用较多的是双绕阻电机，为一恒转矩调速电机，在启动过程中保持电机的转矩不变，可以较好的满足负载的启动要求，但同样需要6根出线，而且要求专用的控制开关，低速向高速转换时会出现较高的电流转矩峰值，为有级软启动，且电机为专用电机，造价较高，维修费也高，所以仅适用于对启动要求不高的低阻性转矩启动。这种控制方式目前在煤矿井下应用较多。 　　开关磁阻电机是利用步进电机的原理组成的调速系统，它的低速启动特性是比较理想的，可用30%电机的额定电流产生140%电机的额定转矩。它的电机与传统的鼠笼型三相异步电动机不同，为一特种结构，其控制系统与变频器组成相同，可以很好地满足系统对启动与调速的要求，但由于主功率单元为IGBT，对电压的波动性要求较高，其在防爆技术上有较高的难度，目前在煤矿很难成功地推广使用。 　　水电阻式软启动器是利用水导体产生的压降来完成软启动过程的，它在电机的定子绕阻上串接一个水电阻，在启动过程中，利用电子装置控制水导体的电阻，达到降压启动的目地，它启动平稳，可以控制数兆瓦功率的电机，其电压等级达数万伏。但设备的体积较大，不适用于煤矿井下防爆的要求，多数应用于钢厂等设备上。 　　电子式软启动器可以限制启动期间的压降，没有冲击转矩和电流，力矩匀速平滑上升，保护传动机械、设备和人员，节省能源。启动电流可视负载轻重调整。这种软启动器体积小，一台开关柜能放多台这种启动器，节省工程造价，且故障率与维修费较低。可以满足煤矿井下防爆的要求，所以，这种启动器应是实际应用中首选的产品。 　　目前电子式软启动器的生产厂家很多，有进口的也有国产的，原理基本相同。这种软启动器是微机控制的机电一体化产品，具有高新技术组成的控制系统。一般都是采用大功率品闸管作为主回路的开关元件，通过单片机控制它的导通角进行智能化控制，它既能保证电动机在负载要求的启动特性下平滑启动，又能降低对电网的冲击。除各启动方式外，还有一些可选功能，如软停车、泵控制、预置慢速、智能制动、准确停车、低速制动等，同时，还能实现直接计算机通信控制，为自动化智能控制打下良好的基础。因此，称它为智能电动机控制器更为贴切。 　　目前，电子式软启动器主要有以下6种启动方式： 　　(1)斜坡电压启动(软启动)。顾名思义是电压由小到大呈斜坡线性上升，它是将传统的降压启动从有级变成了无级。启动时，电压迅速上升到初始转矩相对应的电压，然后依设定的启动时间逐渐上升，直至达到电网额定电压，主要用于重载启动。 　　(2)限流启动。顾名思义是限制电动机的高启动电流，启动电流及启动时间均可在一定范围内预先调定。当必须限制最大启动电流时，可使用此方式。 　　(3)可选择的加突跳启动。该功能为电动机启动瞬间提供一个大提升转矩以克服负载的静摩擦。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其他负荷，应用时要特别注意。 　　(4)全压启动。这种软启动方式的作用就像一个固态接触器，充当无触点开关来用。这种方式会引起电流冲击。 　　(5)双斜坡启动。这种方式在负载变化的情况下是很有用的。双斜坡启动允许用户从两个相互独立的软启动斜坡做出选择，分别设定启动时间和启动转矩。 　　(6)矩形转矩启动方式。这种软启动器结构紧凑，保护方式齐全，可以满足煤矿对设备保护的要求。在控制方式上采用目前国际上流行的控制策略——模糊控制技术，其控制转矩，可以很好的满足负载的重载启动要求。 2、软启动器的应用 　　通过以上叙述可知，在工程设计和工程改造中，要想改善工艺提高自动化水平，降低成本提高企业效益，对电动机的启动就必须首先采用最先进的启动设备——电子式软启动器。在选用软启动器时应主要考虑以下问题： 　　(1)选择生产厂家。国内生产电子式软启动器的厂家很多，产品五花八门，但多数为地面使用的低电压软启动器。目前在市场上有影响力的基本上都是国外产品，如施耐德的TE、罗克韦尔的A—B、ABB、西门子的产品等。 　　(2)选型。应根据负载性质的不同来选择不同类型的启动器。如果负载是离心泵，则需利用泵控制功能，减少启动和停止时液流冲击所产生的系统水锤现象的发生，所以必须选用带泵控制功能的软启动器，如另带欠载保护和防相位颠倒保护的则更好。负载是通风机的话，可利用软启动功能，减少磨损和机械冲击，并可利用停机时制动转矩功能。负载是搅拌机，可利用双斜坡启动和预置低速运行，避免机械损坏。负载是输送设备，则利用软启动和预置低速功能，实现平滑开停，软停车消除了由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击，避免产品移位和液体溢出。若有计算机联网要求，可选带通信接口的软启动器，以便对软启动器进行远程控制和监视，选择软启动器还要考虑负载是标准负载还是重载负载。要注意选择能够满足煤矿防爆要求的产品。 　　(3)选规格。根据电动机的标称功率、电流及负载性质选择启动器。一般软启动器容量稍大于电动机工作电流即可，同时适当考虑散热因素。 　　另外，还要考虑是否保护功能完备，如过电流保护、过压保护、单相接地保护、上下口断相保护、三相不平衡保护、相位颠倒保护等。冷却方式分机械风冷与自然风冷两种。机械风冷带有冷却风机，有的是通电常转的，有的靠温度控制器来控制其运转，机柜内安装软启动器时要十分注意散热空间。煤矿使用的电子式软启动器一般采用自然风冷方式。 　　电子式软启动器一般不带短路保护，通过过载保护来完成短路保护，由于可控硅具有有限大的浪涌电流能力，且过流反应能力在微秒级，在实际应用中，在故障点的电流还没有形成短路电流时，可迅速的关断主功率单元。软启动器至电动机的接线要特别注意，大部分是3根出线，但部分产品也有6根出线的。软启动器可安装在有功率因素补偿器的系统中，但电容器必须位于软启动器的电源进线一侧，以避免电容器放电损坏软启动器的品闸管，另须在电源和电容之间接入电感线圈。软启动器大多带正常运行和故障信号辅助触点，供工程设计选用。 　　煤矿使用的电子式软启动器不允许长期在额定负载工况下运行，可以用旁路接触器，在启动完毕后把它短接。切除后要注意电动机运行回路是否还有过载热保护功能。 　　在实际应用过程中，若工艺条件许可，一台软启动器可用于多台电动机的启动，大大节省投资费用。软启动器按其中最大电动机容量进行选择。 3、结束语 　　电动机的降压启动方式从“Y—△”启动器、自耦降压启动器、磁控式软启动器、双速电机软启动、水电阻式软启动器等，已发展到电子式软启动器，电子式软启动器可以满足煤矿使用的要求，所以在工程应用中，当电动机在直接启动不能满足要求时，首先考虑的应是电子式软启动器，也为今后的智能控制集成化打下了良好的基础。