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晶闸管软启动器将逐步取代传统的自耦式补偿器

供稿:中国工控网 2016/1/7 9:45:44

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  • 关键词: 晶闸管软启动器
  • 摘要:本文对比了软启动器与自耦式补偿器技术,并重点介绍软启动器的技术特点、应用范围和应用情况。

 

1引言
1977年美国航空航天局(NASA)FrankNole工程师获得了一项节电器专利,初期称为“功率因数控制器”,此后又有许多公司和个人开发了十几种节电器。1982年FrankNole又作了二点改进,一是省掉取样电阻而改为监视晶闸管两端电压,二是采取了反馈控制技术,使空载时电动机电压进一步减小,节电率大大提高,正式定名为“节电器”(POWERSAVER)。我国也开发了节电器,但实际使用效果不佳,未能广泛推广使用。1983年后,上海市相继引进了一系列的节电器产品,在对引进的节电器消化吸收的基础上,上海,西安等地研制出了新型节电器,其性能达到并超过引进的同类产品,为进一步推广节电器创造了条件,国内市场上从上世纪90年代开始把软启动器作为电机节能的首选产品。
2作为节能应用的软启动器
节电器通过双向晶闸管或反并联晶闸管相位控制实现降压,其主电路原理如图1所示。

晶闸管软启动器实测数据见表1(参阅30kW电机实测数据)。从表1可见
1)节电器对某些特定的负载具有较好的节电效益,因此,它应在相应范围内推广使用,切莫不分对象应用。
2)对于不变负载(不管是满载还是负载率30%~40%情况),连续长期运行,则不宜采用节电器,而应该选用高效电动机。
3)对于变负载情况,如果最低负载率≥30%以上,采用晶闸管软启动器意义也不大。

3软启动器与自耦式补偿器技术经济对比
传统的自耦补偿器自上世纪50年代初开始应用以来,一直在电机起动装置领域占居主要地位。自上世纪80年代开始,国外固态起动装置在我国工业领域逐步推广使用,已对传统的补偿器形成较大冲击。表2对二种装置进行了技术与经济对比,并给出了正确应用范围供读者参考。
4软启动器的技术特点与应用范围
1)短期重复工作的机械
长期空载(轻载<40%)运行,短时重载。例如:起重机、皮带输送机、金属材料压延机、车床、冲床、刨床、剪床等。
2)频繁起动的工作机械
有些机械经常处于开停状态,如果允许轻载启动,则可以使用软起动技术。以下列举一些软起动器的特性。
a)线性软起动
这种起动方式是最普遍使用的。首先,电机上升至初始转矩值,该值可在5%~90%的额定转矩之间调节。然后,电机电压在加速斜坡上升时间逐渐上升,加速斜坡上升时间可在2~30s之间调整。如图2所示。b)带可选择突跳起动的软起动这种起动方式提供了突跳起动和升压。它可提供500%满载电流的电流脉冲,可调时间范围为0.4~2s。使电机因负载需要助推才能起动时额外加一个附加转矩。如图3所示。

c)泵控制
该功能在离心泵的起动及停止期间,通过平滑地加速及减速电机来减小泵系统中出现的喘振。由微计算机分析电机变量并发出控制命令,以减小系统中出现喘振可能性的方式来控制电机。起动时间可在2~30s之间调整,停止时间可在2~120s之间调整。如图4所示。

d)智能电机制动
控制系统可实现在需要电机比自由停车更快速停车的场合,即快速制动。它是以微计算机为基础的制动系统,该系统给标准的鼠笼感应电动机提供三相制动电流。制动在没有附加的接触器电源设备的情况下完成,而且无需计时器、传感器或测速计,便实行自动零速停车。制动电流的强弱可在满载电流的150%~400%之间调整。补偿器无法完成此功能。如图5所示。

e)低速制动
该功能主要用于电动机需正向低速定位和需要制动控制停车的场合。慢速调制速度为额定速度的7%(低)或额定速度的15%(高)。低速加速电流(2s内)可在50%~400%之间调整。制动电流可在150%~400%之间调整。不能采用突跳启动。低速电流限量可在满载电流的50%~450%之间调整。如图6所示。

f)泵专门起动控制
消除喘振现象的控制方法如图7所示,电动机的转速-转矩曲线已经修改成泵系统相关特性。这种特性可提供尽可能接近恒定的加速转矩。同时不需要转速表、流量或压力传感器、或其它类型的外部反馈到控制器,而是利用基于微处理器的电动机反馈来完成的。由于没有突然的转矩变化、因此电动机平滑地加速,泵系统的喘振或冲击达到最小。

5晶闸管软启动器应用情况
根据上海某公司提供的销售情况,2001年该公司销售晶闸管软启动器2000余台。说明晶闸管软启动器的市场前景看好,传统的自耦式补偿器将逐步被软启动器取代。
在我国晶闸管软启动器从上世纪90年代中期开始逐渐被应用于取代传统的自耦式补偿器,其最大的优点是软起动性能好,可以根据被启动设备的需要进行限流启动,即可以在电机额定启动电流0.5~4倍以内任意调整。其次是体积小,不需消耗大量铜,硅钢片材料。
表3列出自耦式补偿器价格及铜,硅钢片用量。同时列出ABB软启动器同等功率产品的参考价格。
6结语
1)从初投资对比来看,功率在250kW以下,选用晶闸管软启动器相间功率增大倍,但价格与自耦式补偿器相仿。功率从280kW开始采用晶闸管软启动器较贵,但可以节约大量硅钢及铜材,并满足一定工艺要求,还可防止二次冲击。
2)凡工艺上有特殊需要的设备,如图3~图6传统的补偿器启动无法满足要求,必须采用智能晶闸管软启动器。
3)长期高速,短时低速,且电机负载率在35%以下时,采用晶闸管软启动器有较好节能效果。

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