電機(jī)啟動(dòng)的幾種方式

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　1、前言

　　滑雪的人都明白這樣一個(gè)道理：突然、急劇的拉動(dòng)容易使人摔倒。而在工業(yè)應(yīng)用方面，許多企業(yè)每年都要為他們所使用的電動(dòng)機(jī)（用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇、壓碎機(jī)、攪拌器、水泵、傳送帶等等）的這種突然、急劇啟動(dòng)浪費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元，每天都有數(shù)不盡的交流電動(dòng)機(jī)在不必要的處于重荷之下。

　　交流電動(dòng)機(jī)的這種突然而劇烈的啟動(dòng)主要會(huì)造成以下幾個(gè)方面的損失：

　?。?）直接在線啟動(dòng)或星－三角啟動(dòng)產(chǎn)生的電壓和電流瞬變?nèi)菀讓?dǎo)致電氣故障。電壓和電流的瞬變現(xiàn)象可能導(dǎo)致當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)過(guò)荷，從而引起不良的電壓變化，并最終影響到同電網(wǎng)中的其它電氣設(shè)備。

　?。?）導(dǎo)致從電動(dòng)機(jī)到啟動(dòng)設(shè)備及到強(qiáng)應(yīng)力等這一整個(gè)驅(qū)動(dòng)鏈的機(jī)械故障。

　?。?）運(yùn)行故障：例如使管路系統(tǒng)產(chǎn)生壓力振動(dòng)，對(duì)傳送帶上的產(chǎn)品造成損壞，以及使電梯乘坐不舒適。

　　此外，經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題也是很明顯的：每一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，每一次的故障，都會(huì)因維修甚至?xí)和Ｉa(chǎn)而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。在工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)中，這就會(huì)導(dǎo)致預(yù)算外生產(chǎn)成本的增加。

　　2、軟啟動(dòng)器的開發(fā)歷程

　　交流電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題由來(lái)已久，人們一直在試圖找出一種能夠徹底解決問(wèn)題的辦法，在此過(guò)程中，先后主要研究開發(fā)了下面幾種啟動(dòng)方式。

　　2.1、星－三角啟動(dòng)器

　　星－三角啟動(dòng)器是一個(gè)較早的解決辦法。在啟動(dòng)過(guò)程中，電網(wǎng)的相位接頭和中性接頭之間，電動(dòng)機(jī)定子繞組與啟動(dòng)器進(jìn)行星型連接，從而可以降低電動(dòng)機(jī)電壓，及至降低電流大約；一旦克服主慣量之后，電動(dòng)機(jī)定子繞組在電網(wǎng)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，這種啟動(dòng)器不能從根本上消除機(jī)械和電氣瞬變現(xiàn)象，只能使其稍微減弱，使他們穿過(guò)時(shí)間軸上的兩個(gè)點(diǎn)——從隨后的星－三角切換至原點(diǎn)。

　　星－三角啟動(dòng)法只適用于正常工況，在其它工況下，從星形到三角形之間的切換有時(shí)候比直接在線啟動(dòng)情況還要糟糕。

　　因此，星－三角啟動(dòng)器對(duì)于該問(wèn)題來(lái)說(shuō)只能算是一個(gè)粗淺而有限的解決辦法。

　　2.2、滑環(huán)電動(dòng)機(jī)

　　另一個(gè)早期的解決辦法就是滑環(huán)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)由一個(gè)經(jīng)滑環(huán)與轉(zhuǎn)子電路連接的啟動(dòng)變阻器啟動(dòng)。采用這種方法，雖然電動(dòng)機(jī)的扭矩仍能維持在足以啟動(dòng)負(fù)荷的必要水平，但啟動(dòng)電流已經(jīng)降低了。

　　在啟動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)獲得速度，轉(zhuǎn)子電阻逐漸降低，一旦啟動(dòng)變阻器完全脫離電路，電動(dòng)機(jī)就可達(dá)到其最大轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組也在該點(diǎn)短路，因此，電動(dòng)機(jī)由此點(diǎn)開始作為普通的鼠籠式電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。

　　滑環(huán)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是扭矩較高而啟動(dòng)電流受到限制，主要適用于啟動(dòng)負(fù)荷較高的電動(dòng)機(jī)，如壓碎機(jī)和磨坊用電動(dòng)機(jī)；而其不利之處就在于它的機(jī)械和電氣結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，且電刷、滑環(huán)、電阻器和接頭的使用又使成本（包括維護(hù)成本）增加，可靠性降低。

　　2.3、頻率轉(zhuǎn)換器

　　頻率轉(zhuǎn)換器從技術(shù)來(lái)說(shuō)要優(yōu)于上述兩種解決方法：因?yàn)樗梢栽陔妱?dòng)機(jī)從啟動(dòng)到正常運(yùn)行再到停機(jī)的每一次運(yùn)行循環(huán)中，對(duì)轉(zhuǎn)速、扭矩和功率等所有相對(duì)變量進(jìn)行精確控制；另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)就是其控制設(shè)備為靜態(tài)，即沒有移動(dòng)部件。其可靠性因而也提高了，維護(hù)工作量很小。

　　然而，頻率轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是前期投資成本相對(duì)過(guò)大，這一點(diǎn)限制了其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其在那些正常運(yùn)行中實(shí)際上并不要求定時(shí)控制的設(shè)備中的應(yīng)用。

　　不過(guò)，隨著技術(shù)的不斷更新以及價(jià)格的下降，頻率轉(zhuǎn)換器已經(jīng)贏得了很大的市場(chǎng)。今天，它已在實(shí)際應(yīng)用中取代了滑環(huán)電動(dòng)機(jī)。

　　2.4、軟啟動(dòng)器

　　軟啟動(dòng)器于20世紀(jì)70年代末到80年代初投入市場(chǎng)，它與頻率轉(zhuǎn)換器相似，同樣以電子和可控硅為基礎(chǔ)?？梢赃@樣說(shuō)，它填補(bǔ)了星－三角啟動(dòng)器和頻率轉(zhuǎn)換器在功能實(shí)用性和價(jià)格之間的鴻溝。采用軟啟動(dòng)器，可以控制電動(dòng)機(jī)的電壓，使其在啟動(dòng)過(guò)程中逐漸地升高，很自然地限制啟動(dòng)電流。這就意味著電動(dòng)機(jī)可以平穩(wěn)地啟動(dòng)，機(jī)械和電應(yīng)力也降至最??；該裝置還有一種附帶的功能，即可用來(lái)“軟”停機(jī)。

　　由于該啟動(dòng)器采用電子式電路，可以相對(duì)比較容易地通過(guò)安全和事故指示燈增強(qiáng)其基本功能，改善電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，簡(jiǎn)化故障查找，如失相、過(guò)電流和超高溫保護(hù)，以及正常運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)滿電壓和某些故障指示。象斜坡電壓和初始電壓等所有設(shè)定值都可以很容易地在啟動(dòng)器面板上設(shè)定。

　　另外，軟啟動(dòng)器除了完全能夠滿足電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)這一基本要求外，還具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如可靠性高、維護(hù)量小、電動(dòng)機(jī)保護(hù)良好以及參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單。

　　然而軟啟動(dòng)器仍有一個(gè)缺陷，那就是不能長(zhǎng)時(shí)間用于啟動(dòng)扭矩要求很高的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置上。這種局限性主要因?yàn)?，軟啟?dòng)器實(shí)際上是靠將自身電壓斜坡式抬升至最大值（而在停機(jī)過(guò)程中又逐漸下降至設(shè)定的關(guān)機(jī)水平）來(lái)完成工作。由于扭矩與電壓平方成正比，連接電動(dòng)機(jī)不能從一開始就達(dá)到最大扭矩，因此，軟啟動(dòng)器更適合于水泵、風(fēng)扇、傳送帶、電梯等輕型易啟動(dòng)的設(shè)備。

　　3ABB新型軟啟動(dòng)器系列

　　ABB自從20世紀(jì)80年代初就開始研制生產(chǎn)軟啟動(dòng)器，其間所獲得的寶貴經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)成功地應(yīng)用到今天的新系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中。最新的PS S系列在許多方面進(jìn)行了改進(jìn)，適用于電流3～515A，電源電壓208～690V的電動(dòng)機(jī)。

　　這種新產(chǎn)品系列具有以下幾個(gè)重要的特點(diǎn)：

　?。?）集成化：在一定的安裝平面上可以安裝更多的軟啟動(dòng)器。

　?。?）易于安裝：該裝置可以用螺絲釘固定到安裝板（只需4個(gè)孔）上，或者，固定在安裝軌上。這兩種安裝方式的電纜連接都很方便，且面板上有清晰的操作提示。

　?。?）設(shè)置方便：由于只有3種設(shè)置（啟動(dòng)電壓斜坡、停機(jī)電壓斜坡和初始電壓），軟啟動(dòng)器的適用范圍很廣，面板上刻度標(biāo)識(shí)非常清晰的旋轉(zhuǎn)開關(guān)有助于你很方便地設(shè)定這些值。

　?。?）固態(tài)電路：這有利于確保最高的可靠性，并將維護(hù)工作降至最低限度，即使對(duì)于啟動(dòng)和停機(jī)非常頻繁的設(shè)備依然如此。

　　3.1、“內(nèi)三角”連接

　　PS S系列中絕大部分啟動(dòng)器都可以與電動(dòng)機(jī)的三角形電路連接，其結(jié)果就象一個(gè)星－三角啟動(dòng)器，稱之為“內(nèi)三角”連接。這種連接可使軟啟動(dòng)器的電流負(fù)荷降低，從而使電流控制范圍擴(kuò)大至515A，可以滿足任何較小的應(yīng)用設(shè)備，并能夠?yàn)橛脩艄?jié)約更多的空間和金錢。

　　3.2、設(shè)計(jì)安全耐用

　　該裝置外包裝堅(jiān)固，并且對(duì)所有有生命的東西均有良好的絕緣，因此，不怕野蠻裝卸，不會(huì)對(duì)人產(chǎn)生危險(xiǎn)。其電路也基本上是無(wú)故障設(shè)計(jì)，即使遇到很難出現(xiàn)的內(nèi)部故障，該裝置也會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)以保護(hù)所連接的其它設(shè)備。

　　3.3S S 03……25 3～25A集成軟啟動(dòng)器

　　該系列軟啟動(dòng)器設(shè)計(jì)用于額定電流在3～25A，主電壓分別為230V、400V、500V以及600V的小型電動(dòng)機(jī)，可以并排安裝在DIN軌道上。這些啟動(dòng)器在主電路上都配備有旁路接頭，可在正常運(yùn)行時(shí)替代可控硅以減少發(fā)熱。

　　每個(gè)啟動(dòng)器都可以與控制電壓范圍在24～110V的AC/DC或者110～480V的AC電路連接，從而減化與現(xiàn)有控制系統(tǒng)的接入程序，減少該裝置的換代更新次數(shù)。

　　3.4PS S 18/30……30/515適用于18～515A的通用啟動(dòng)器

　　這種系列的啟動(dòng)器適用于大型電動(dòng)機(jī)，且安裝和適應(yīng)性更強(qiáng)。該系列啟動(dòng)器適用于額定電流為18～300A的電動(dòng)機(jī)，由于它們可以象星－三角啟動(dòng)器一樣接入三角電路（圖3），適用電流最高可達(dá)515A.這一特性使其能夠比任何同類產(chǎn)品都更容易替代現(xiàn)有的星－三角啟動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)更為平穩(wěn)的啟動(dòng)（和停機(jī)）。

　　固態(tài)電路設(shè)計(jì)（主電路上無(wú)機(jī)電接頭）使這種啟動(dòng)器特別適用于那些需要頻繁啟動(dòng)和停機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。

　　所有該系列的啟動(dòng)器均可與一個(gè)單獨(dú)的限制電路連接，從而可設(shè)定一個(gè)能與任何斜坡時(shí)間接近的最大啟動(dòng)電流。該功能簡(jiǎn)化了設(shè)置，尤其對(duì)于那些啟動(dòng)時(shí)間很長(zhǎng)、慣量很高的設(shè)備更是如此。

　　這種啟動(dòng)器還配備了4個(gè)LED指示燈，分別表示“開機(jī)”、“滿電壓”、“外部故障”和“一般故障”以及1個(gè)內(nèi)置式重大故障指示繼電器。這些診斷功能簡(jiǎn)化了監(jiān)測(cè)及故障識(shí)別。

　　該系列啟動(dòng)器的設(shè)計(jì)適用系數(shù)為110％～115％，換句話說(shuō)它們可以處理連接電動(dòng)機(jī)的過(guò)電流問(wèn)題。

　　內(nèi)置式旁路信號(hào)繼電器可用于控制在連續(xù)運(yùn)行或當(dāng)利用同一啟動(dòng)器先后啟動(dòng)幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)所需的旁路可控硅接頭。

　　4、結(jié)束語(yǔ)

　　軟啟動(dòng)器對(duì)于工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)其好處可謂比比皆是。很少有某個(gè)生產(chǎn)場(chǎng)所不需要電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)設(shè)備，不會(huì)得益于ABB的新型軟啟動(dòng)器，這是許多ABB軟啟動(dòng)器的受益人所得出的共同結(jié)論。軟啟動(dòng)器的強(qiáng)大的適用功能和精巧的設(shè)計(jì)特點(diǎn)使其在許多現(xiàn)代企業(yè)的“必備設(shè)備”清單之列中亦占有一席之地。