淺談軟起動(dòng)

【PIC1】 軟起動(dòng)可減小電動(dòng)機(jī)硬起動(dòng)（即直接起動(dòng)）引起的電網(wǎng)電壓降，使之不影響共網(wǎng)其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，可減小電動(dòng)機(jī)的沖擊電流，沖擊電流會(huì)造成電動(dòng)機(jī)局部溫升過(guò)大，降低電動(dòng)機(jī)壽命，可減小硬起動(dòng)帶來(lái)的機(jī)械沖力，沖力加速所傳動(dòng)機(jī)械（軸、嚙合齒輪等）的磨損，減少電磁干擾，沖擊電流會(huì)以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行。軟起動(dòng)使電動(dòng)機(jī)可以起停自如，減少空轉(zhuǎn)，提高作業(yè)率，因而有節(jié)能作用。 軟起動(dòng)的分類 軟起動(dòng)可分為有級(jí)和無(wú)級(jí)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(dòng)均是有級(jí)的，如星/角變換軟起動(dòng)，自耦變壓器軟起動(dòng)，電抗器軟起動(dòng)等等。連續(xù)調(diào)節(jié)的主要有三種：以電解液限流的液阻軟起動(dòng)，以晶閘管（SCR）為限流器件的晶閘管軟起動(dòng)，以磁飽和電抗器（SR）為限流器件的磁控軟起動(dòng)。 變頻調(diào)速裝置也是一種軟起動(dòng)裝置，它是比較理想的一種，它可以在限流的同時(shí)保持高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。價(jià)格貴是制約其推廣應(yīng)用的主要因素。人們購(gòu)置變頻調(diào)速裝置一般都是著眼于調(diào)速，所以，常常不把它歸類于軟起動(dòng)裝置。 在電動(dòng)機(jī)定子回路，通過(guò)串入有限流作用的電力器件實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)，叫做降壓或限流軟起動(dòng)。它是軟起動(dòng)中的一個(gè)主要類別。高壓降壓軟起動(dòng)又是其中的一個(gè)重要類別。 軟起動(dòng)過(guò)程描述參數(shù)與軟起動(dòng)裝置優(yōu)劣評(píng)分項(xiàng)目 為了能夠客觀地對(duì)軟起動(dòng)過(guò)程以及裝置做出比較和評(píng)價(jià)，提出以下15條。不言而喻，所有的比較和評(píng)價(jià)只有在電網(wǎng)、電動(dòng)機(jī)、負(fù)載相同的條件下才有意義。 1. 軟起動(dòng)能否完成，以及起動(dòng)（完成）時(shí)間； 2. 軟起動(dòng)過(guò)程中的電動(dòng)機(jī)最大電流（標(biāo)幺值）； 3. 軟起動(dòng)過(guò)程中的最大電網(wǎng)電壓降（標(biāo)幺值）； 4. 軟起動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)有否機(jī)電共振等異?，F(xiàn)象； 5. 軟起動(dòng)過(guò)程中電流的高次諧波含量（標(biāo)幺值）； 6. 軟起動(dòng)裝置的價(jià)格（常以單位容量的人民幣表示）； 7. 軟起動(dòng)裝置允許的連續(xù)起動(dòng)次數(shù)； 8. 軟起動(dòng)裝置占用的空間大?。?9. 軟起動(dòng)裝置限流器件開(kāi)度的易控性：調(diào)節(jié)是否平滑、快速； 10. 軟起動(dòng)裝置對(duì)使用環(huán)境要求的裕度； 11. 軟起動(dòng)裝置的起動(dòng)重復(fù)性（相連兩次軟起動(dòng)“過(guò)程描述參數(shù)”的守恒性）； 12. 軟起動(dòng)裝置所提供的起動(dòng)和停止方式的多樣性； 13. 軟起動(dòng)裝置所具備的對(duì)于裝置本身以及電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)功能的完備性（包括過(guò)流、過(guò)載、欠相、起動(dòng)超時(shí)、接地等，包括故障提示和顯示、診斷、記憶等）； 14. 軟起動(dòng)裝置在起動(dòng)過(guò)程中的噪聲大?。?15. 軟起動(dòng)裝置所需要的輔助電源功率的大小。 注： 上述項(xiàng)目均屬于“裝置評(píng)分項(xiàng)目”，前五項(xiàng)屬于“過(guò)程描述參數(shù)”。 液阻軟起動(dòng) 液阻是一種由電解液形成的電阻，它導(dǎo)電的本質(zhì)是離子導(dǎo)電。它的阻值正比于相對(duì)的二塊電極板的距離，反比于電解液的電導(dǎo)率，極板距離和電導(dǎo)率都便于控制。液阻的熱容量大。液阻的這兩大特點(diǎn)（阻值可以無(wú)級(jí)控制和熱容量大），恰恰是軟起動(dòng)所需要的。加上另一個(gè)十分重要的優(yōu)勢(shì)即低成本使液阻軟起動(dòng)得到廣泛的應(yīng)用。 液阻軟起動(dòng)也有缺點(diǎn)： ◎液阻箱容積大，其根源在于阻性限流，減小容積引起溫升加大。一次軟起動(dòng)后電解液通常會(huì)有10°C~30°C的溫升，使軟起動(dòng)的重復(fù)性差。 ◎移動(dòng)極板需要有一套伺服機(jī)構(gòu)，它的移動(dòng)速度較慢，難以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)方式的多樣化。 ◎液阻軟起動(dòng)需要維護(hù)，液箱中的水，需要定期補(bǔ)充。電極板長(zhǎng)期浸泡于電解液中，表面會(huì)有一定的銹蝕，需要作表面處理（一般2至3年一次）。 ◎液阻軟起動(dòng)裝置不適合于置放在易結(jié)冰或顛簸的現(xiàn)場(chǎng)。 近年有所謂的熱變液阻軟起動(dòng)裝置，通過(guò)液阻本身在軟起動(dòng)過(guò)程中的溫升，借助電解液電導(dǎo)率與溫度的正相關(guān)性實(shí)現(xiàn)無(wú)極板伺服機(jī)構(gòu)的軟起動(dòng)。但是，其可行性大可質(zhì)疑：它的限流器件不具備限流能力易控性，裝置對(duì)使用環(huán)境溫度要求高，軟起動(dòng)重復(fù)性差。 液阻軟起動(dòng)裝置可以串在繞線電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路實(shí)現(xiàn)重載軟起動(dòng)，售價(jià)低廉，在軟起動(dòng)過(guò)程中不產(chǎn)生高次諧波等等，則是它突出的優(yōu)點(diǎn)。預(yù)言它即將被淘汰，肯定是為時(shí)過(guò)早。 液阻軟起動(dòng)裝置國(guó)外早已使用。至今，在國(guó)內(nèi)仍然運(yùn)行著不少國(guó)外的液阻軟起動(dòng)產(chǎn)品，來(lái)自日本、加拿大、意大利等國(guó)。出廠日期從60年代到90年代均有。國(guó)產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家很多，知名度較高的有湖北襄樊的追日公司、大力公司、雷諾爾公司、沈陽(yáng)前特蘭公司以及上海的幾家公司等。 晶閘管軟起動(dòng) 晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品問(wèn)世不過(guò)30年左右的時(shí)間。它是當(dāng)今電力電子器件長(zhǎng)足進(jìn)步的結(jié)果。10年前，電氣工程界就有人指出，閘管軟起動(dòng)將引發(fā)軟起動(dòng)行業(yè)的一場(chǎng)革命。目前在低壓（380伏）范圍內(nèi)，晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品價(jià)格已經(jīng)下降到液阻軟起動(dòng)的大約2倍。而其主要性能卻大大優(yōu)于液阻軟起動(dòng)。與液阻軟起動(dòng)相比，它的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，幾乎免維護(hù)，功能齊全，菜單豐富，起動(dòng)重復(fù)性好，保護(hù)周全，這些都是液阻軟起動(dòng)難以望其項(xiàng)背的。 但是晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品也有缺點(diǎn)。一是高壓產(chǎn)品的價(jià)格太高，是液阻的5~10倍，二是晶閘管引起的高次諧波較嚴(yán)重，三是對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步機(jī)無(wú)所作為。在這幾個(gè)缺點(diǎn)中，價(jià)格高是制約其發(fā)展的主要因素。對(duì)于貧者，無(wú)力選用它；對(duì)于富者，何不直接選用高壓變頻裝置？這就是高壓晶閘管軟起動(dòng)比較受冷落的原因。 生產(chǎn)高壓晶閘管軟起動(dòng)裝置的廠家主要是：Rockwell、Motortronics、Benshaw等三家國(guó)外廠家，國(guó)內(nèi)據(jù)說(shuō)某研究所近期會(huì)有此類產(chǎn)品問(wèn)世。據(jù)調(diào)查，國(guó)外廠家截至2001年9月在中國(guó)大陸的高壓晶閘管軟起動(dòng)裝置銷售量?jī)H僅為30多臺(tái)。 磁控軟起動(dòng)的工作原理和結(jié)構(gòu) 磁控軟起動(dòng)是從電抗器軟起動(dòng)衍生出來(lái)的。用三相電抗器串在電動(dòng)機(jī)定子實(shí)現(xiàn)降壓是兩者的共同點(diǎn)。磁控軟起動(dòng)不同于電抗器軟起動(dòng)的主要點(diǎn)是其電抗值可控?？傮w說(shuō)來(lái)，起動(dòng)開(kāi)始時(shí)電抗器的電抗值較大，在軟起動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)反饋調(diào)節(jié)使電抗值逐漸減小，及至軟起動(dòng)完成后被旁路。 電抗值的變化是通過(guò)控制直流勵(lì)磁電流，改變鐵芯的飽和度實(shí)現(xiàn)的，所以叫做磁控軟起動(dòng)。因?yàn)榇棚柡碗娍蛊鞯妮敵龉β时瓤刂乒β蚀髱资?，它也可以稱為“磁放大器”。由于它不具有零輸入對(duì)應(yīng)零輸出的特點(diǎn)，所以，不建議采用“磁放大器”這一詞。 磁飽和電抗器有三對(duì)交流繞組（每相一對(duì)）和三相共有的一個(gè)直流勵(lì)磁繞組。在交流繞組里流過(guò)的是電動(dòng)機(jī)定子電流，它必然會(huì)在直流勵(lì)磁繞組上感應(yīng)出電勢(shì)。后者會(huì)影響勵(lì)磁回路的運(yùn)行。用一對(duì)交流繞阻的主要原因就是為了抵消這種影響。 顯然，電抗值的調(diào)節(jié)是靜止的、無(wú)接觸的、非機(jī)械式的。這就為微電子技術(shù)的介入打開(kāi)了大門。所以，在工作原理上磁控軟起動(dòng)與晶閘管軟起動(dòng)是完全相同的。說(shuō)磁控軟起動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)軟停止，能夠具有晶閘管軟起動(dòng)所具有的幾乎全部功能，其原因蓋出于此。 高壓磁飽和電抗器在原理和結(jié)構(gòu)上與低壓（380伏）磁飽和電抗器沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，但是在某些方面采取了一些特殊處理。 磁飽和電抗器具有0.1秒量級(jí)的慣性，這使得磁控軟起動(dòng)的快速性比晶閘管軟起動(dòng)慢一個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的大慣性來(lái)說(shuō)，磁控軟起動(dòng)的慣性是不足為慮的。 有人說(shuō)磁控軟起動(dòng)不產(chǎn)生高次諧波。這是錯(cuò)誤的。只要飽和，就一定會(huì)有非線性，就一定會(huì)引起高次諧波。只是磁飽和電抗器產(chǎn)生的高次諧波會(huì)比工作于斬波狀態(tài)的晶閘管要小一些。磁控軟起動(dòng)裝置需要有相對(duì)較大功率的輔助電源，噪聲較大則是其不足之處。 QS為高壓隔離開(kāi)關(guān)，QF為真空斷路器，SR為磁飽和電抗器， M為電動(dòng)機(jī) 磁控軟起動(dòng)裝置現(xiàn)狀 發(fā)達(dá)國(guó)家很少有這類產(chǎn)品，這可能與發(fā)達(dá)國(guó)家的國(guó)情有關(guān)。 在國(guó)內(nèi)，西安某公司生產(chǎn)磁控軟起動(dòng)已有4年以上的歷史。但該公司不生產(chǎn)高壓磁控軟起動(dòng)裝置，僅僅生產(chǎn)不大于330KW的低壓磁控軟起動(dòng)裝置。它的產(chǎn)品分成二個(gè)類別，即高于160KW和低于160KW。前者需要與星/角轉(zhuǎn)換配合（因此，也只適合于定子角接的電動(dòng)機(jī)）；后者則單一地靠磁飽和電抗器。其控制系統(tǒng)仍停留在模擬集成電路階段。 天津市先導(dǎo)機(jī)電有限公司研制的高壓磁控軟起動(dòng)裝置在濟(jì)源鋼鐵公司順利投產(chǎn)，標(biāo)志著磁控軟起動(dòng)已經(jīng)踏入了高壓的門坎。該裝置的起動(dòng)對(duì)象是煉鐵廠高爐的4#風(fēng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)（6KV、2MW），軟起動(dòng)方式是3.2倍額定的恒流軟起動(dòng)，軟起動(dòng)時(shí)間為34秒，軟起動(dòng)重復(fù)性好，滿足了生產(chǎn)工藝要求。 高壓磁控軟起動(dòng)前瞻 什么是高壓磁控軟起動(dòng)裝置？它是一種兼具高壓晶閘管軟起動(dòng)裝置性能和高壓液阻軟起動(dòng)價(jià)格的裝置。所以，它有可能成為國(guó)內(nèi)乃至國(guó)外高壓軟起動(dòng)裝置市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品。 從高壓磁控軟起動(dòng)今后發(fā)展看，要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是將交流電壓等級(jí)從目前的6KV提高到10KV，預(yù)計(jì)這不會(huì)遇到大的困難。二是將容量從目前的2MW提高到20MW。 據(jù)調(diào)查，特大容量（20MW 以上）電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)至今還沒(méi)有一種圓滿的技術(shù)手段。采用專建一個(gè)變電站的辦法和重金購(gòu)買特大容量的高壓變頻裝置的辦法，都是出于無(wú)奈的辦法。 因此，液阻軟起動(dòng)、晶閘管軟起動(dòng)、磁控軟起動(dòng)都面對(duì)著特大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的挑戰(zhàn)。特大容量往往要求將限流電力器件安裝在主電室外甚至戶外，液阻軟起動(dòng)裝置將不得不面對(duì)戶外環(huán)境的問(wèn)題，特大箱體、特大極板的問(wèn)題，晶閘管軟起動(dòng)將不得不面對(duì)串、并聯(lián)高壓晶閘管的均壓、均流問(wèn)題。 磁控軟起動(dòng)面臨的主要問(wèn)題將是如何在有效防干擾的前提下把磁飽和電抗器的容量做大。特大容量磁飽和電抗器在世界上并非沒(méi)有先例。70年代末，在武漢鋼鐵公司1米7工程熱軋廠引進(jìn)的比利時(shí)ACEC公司無(wú)功補(bǔ)償裝置里，就包含了一臺(tái)這樣的飽和電抗器：10KV，30MVA，它一直運(yùn)行至今。 因此，磁控軟起動(dòng)裝置攻克特大容量電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)難題指日可待。 軟起動(dòng)相關(guān)<