簡介:自從第1臺電動機問世以來,工程師們就一直在尋找一種合適的方法以避免電動機的突然、劇烈啟動。曾經也試過好幾種“方法”但是這些“方法”都必須借助其他的物體才能達到目標,無一能從根本上解決這一問題。不過新型軟起動器問世最終解決了這一難題。現在,將簡單的布線與電子力學相結合,成功的開發出一系列新型軟起動器,使軟起動研究又前進了一大步。這種新型軟起動器不僅可以再電動機起動過程中對電流和電壓實現超級電子控制,還增加了幾個新的設計兩靚點。 1、前言 滑雪的人都明白這樣的一個道理:突然、急劇的拉動容易使人摔倒。而在工業應用方面,許多企業每年都要為他們所使用的電動機(用于驅動風扇、壓碎機、攪拌機、水泵、傳送帶等等)的這種突然、急劇起動浪費數百萬美元,每天都有數不盡的交流電動機在不必要的處于重荷之下。 交流電動機的這種突然而劇烈的起動主要會造成以下幾個方面的損失: (1)直接在線起動或星一三角起動產生的電壓和電流瞬變容易導致電氣故障。電壓和和電流的瞬變現象可能導致當地的電網過荷,從而引起不良的電壓變化,并最終影響到同電網中的其他電氣設備。 (2)導致從電動機到起動設備及到強應力等這一整個驅動鏈的機械故障。 (3)運行故障:例如使管路系統產生壓力震動,對傳送帶上的產品造成損壞,以及使電氣乘坐不舒服。 此外,經濟效益問題也是很明顯的:每一個技術問題,每一次的故障,都會因維修甚至暫停生產而導致經濟損失。在工業企業的生產中,這就會導致預算外生產成本的增加。 2、軟起動器的開發歷程 交流電動機的起動問題由來已久,人們一直在試圖找出一種能夠徹底解決問題的辦法,在此過程中先后只要研究開發了下面幾種起動方式。 2.1星一三角起動器 星一三角起動器是一個較早的解決辦法,在起動過程中,電網的相位接頭和中性接頭之間,電動機定子繞組與起動器進行星型連接,從而可以降低電動機電壓,幾至降低電流大約1/Σ3,一旦克服主慣量之后,電動機定子繞組在電網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,這種起動器不能從根本上消除機械和電氣瞬變現象,只能使其稍微減弱,使他們穿過時間軸上的兩個點--從隨后的星一三角切換至原點。 星一三角起動法只適用于正常工況,在其他工況下,從星形到三角形之間的切換有時候比直接在線起動情況還要糟糕。 因此,星一三角起動器對于該問題來說只能算是一個粗淺而有限的解決辦法。 2.2滑環電動機 另一個早期的解決辦法就是滑環電動機,該電動機由一個經滑環與轉子電路連接的起動變阻器起動。采用這種方法,雖然電動機的扭矩仍能維持在足以起動負荷的必要水平,但起動電流已經降低了。 在起動過程中,電動機獲得速度,轉子電阻逐漸降低,一旦起動變阻器完全脫離電路,電動機就可達到其最大轉速,轉子繞組也在該點短路,因此,電動機由此點開始作為普通的鼠籠式電動機運行。 滑環電動機的優點是扭矩較高而起動電流受到限制,主要適用于起動負荷較高的電動機,如壓碎機和魔坊用電動機;而其不利之處就在于它的機械和電氣結構過于復雜,且電刷、滑環、電阻器和接頭的使用又使成本(包括維護成本)增加,可靠性降低。 2.3頻率轉換器 頻率轉換器從技術來說要優于上述兩種解決方法:因為它可以再電動機從起動到正常運行再到停機的每一次運行循環中,對轉速、扭轉、扭矩和功率等所有相對變量進行精確控制,另一個重要的優點就是其控制設備為靜態,即沒有移動部件,其可靠性因而也提高了,維護共組兩很小。 然而,頻率轉換器的缺點是前提投資成本相對過大,這一點限制了其在很多領域的應用,尤其在那些正常運行中實際上并不要求定時控制的設備中的應用。 不過,隨著技術的不斷更新以及價格的下降,頻率轉換器已經贏得了恩達的市場,今天,它已經在實際應用中取代了滑環電動機。 2.4軟起動器 軟起動器于20世紀70年代末到80年代初投入市場,它與頻率轉換器相似,同樣以電子和可控硅為基礎,可以這樣說,它填補了星一三角起動器和頻率轉換器在功能實用性和價格之間的鴻溝。采用軟起動器,可以控制電動機的電壓,使其在啟動過程中逐漸的升高,很自然的限制起動電流(圖1)。這就意味著電動機可以平穩的起動,機械和電應力也降至最小,該裝置還有一種附帶的功能,即可用來“軟”停機。 由于該起動器采用電子式電路,可以相對比較容易的通過暗示和事故指示燈增強基本功能,改善電動機的保護,簡化故障查找,如失相、過電流和超高溫保護,以及正常運行、電動機滿電壓和某些故障指示。想斜坡電壓和初始電壓等所有設定值都可以很容易的再起動器面板上設定, 另外,軟起動器除了完全能夠滿足電動機平穩起動這一基本要求外,還具有很多優點,比如可靠性高,維護量小,電動機保護良好以及參數設置簡單。 然而軟起動器仍有一個缺陷,那就是不能長時間用于起動扭矩要求很高的電動機驅動裝置上,這種局限性主要因為,軟起動器實際上是靠將自身電壓斜坡式抬升至最大值(而在停機過程中又逐漸降至設定的關機水平)來完成工作。由于扭矩與電壓平方成正比,連接電動機不能從一開始就達到最大扭矩,因此,軟起動器更適合于水泵、風扇、傳送帶、電梯等輕型易起動的設備。 軟起動器對于工業企業來說其好處可謂比比皆是,很少有某個生產場所不需要電動機作為驅動設備,軟起動器的強大的適用功能和精巧的設計特點使其在許多的現代企業的“必備設備”清單之列中亦占有一席之地。
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