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大功率設備軟啟動的方式及優(yōu)缺點比較
摘要：本文簡要介紹了大功率設備軟啟動的幾種常見方式，固態(tài)軟啟動、液態(tài)軟啟動、采用液力耦合器的軟啟動技術及其優(yōu)缺點比較。著重介紹了三相晶閘管電子軟啟動技術的工作原理，結構特點。并通過應用實例說明了軟啟動的可行性和必要性。
關鍵詞：大功率設備 軟啟動 電動機 晶閘管
0 引言
大功率設備的應用十分廣泛。在生產過程中，電動機要經常啟動、停止，其啟動性能的優(yōu)劣對生產影響很大，這是因為大功率電動機，其強大的啟動電流會造成較大的線路電壓降落，引起電網電壓降低，不僅影響其他用電設備的正常工作，而且對動力變壓器也會產生較大的沖擊，所以，選擇合理的啟動方式受到相關技術人員的高度重視[1]。
1 軟啟動簡述
1。1 軟啟動與一般降壓啟動的區(qū)別 在啟動電動機時，可以通過降低加到電動機定子繞組的電壓來減小電動機的啟動電流。軟啟動是在規(guī)定的啟動時間內，用調壓裝置將啟動電壓，連續(xù)平穩(wěn)地上升，直至達到額定電壓。可用n=f（M）來表示異步電動機的機械特性。
軟啟動是從初始電壓開始，電壓平衡連續(xù)的增大。從圖1中的0。5U所標注的曲線連續(xù)的平滑的向右平行移動，一直平穩(wěn)到與額定電壓Ue所指的曲線重合時為止，那么電動機的轉矩就會平滑地增大，一直到轉矩為最大值Mm時為止，啟動結束。這樣，在啟動過程中電動機的轉矩是平滑的而不是跳躍的，啟動過程是平穩(wěn)的，所以叫軟啟動[2]。
若采用一般降壓啟動，假設啟動電壓U=0。5Ue，則電動機啟動時的轉矩為0。25M，即啟動時的轉矩僅有電動機最大轉矩的1/4。如果在此時將電壓增加到電動機的額定電壓Ue，那么電動機的轉矩就會瞬間由1/4跳到M，這種的啟動過程是不平滑、不平穩(wěn)的，因此又稱為硬啟動，在要求穩(wěn)啟動的場合不應采用這種啟動方式。
1。2 固態(tài)（晶閘管電子）軟啟動的原理 在大容量電動機啟動時，三相晶閘管軟啟動已經得到廣泛的應用，其啟動過程平穩(wěn)，諧波的含量，轉矩的沖擊以及沖擊的電流都相對較小，且價格適中，技術較為成熟。晶閘管調壓軟啟動器采用反并聯(lián)接線的晶閘管、連接在電動機的三相繞組上，在電動機啟動過程中，通過調節(jié)晶閘管的導通角大小，使電動機的啟動電流可隨著設定的規(guī)律變化而改變。這樣人們就可以根據需要來選擇和調節(jié)電動的啟動方式與啟動時電流的大小，從而可使電動機可依據繼電器的保護性能而達到最優(yōu)的啟動過程。晶閘管調壓軟啟動的工作原理]。
2 晶閘管的軟啟動方式
2。1 電壓斜坡式軟啟動 通過調節(jié)電動機輸入電壓的升高速率來實現電動機的軟啟動，適用于不同斜率電壓升高量的啟動，是一種常見的啟動方式。
U1（30％）為電動機啟動所需最小轉矩對應的初始電壓。當電動機啟動時，軟啟動器的輸出電壓迅速上升到整定值U1，然后按設定的速率逐漸增加，直至達到電網電壓。此種軟啟動一般適用于輕載或空載的啟動，也適用于啟動轉矩隨著轉速的增大而增大的設備，如普通車床、沖床及抽水泵等[4]。
2。2 階躍恒流式軟啟動 對于一些啟動轉矩要求比較大的設備（如采用斜坡啟動）通常不能用正常地方式啟動，需要采用階躍恒流式的軟啟動方式，在初始啟動時，將電動機的啟動電流瞬間增大到所設定的啟動電流值I、并保持電流大小直至完成啟動過程，如圖4所示。這種啟動方式在啟動瞬間的啟動轉矩較大，適用于較大負載的啟動，如一些帶負載啟動的設備。該啟動方式即為乙烯裝置空壓機電機采用的啟動方式[5]。
2。3 脈沖恒流式軟啟動 它可附加在限流軟啟動方式中，適用于需要較高啟動轉矩的設備，從而較快地完成電機啟動過程。用戶可自行選擇脈沖時間。該方式啟動初始階段有一個較大的啟動沖擊電流，大于設定的恒流啟動值I，從而產生較大的沖擊矩去克服較大的靜摩擦轉矩，以此啟動設備，進而即進入恒流啟動階段，直至啟動完畢。如圖5所示。脈沖恒流軟啟動方式的啟動沖擊轉矩大，適用于皮帶輸送機、粉碎機的滿載啟動等重載啟動。
3 液態(tài)軟啟動
水電阻啟動器是根據電動機降壓啟動理論，在電動機的定子回路中串入一適當的可調節(jié)式水電阻進行分壓，充分利用水電阻的可調性能與可恢復性能優(yōu)良，熱容量相對較大的特點，通過控制系統(tǒng)來調節(jié)傳動機構，帶動電極的極板運動，改變定、動極板之間的距離，從而改變水電阻阻值的大小，促使同步變化水電阻的阻值與電動機轉差率，達到恒電流啟動的目的。使用該啟動器來啟動電機時，可使電動機穩(wěn)步加速至額定轉速，并縮短其啟動的時間，在啟動完成后，星點接觸器便會自動接入并旁路的水電阻，電動機將在額定電壓下運行。
4 液態(tài)（水電阻）與固態(tài)（晶閘管）軟啟動器的比較[6]
5 采用液力耦合器的軟啟動技術
5。1 若從工作原理和機械結構的角度看，液力耦合器的輸出轉速和輸入轉速之比一般不能高于95％，即不能同步運行輸入與輸出軸，因而會損失較多功率，發(fā)熱情況十分嚴重，這將會明顯降低傳動系統(tǒng)的效率。如果大功率設備的長期運行，這種功率損失會顯著提高企業(yè)的生產成本、導致企業(yè)的經濟效益的下滑。
5。2 在采用調速型液力耦合器作為軟啟動裝置時，電動機的啟動電流仍然較大（5～8倍的額定電流），因此需要嚴格限制電動機的啟動次數。與其他調速方式相比，由于受到原理結構的制約，調速型液力耦合器的有效調速范圍較小，其可控性也較差。
5。3 調速型液力耦合器體積龐大，系統(tǒng)復雜，并且具有高速旋轉的大直徑部件，當它分別與電動機和減速機聯(lián)接之后，所占空間更大，在安裝空間有限的場合無法正常使用。用液力耦合器作為軟啟動傳動裝置的主要優(yōu)點在于液力耦合器的技術相對成熟，價格合理，井下的隔爆要求易于實現，尤其是采用水介質的液力耦合器具有優(yōu)良的隔爆性能，目前主要應用在刮板輸送機、帶式輸送機、轉載機等煤礦機械設備的傳動系統(tǒng)中[7]。
6 結語
由于固態(tài)（晶閘管）電機軟啟動器具有優(yōu)良的特性，所以其應用越來越廣泛。我國中（高）密度纖維板生產企業(yè)正在用這種啟動器來逐步取代液態(tài)（水電阻）啟動器；但由于液態(tài)（水電阻）啟動器結構簡單，價格相對便宜，故目前也有一定的應用。三相晶閘管調壓軟啟動實現了大容量電動機的平穩(wěn)啟動，消除了因大容量電動機的啟動造成對電網沖擊的可能，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，與其它同類啟動方式的產品相比，采用軟啟動器的啟動方式可以減小設備易損件的更換周期，降低運行成本，有效地保證了生產的正常、連續(xù)運行。
參考文獻：
[1]唐振鵬。上灣洗煤廠6kV電動機啟動方式的分析與改進。煤炭工程。2009。
[2]張以都。國內外重載機械設備軟啟動技術的研究。煤炭科學技術。2001。
[3]王傳成。利用晶閘管交流調壓器實現大功率三相異步電動機的軟啟動。中國設備工程。2003。
[4]馬自玫。隔爆高壓軟啟動設備在煤礦井下的應用。煤炭科學技術。2004。
[4]周芹剛，孫本勝。大功率電機啟動方式的比較與選擇。氯堿工業(yè)[8]。2007。
[5]盧勇。軟啟動技術在大型感應電動機中的應用。動力與電氣工程。2009。
[6]石戰(zhàn)平。淺談中（高）密度纖維板廠10kV高壓電機啟動；林業(yè)機械與木工設備37[7]；2009。
[7]薄祥群，江衛(wèi)，田素華；高壓大功率電動機自動電液變阻軟啟動的研究與應用；中國設備工程；2007
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