浅谈电机软起动器在动力设备上的应用

浅谈电机软起动器在动力设备上的应用

通过对电动机软启动器节电原理的阐述,及电动机起动技术的分析,提出了应用电动机软起动器的优势和电动机软起动器在动力设备上的实际应用。

标签：电动机软起动器、空载、轻载、效率、功率因数、有功和无功损耗、全压起动、降压起动、起动电流、起动转矩、负载功率。

0 引言

电机电脑节电无触点软起动器是近年来在国内出现的新技术,具有节电效率高,软起动特性好等特点。对于我公司这样的大型企业,在动力设备中的应用,节能降耗的意义将十分重大。我公司具有中、小型异步电动机600余台,装机容量7000KW。电能消耗是一笔大的数目。例如:一厂区锅炉房使用软起动器后,2台75KW加压水泵,一个采暖期运行4300小时,就可节电79200Kwh;一台37KW的粉碎机,一个采暖期可节电2800Kwh。节约电能的同时维修费用也降低。

1 电动机软起动器的节电原理

在生产实际当中,一些电气设备经常处于空载或轻载状态下运行,轻载或空载的电动机在额定电压的工作条件下,效率和功率因数均很低,造成电能大量浪费。

衡量电动机节电性能的重要指标为电机空载或轻载时最低运行电压的大小,即功率因数CosΦ的大小。为了说明电动机在不同负载的情况下运行,电压U与功率因数CosΦ的关系,以Y132S-4型,5.5KW三相异步电动机为例。

如下表:

从上表中可以看出CosΦ的大小反应了负载的变化。软起动器正是利用微机技术,用单片机作CPU,用可控硅作为执行元件,实时检测电流和电压滞后角,即功率因数Φ角,输入给单片机,单片机根据最佳控制算法,输出触发脉冲,调整可控硅的导通角,即可调整可控硅的输出电压,使空载或轻载运行时降低电机的端电压,可使电机的铁损大大减小,同时也可减小电机定子铜损,从而减小电机空载或轻载时的输入功率,也就减小了电机有功和无功损耗,提高了功率因数,实现了节电控制。

2 电动机软起动技术

电动机传统的起动方式有全压起动和将压起动,软起动是一种完全区别于全压和降压起动的新的起动方式,是电子过程控制技术。所谓软起动,是以斜坡控制方式起动,使电动机转速平滑,逐步提高到额定转速。按照电动机起动电流大小进行分类,全压和降压起动属于大电流起动方式,软起动属于小电流起动方式。

全压起动,起动电流是额定电流的4-7倍,起动冲击电流是起动电流的1.5-1.7倍;起动电流大,起动转矩不相应增大,Ts=KtTn=K(0.9-1.3)Tn。

降压起动,可部分减小起动电流,起动转矩下降到额定电压的K2倍。降压起动是轻载起动,有起动冲击电流、起动电流及二次冲击电流;二次冲击电流同样对配电系统有麻烦。

全压和降压起动的大电流,致使电动机谐波磁势增大,增大后的谐波磁势又加剧了附加转矩,附加转矩是电机起动时产生震动和噪音的原因。

全压和降压起动,都要受单位时间内起动次数的限制。电动机本身的发热主要建立在短时间大电流时。如通过6倍额定电流,温升为8-15℃/S;起动装置的自耦变压器或交流接触器起动引起堆积热;如交流接触器一般要求起动次数每分钟不超过10次。而软起动器可频繁操作,具有①电动机起动电流小,温升低;②软起动器采用的无触点电子元件,除大功率可控硅外,工作时温升很低。

此外,软起动器还具有多种保护功能,配合硬件电路,软件设计有过载、断相、欠压、过压等保护程序,动作可靠程度高。归纳起来,软起动器很好的解决了全压和降压起动电流过大及其派生的许多问题。

3 软起动器在动力设备上的应用

软起动器箱内面板上设有两个速率微动开关,分别对应四种起动速率:重载、次重载、次轻载、轻载,起动时间分别是90S、70S、65S、60S。使用时根据起动负载选相应的起动速率。例如我公司供水泵电动机的起动:供水泵电动机起动的阻转矩,主要由水的静压、惯性、管道阻力、水泵的机械惯性和静动摩擦等构成。水的阻力,水泵的机械惯性、阻力均与水泵的转速,加速度及叶轮的直经有关,速度低时阻力小。水的静压阻力与扬程有关,水泵起动时,由于水管中止回阀的作用,静压与摩擦不同时起作用,有利于起动。供水泵起动阻转矩为额定转矩的30%,属于轻载起动。在实际应用中供水泵电机轻载运行者居多,节电潜力大。

引风机用电动机的起动:其起动转矩与离心式水泵类似,阻转矩都与转速成正比,但是,风机与水泵的结构不同,风机的转动惯量比水泵大的多,空气的流动性比水小,如果风机不关风阀起动,将因空气升能,管道阻力,摩擦阻力等因素,致使风机起动比水泵难,起动加速的时间较长,风机起动属重载起动。

风机输送的流体——烟气的温度也是影响风机负荷量大小的重要因素。温度不同,烟气的容量及密度变化大,温度低时,烟气似凝滞状态,风机负荷量增大。锅炉开炉之初,炉膛内温度低,一般需要30分钟炉温才能升上来,这段时间里,引风机处于超负荷运行阶段。如:一台引风机配用电机22KW,输送的烟气温度200℃,容量7.3N/m3。如输送烟气温度20℃时,负载功率:

N=KYQH/η*1/ηt=27.78KW

式中:

K——电机容量储备系数,对引风机取1.3 。

Y——流体容量(N/m3)

Q——风机流量(m3/h)

H——全压(Kgf/m2)

η、ηt——风机效率

由上式可知,其负载功率增大。

风机负载变化大,从风机特性曲线上可看出。一般风机功率计算的工作温度参数200℃,只是取近似中间值。输送的烟气温度越高,阻转矩越小;反之,输送的烟气温度越低,阻转矩越大。风机在起动之初,要求关闭风阀,实际应用中则是将风阀固定住。所以在选用软起动器时,要根据风机起动时电动机工作电流的大小,来选择相匹配的软起动器。风机的节电潜力在高炉温区段。

软起动器结构简单,接线安装方便,节电显著,是电动机起动与运行技术的发展趋势。