電力電子軟啟動器資料

1、 電力電子軟啟動器節(jié)能控制方式及應(yīng)用 時間：2012年12月5日引言交流電動機(jī)在目前電力能源消耗中占有很大比重，交流電動機(jī)和直流電動機(jī)相比存在許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，電動機(jī)往往工作于負(fù)荷較小的狀態(tài)，因此效率、功率因數(shù)均較低，這就造成了電能的很大浪費(fèi)。所謂起動過程是在交流傳動系統(tǒng)中，當(dāng)異步電動機(jī)投入電網(wǎng)時，其轉(zhuǎn)速由零開始上升，轉(zhuǎn)速升到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的全過程。如不采用任何起動裝置的情況下，直接加額定電壓到定子繞組起動電動機(jī)時，電機(jī)的起動電流可達(dá)額定電流的48倍，其轉(zhuǎn)速也在很短時間內(nèi)由零上升到額定轉(zhuǎn)速。同時三相感應(yīng)電動機(jī)起動時的轉(zhuǎn)矩沖擊較大，一般可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的兩倍以上。起動時過高的電流一方面會造成嚴(yán)重的

2、電網(wǎng)沖擊，給電網(wǎng)造成過大的電壓降落，降低電網(wǎng)電能質(zhì)量并影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。而過大的轉(zhuǎn)矩沖擊又將造成機(jī)械應(yīng)力沖擊，影響電動機(jī)本身及其拖動設(shè)備的使用壽命。因此，通常總是力求在較小的起動起動電流下得到足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。利用變頻器雖然可以起到良好的節(jié)能作用，但其價格昂貴限制了它的應(yīng)用，而電動機(jī)軟啟動器常作為電動機(jī)的基本控制電器，使用軟啟動器配以相應(yīng)的節(jié)能控制算法也可以起到一定的節(jié)能效果。具有節(jié)能功能的軟啟動器可對電機(jī)電流、功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，控制電動機(jī)的端電壓變化，使其在欠載或空載的情況下調(diào)整電動機(jī)的電壓，降低勵磁電流，從而達(dá)到節(jié)能的目的。目錄引言- 1 -目錄- 2 -1課題調(diào)研方案- 4 -1.

3、1背景及意義- 4 -1.2課題目的- 5 -1.3課題現(xiàn)狀- 5 -1.4課題內(nèi)容- 6 -1. 5研究方式- 6 -2傳統(tǒng)電機(jī)起動的弊端- 7 -2.1對電網(wǎng)的影響- 8 -2.2對電機(jī)的影響- 8 -2.3對機(jī)械設(shè)備的影響- 8 -3軟啟動器基礎(chǔ)知識- 9 -3.1軟啟動器概念- 9 -3.2電機(jī)的軟啟動- 9 -3.3軟啟動器節(jié)能的工作原理- 10 -感應(yīng)電動機(jī)的工作特性- 10 -感應(yīng)電動機(jī)功率和損耗- 10 -降壓節(jié)能的機(jī)理- 12 -3.4軟啟動器的控制方式- 12 -電壓斜坡式軟啟動- 13 -階躍恒流式軟啟動- 13 -脈沖恒流式軟啟動- 14 -電壓雙斜坡起動- 14 -起

4、動性能的比較- 15 -3.5軟啟動節(jié)能的條件- 15 -3.6軟啟動器應(yīng)用場合- 17 -4電機(jī)節(jié)能效果的影響因素- 18 -4.1節(jié)能效果同負(fù)載特性的關(guān)系- 18 -節(jié)能效果同負(fù)荷率的關(guān)系- 18 -節(jié)能效果同負(fù)載特性的關(guān)系- 19 -4.2節(jié)能效果同其它因素的關(guān)系- 20 -5異步電動機(jī)起動系統(tǒng)的仿真模型- 21 -6軟啟動節(jié)能控制方式的實(shí)際應(yīng)用效果- 22 -6.1軟啟動器在河南全新機(jī)電魯廠的應(yīng)用- 22 -6.2軟啟動器在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用- 23 -7軟啟動器節(jié)能運(yùn)行帶來的問題- 25 -7.1轉(zhuǎn)差功率損耗- 25 -7.2采用節(jié)能控制對電動機(jī)的影響- 26 -7.3采用節(jié)能控制對軟起動

5、器自身的影響- 26 -7.4采用節(jié)能控制對電網(wǎng)的影響- 27 -8軟啟動器節(jié)能控制的正確應(yīng)用- 28 -9軟啟動的發(fā)展方向- 30 -9.1高壓固態(tài)軟啟動器- 30 -9.2智能型軟啟動器- 30 -9.3變頻器型軟啟動器- 30 -10結(jié)論- 31 -參考文獻(xiàn)- 32 -1課題調(diào)研方案1.1背景及意義交流異步電動機(jī)以其成本低、高可靠性及維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)，在各種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但是在電機(jī)直接啟動時，存在著兩大缺欠：其一是它的啟動電流高達(dá)7 8 倍，這就要求電網(wǎng)容量足夠大，同時這樣大的啟動電流會降低電器控制設(shè)備的使用效率，增加維修成本；其次，啟動轉(zhuǎn)矩可達(dá)正常轉(zhuǎn)矩的兩倍以上，這會對負(fù)載

6、等機(jī)械設(shè)備造成機(jī)械沖擊，增加其傳動部件的維護(hù)工作量。當(dāng)前，國家大力推廣節(jié)能和綠色建筑的設(shè)計理念，增設(shè)有節(jié)能降耗功能的先進(jìn)設(shè)備顯得越來越重要。運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟啟動器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至啟動結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓。由晶閘管自動跟蹤供電，能隨時跟蹤負(fù)載的變化大小，自動調(diào)節(jié)供電電壓；避免電能的浪費(fèi)，大大提高電機(jī)運(yùn)行效率，最大限度地提高了電機(jī)的有功功率的比率，并且還提供軟停車功能。軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊，真正做到一機(jī)多用，并且價格低廉，是電機(jī)理想的控制設(shè)備。傳統(tǒng)的降壓啟動方式，

7、無論是星型三角型接法還是自偶變壓器降壓啟動等方式，雖然減少了啟動電流，但啟動轉(zhuǎn)矩也同時減少，只能應(yīng)用在輕載或空載啟動場合。傳統(tǒng)的停止制動方式采用自然停止或抱閘制動等停車方式，容易產(chǎn)生水錘效應(yīng)，對負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，用軟啟動器啟動電動機(jī)時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。電機(jī)節(jié)能不但能產(chǎn)生巨大的社會效益，而且能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計電動機(jī)節(jié)能率每提高一個百分點(diǎn)，我國每年就能節(jié)省電費(fèi)幾十億元，因此異步電機(jī)的啟動和降耗節(jié)能己成為當(dāng)今電氣行業(yè)的一個重要課題。1.2課

8、題目的當(dāng)前我國迫切需要提高電能的利用效率，電子軟啟動器作為電動機(jī)控制裝置配合適當(dāng)?shù)目刂瞥绦蚩梢云鸬搅己玫墓?jié)能作用。本次實(shí)踐調(diào)研從電機(jī)理論入手，闡述軟起動器節(jié)能控制的工作原理，分析典型負(fù)載的特性與應(yīng)用節(jié)能控制的效果之間的關(guān)系，并總結(jié)了實(shí)際應(yīng)用軟啟動器節(jié)能控制需滿足的條件。軟起動器是一種集電機(jī)軟啟動、軟停機(jī)、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，相比于傳統(tǒng)的起動器，它突出的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能夠連續(xù)無級的調(diào)節(jié)電機(jī)起動、沖擊轉(zhuǎn)矩和沖擊電流小、控制簡便、起動重復(fù)性好以及體積小等方面。1.3課題現(xiàn)狀1）本次調(diào)研搜集了大量的軟啟動器相關(guān)知識，并且在專業(yè)指導(dǎo)老師的全程指導(dǎo)下進(jìn)行了全面的歸納、整理和總結(jié)。2

9、）調(diào)研報告緊密結(jié)合黨和國家關(guān)于節(jié)能和綠色建筑的設(shè)計理念，軟啟動器具有零污染、低能耗、易操作、易控制和易推廣等許多優(yōu)點(diǎn)。3）盡管軟啟動器已經(jīng)被應(yīng)用到了實(shí)際產(chǎn)生，但一些廠家對軟啟動器節(jié)能效果的認(rèn)識不是很全面，加之考慮到其設(shè)備價格和應(yīng)用后所引起的其他問題，就產(chǎn)生了不解和困惑。本次調(diào)研系統(tǒng)地概括了軟啟動器的性能和使用技巧，通過科學(xué)的理論內(nèi)容、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為廠家提供了一份專業(yè)的指導(dǎo)說明書。4）本次調(diào)研首先通過比較軟啟動器、傳統(tǒng)起動方式和變頻器的起動性能，然后用一些具有代表性的應(yīng)用實(shí)例來說明軟啟動器的節(jié)能效果。1.4課題內(nèi)容首先，介紹了我國電機(jī)起動節(jié)能技術(shù)發(fā)展的狀況和應(yīng)用情況，并提出了論文的研究目的和主

10、要工作。其次,詳細(xì)地研究了軟起動器的工作原理、節(jié)能控制方式、節(jié)能條件和應(yīng)用場合，還分析了軟啟動器節(jié)能效果的影響因素，特別是其與負(fù)載特性的關(guān)系。然后，主要分析了軟啟動器在河南全新機(jī)電魯廠和風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用效果，還分別比較了其安裝軟啟動器前后的性能。最后，通過查閱相關(guān)資料，歸納了軟啟動器啟動時帶來的問題，其主要問題包括轉(zhuǎn)差率損耗、電機(jī)損耗和軟啟動器自身損耗，以及其對電網(wǎng)的影響。與此同時，概括了了軟啟動器節(jié)能控制方式的正確使用，并總結(jié)了本課題的研究成果。1. 5研究方式1）圖書館借閱書籍，電子書刊閱覽，互聯(lián)網(wǎng)查找，咨詢指導(dǎo)老師等。2）用MATLAB搭建異步電動機(jī)起動系統(tǒng)的仿真模型，驗(yàn)證軟啟動器是否能夠改

11、善和控制異步電動機(jī)的啟動過程和節(jié)能效果分析。2傳統(tǒng)電機(jī)起動的弊端中大功率電動機(jī)的起動問題往往采用一些傳統(tǒng)的起動方式及設(shè)備，如:定子回路串電抗器起動、自耦變壓器降壓起動、Y/變換方式起動、延邊三角形起動方式等。這些傳統(tǒng)的降壓起動方式普遍存在著起動設(shè)備復(fù)雜，故障率高，而且還屬于有級降壓起動，部分起動方式存在起動電流大或起動轉(zhuǎn)矩偏小等弊端。 例如：定子串電抗器起動，起動電流一般是標(biāo)稱電流的3-4倍，起動轉(zhuǎn)矩是標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的0.4-0.6倍;用于三端子電機(jī)，起動時不斷增加阻性轉(zhuǎn)矩，有高電流峰值，且設(shè)備笨重，需要維護(hù);無起停參數(shù)調(diào)整，同時這種起動方式能源浪費(fèi)也大。星-三角起動的起動電流一般是標(biāo)稱電流的1.8

12、-2.6倍，而起動轉(zhuǎn)矩是標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的0.33倍;應(yīng)用的電機(jī)一般為六端子電機(jī)，多用于空載起動或低阻性轉(zhuǎn)矩起動;設(shè)備維護(hù)量較大。自耦變壓器起動時其起動電流一般是標(biāo)稱電流的1.7-4倍，而起動轉(zhuǎn)矩是標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的0.4-0.55倍;多應(yīng)用于三端子高功率電機(jī)，在電壓變化時起動，會出現(xiàn)大壓降和高電流峰值;設(shè)備較笨重，維護(hù)量大。一般工況中不同傳統(tǒng)起動方式的特點(diǎn)如下表一所示: 表1 異步電機(jī)不同起動方式的特點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)傳統(tǒng)起動方式直接起動自耦變壓器起動定子串電抗起動星-三角起動起動電流I為直接起動電流的倍數(shù)100%30%40%58%70%33%起動轉(zhuǎn)矩為直接起動轉(zhuǎn)矩的倍數(shù)100%40%85%40%60%33%起動級

13、數(shù)143或23或22接到電動機(jī)的線數(shù)3336線電流過載倍數(shù)510In1.74In34In1.82.6In2.1對電網(wǎng)的影響當(dāng)電動機(jī)直接起動時，起動電流為正常工作電流的57倍，此電流作用在有限容量電網(wǎng)的阻抗上就會產(chǎn)生壓降，電網(wǎng)電壓降低到一定程度就會影響電網(wǎng)上其它設(shè)備的正常工作，要解決此問題，一個辦法是加大電網(wǎng)容量，但電網(wǎng)容量的加大不僅需要增加變壓器容量，線路容量致使費(fèi)用大大提高，在起動結(jié)束，電機(jī)正常運(yùn)行時，電網(wǎng)的容量得不到充分的利用，同時加大的變壓器的空載損耗也大大增加了，白白的浪費(fèi)了很多電能。對電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在兩個方面： 超大型電機(jī)直接起動的大電流對電網(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對電網(wǎng)的沖擊

14、，常常會引發(fā)功率振蕩，使電網(wǎng)失去穩(wěn)定。 起動電流中含有大量的高次諧波，會與電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護(hù)誤動作、自動控制失靈等故障。2.2對電機(jī)的影響破壞電機(jī)絕緣，降低電機(jī)壽命： 大電流產(chǎn)生的焦耳熱反復(fù)作用于導(dǎo)線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。 大電流產(chǎn)生的機(jī)械力使導(dǎo)線相互摩擦，降低絕緣壽命。 高壓開關(guān)合閘時觸頭的抖動現(xiàn)象會在電機(jī)定子繞組上產(chǎn)生操作過電壓，有時會達(dá)到外加電壓的5倍以上，這樣高的過電壓會對電機(jī)絕緣造成極大傷害。2.3對機(jī)械設(shè)備的影響 全壓直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩大約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機(jī)械設(shè)備上，會加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速

15、風(fēng)葉疲勞甚至折斷風(fēng)葉等等。 3軟啟動器基礎(chǔ)知識3.1軟啟動器概念軟啟動器是一種集電機(jī)軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國外稱為Soft Starter。軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機(jī)時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。圖3-1是軟啟動控制器的原理圖，待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時，啟動過程結(jié)束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額 定電壓，以降

16、低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。3.2電機(jī)的軟啟動軟啟動是非全壓啟動，硬啟動是全壓啟動。大負(fù)載電器的啟動瞬間電流很大，這不但對啟動設(shè)備要求高而且對電路的沖擊也很大，因此大設(shè)備通常都是采用軟啟動方式。在直接啟動的時候,交流電機(jī)的電流是額定電流的6-8倍,但是產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩只是2倍.軟啟動通過控制電壓和頻率,可以實(shí)現(xiàn)在保證轉(zhuǎn)矩是2倍的額定,但是啟動電流得到大幅的下降,這樣就節(jié)省了能量.軟啟動只是電機(jī)啟動時限制啟動的沖擊電流防止線路壓降過大，

17、優(yōu)點(diǎn)是啟動電壓電流可以設(shè)定啟動時間可以調(diào)節(jié)二次吸合（全壓運(yùn)行）時的沖擊小，缺點(diǎn)就是內(nèi)部是晶體管線路較復(fù)雜自己無法維修。 3.3軟啟動器節(jié)能的工作原理 感應(yīng)電動機(jī)的工作特性當(dāng)感應(yīng)電動機(jī)在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時：轉(zhuǎn)速基本上與負(fù)載大小無關(guān)，在不超出滿載范圍內(nèi)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)速基本不變；輕載時，功率因數(shù)和效率很低，而當(dāng)負(fù)載達(dá)到額定的50%以上時，功率因數(shù)和效率變化很少；電磁轉(zhuǎn)矩M和定子電流I1隨負(fù)載增大而增大。感應(yīng)電動機(jī)額定電壓和額定頻率下的效率和功率因數(shù)及負(fù)荷率的近似關(guān)系如表2所示。從以上數(shù)據(jù)中，我們可以看出電動機(jī)拖動系統(tǒng)負(fù)荷率高的情況下，效率、功率因數(shù)都較高，是很難或不能節(jié)能的。而電動機(jī)拖動系統(tǒng)工作

18、于負(fù)荷較小的狀態(tài)時效率、功率因數(shù)均比較低，因此，與之相應(yīng)，節(jié)能控制針對的目標(biāo)就是輕載情況，這也就是軟起動器節(jié)能功能經(jīng)常被稱為輕載節(jié)能的原因。表2 感應(yīng)電動機(jī)效率和功率因數(shù)及負(fù)荷率關(guān)系負(fù)荷率空載25%50%75%100%功率因數(shù)0.200.500.770.850.89效率00.780.850.880.875感應(yīng)電動機(jī)功率和損耗 如圖2-2,3所示，輕載運(yùn)行降壓可減小電機(jī)損耗：P=Pcu1+Pcu2+Pm+P （1）式中，Pcu1:為定子銅耗，Pcu2為 轉(zhuǎn)子銅耗，為鐵耗，Pm為機(jī)械損耗，Ps雜散損耗。由( 1)式和圖3-4 可知電機(jī)輕載時，輸出功率減小，轉(zhuǎn)子銅耗減小，其它基本不變，電機(jī)的效率、功

19、率因數(shù)低。適當(dāng)降壓后，鐵耗隨著電壓的平方變化，定子銅耗減小，從而電機(jī)的損耗減小。三相交流異步電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩Ma直接與所加電壓的二次方有關(guān)，也就是說，只要降低電機(jī)接線端子上的電壓就會影響這些值。軟啟動的工作原理是通過控制串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角使電機(jī)的端子電壓從預(yù)先設(shè)定的值上升到額定電壓。降壓節(jié)能的機(jī)理軟起動器一般采用大功率雙向晶閘管構(gòu)成三相交流調(diào)壓主回路，一般意義上晶閘管的功率大小決定了軟起動器的功率大?。灰晕⑻幚砥骷靶盘柌蓸?、保護(hù)環(huán)節(jié)構(gòu)成控制器，通過控制晶閘管的觸發(fā)角，調(diào)節(jié)晶閘管的開通時間，從而調(diào)節(jié)輸出電壓、輸出轉(zhuǎn)矩，使得起動電流緩慢上升，減少對電網(wǎng)的沖擊；起動過程

20、中引入電流負(fù)反饋控制，使起動電流按照一定的速度上升到設(shè)定值，從而使得電機(jī)平穩(wěn)起動：對于不同負(fù)載對電機(jī)的不同起動要求，可以調(diào)整起動電流設(shè)定值，改變電機(jī)的起動時間來達(dá)到最佳起動時間控制的目的。所以電機(jī)軟起動器可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)無觸點(diǎn)降壓軟起動、軟停車，目前軟起動器的發(fā)展方向是集起動、停車、保護(hù)、節(jié)能于一體的智能化綜合方向發(fā)展。由于所示的電路中沒有中線，因此在工作時若要負(fù)載電流流通，至少要有兩相構(gòu)成通路。其中一相是正向晶閘管導(dǎo)通，另一相則是反向晶閘管導(dǎo)通。為了保證在電路起始工作時有兩個晶閘管同時導(dǎo)通，以及在感性負(fù)載與控制角較小時仍能保證不同相的兩個晶閘管同時導(dǎo)通，本系統(tǒng)采用了能夠產(chǎn)生大于600的寬脈沖或雙

21、窄脈沖的觸發(fā)電路。主電路中連接電機(jī)的每相都串入反并聯(lián)的兩個晶閘管構(gòu)成，如圖3-5所示，要實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的平穩(wěn)起動，需要控制電機(jī)的輸入電壓，使其按照某種曲線由小到大逐漸上升，通過按照一定時序調(diào)整六個晶閘管的觸發(fā)角口就可以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。3.4軟啟動器的控制方式晶閘管調(diào)壓軟啟動器因?yàn)榇笕萘烤чl管的價格優(yōu)勢而應(yīng)用最多，但另一方面又因?yàn)樗荒軐?shí)現(xiàn)降壓起動而限制了其在重載起動場合的應(yīng)用。變頻器軟啟動器因能方面地實(shí)現(xiàn)連續(xù)的變壓變頻而成為重載軟啟動的選擇。這里我們只介紹晶閘管軟啟動的起動方式。晶閘管軟起動器實(shí)際上是一臺晶閘管相控調(diào)壓器，可以通過改變相控角來改變加在電動機(jī)定子上的電壓均方根值。因此，軟起動器節(jié)能也

22、只能通過適當(dāng)降低電動機(jī)定子端電壓的方式。定子端電壓降低后電動機(jī)工作特性的變化情況：由于電壓減小總是使勵磁電流減小，因此總會使功率因數(shù)提高；機(jī)械和雜散損耗通常基本不變，因此這兩種損耗近似可以認(rèn)為和輸入電壓的變化無關(guān)；電壓降低，勵磁電流減小，定子鐵耗隨之成平方關(guān)系降低；轉(zhuǎn)子銅耗隨電壓成反比變化；定子銅耗取決于定子電流，定子電流由轉(zhuǎn)子電流和勵磁電流合成。電壓斜坡式軟啟動通過調(diào)節(jié)電動機(jī)輸入電壓的升高速率來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)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。 如圖3-6所示，U1為電動機(jī)啟動所需最小轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的初始電壓。當(dāng)電動機(jī)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(shè)

23、定的速率逐漸增加，直至達(dá)到電網(wǎng)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(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增大而增大的設(shè)備，如普通車床、沖床及抽水泵等。階躍恒流式軟啟動對于一些啟動轉(zhuǎn)矩要求比較大的設(shè)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(jī)的啟動電流瞬間增大到所設(shè)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3-7所示。這種啟動方式在啟動瞬間的啟動轉(zhuǎn)矩較大，適用于較大負(fù)載的啟動，如一些帶負(fù)載啟動的設(shè)備。該啟動方式即為乙烯裝置空壓機(jī)電機(jī)采用的啟動方式。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(zhuǎn)矩的設(shè)備，從而較快地完

24、成電機(jī)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(shè)定的恒流啟動值I，從而產(chǎn)生較大的沖擊矩去克服較大的靜摩擦轉(zhuǎn)矩，以此啟動設(shè)備，進(jìn)而即進(jìn)入恒流啟動階段，直至啟動完畢。如圖3-8所示。脈沖恒流軟啟動方式的啟動沖擊轉(zhuǎn)矩大，適用于皮帶輸送機(jī)、粉碎機(jī)的滿載啟動等重載啟動。電壓雙斜坡起動如下圖3-9所示，在起動過程中，電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加，在起動時提供一個初始的起動電壓Us，Us根據(jù)負(fù)載可調(diào)，將Us調(diào)到大于負(fù)載靜摩擦力矩，使負(fù)載能立即開始轉(zhuǎn)動。這時輸出電壓從Us開始按一定的斜率上升(斜率可調(diào))，電機(jī)不斷加速。當(dāng)輸出電壓達(dá)到達(dá)速電壓Ur時，電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。

25、軟起動器在起動過程中自動檢測達(dá)速電壓，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，使輸出電壓達(dá)到額定電壓。電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機(jī)啟動的全過程都不存在沖擊轉(zhuǎn)矩，而是平滑的啟動運(yùn)行。起動性能的比較通過比較異步電動機(jī)的各種起動方式，當(dāng)電機(jī)全壓起動時，對電網(wǎng)的沖擊最大，沖擊時間也最長：而通常使用的降壓起動也就是硬起動，對電網(wǎng)的沖擊雖比較小，但是由于涉及到一個線圈電壓切換過程，所以出現(xiàn)二次沖擊的不利環(huán)節(jié)；軟起動由于在起動前設(shè)定了一個不對電網(wǎng)產(chǎn)生影響的起動電流，電流是緩慢增大至設(shè)定電流，故無沖擊電流，所以對電網(wǎng)的影響最小，并且消除起動力矩的沖擊。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制

26、裝置， 能實(shí)現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟起動、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流、過壓、過載保護(hù)等功能。變頻器由于其電氣特性、復(fù)雜性和價格因素決定了其主要用于電動機(jī)調(diào)速領(lǐng)域，一般不單純用于電機(jī)起動。如表3所示，軟啟動器與變頻器的性能相近，但其價格便宜，而且特別適用于空載和輕載的情況。表3 軟起動與傳統(tǒng)的降壓起動的性能指標(biāo)比較3.5軟啟動節(jié)能的條件從1970 年軟起動出現(xiàn)開始, 就伴隨著有能否實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源問題。英國人曾在80 年代初就不同控制原理的軟起動產(chǎn)品做過對比試驗(yàn), 其結(jié)論是:(1) 在額定負(fù)載下, 實(shí)際上是增加了功率消耗,主要是晶閘管串入主電路的壓降損耗;(2) 在40% 80% 的額定

27、負(fù)載下, 軟起動器吸收的損耗與其節(jié)省的功率相當(dāng), 是節(jié)約的鐵損被增加的銅損抵消;(3) 在40% 50% 的額定負(fù)載下, 才記錄到較明顯的節(jié)能效果。因?yàn)椋妱訖C(jī)屬感性負(fù)載，電流滯后電壓，大多數(shù)用電器都屬此類 。為了提高功率因數(shù)須用容性負(fù)載來補(bǔ)償，并電容或用同步電動機(jī)補(bǔ)償。軟啟動節(jié)能主要是在電動機(jī)處于空載或輕載運(yùn)行中體現(xiàn)。當(dāng)電動機(jī)處于空載或輕載運(yùn)行時，適當(dāng)降低其端電壓可提高功率因數(shù)，減小運(yùn)行電流，達(dá)節(jié)能之目的。并能根據(jù)電機(jī)的負(fù)載變化實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整值的大小，從而實(shí)現(xiàn)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。這是因?yàn)椋寒惒诫妱訖C(jī)的損耗P用下式表示：當(dāng)電動機(jī)輕載時，輸出功率減少，同時轉(zhuǎn)子損耗隨之降低，但、基本不變。由于勵磁電流未變

28、，定子銅損降低不多，因此電機(jī)效率和功率因數(shù)大為降低。如果在輕載時，適當(dāng)降低電機(jī)輸入電壓，則電機(jī)鐵損將隨電壓平方減少，勵磁電流也因磁通的減小而下降，使減少，從而降低了總耗P，使效率和功率因數(shù)得到提高，這就是電動機(jī)輕載降壓節(jié)能的基本道理。但是，輕載時電壓的降低不能過分，由上式可知，產(chǎn)生同樣的輕載轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電壓(基本正比于磁通)過分降低后轉(zhuǎn)子電流必然回升，減小了、的降低程度，甚至使它們反而增大，不能有效地通過電機(jī)效率和功率因數(shù)。此外，過分降低電壓會使電機(jī)帶不動負(fù)載而堵轉(zhuǎn)。電力電子器件SCR的導(dǎo)通時間T的大小是通過檢測電機(jī)的電壓和電流之間位移角(亦可近似當(dāng)作功率因數(shù)角)去實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)負(fù)載較大時，其負(fù)載電流

29、滯后于電壓的位移角(即功率因數(shù)角)較大，即功率因數(shù)低。通過檢測功率因數(shù)角妒的變化就可得知電動機(jī)負(fù)載的大小，以礦的變化去控制SCR的導(dǎo)通時間T，使負(fù)載大時T大，電機(jī)定子電壓高；反之，負(fù)載小時T小，電機(jī)定子電壓低。異步電機(jī)輕載時降壓可以節(jié)能，但在不同負(fù)載下調(diào)壓的SCR的導(dǎo)通時間T和電壓、電流波形的功率因數(shù)角呈非線性變化，從而簡單的恒功率因數(shù)角控制只能實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的穩(wěn)壓節(jié)能運(yùn)行。功率因數(shù)控制法，其原理是通過檢測電機(jī)運(yùn)行中的，然后根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制規(guī)則，當(dāng)實(shí)際值低于設(shè)定值時，說明電動機(jī)為輕載，通過降低電動機(jī)的端電壓來提高直到實(shí)際的測量值達(dá)到一定的穩(wěn)定值為止，實(shí)現(xiàn)了節(jié)電；數(shù)值高表明是重載，則升高電機(jī)端

30、電壓，以保證軸上的輸出功率。這是一種間接節(jié)電法：控制對象是電動機(jī)的功率因數(shù)，而目的是節(jié)電。3.6軟啟動器應(yīng)用場合原則上，籠型異步電動機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場合都可適用。目前的應(yīng)用范圍是交流380V（也可660V），電機(jī)功率從幾千瓦到800kW。軟啟動器特別適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟啟動與軟停車的場合。同樣對于變負(fù)載工況、電動機(jī)長期處于輕載運(yùn)行，只有短時或瞬間處于重載場合，應(yīng)用軟啟動器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果。如果只考慮大幅度降低起動電流，降壓方式軟起動適合空載或輕載的鼠籠電機(jī)起動。由于起動轉(zhuǎn)矩與電流平方成正比，降壓軟起動在降低電流的同時也付出了起動轉(zhuǎn)矩減小的代價，所

31、以此類軟起動比較適合與風(fēng)機(jī)、水泵類平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載及壓縮機(jī)負(fù)載，對于轉(zhuǎn)動慣量較大的負(fù)載如球磨機(jī)，要負(fù)載成功起動就必須加大起動電流，起動電流不會很小，一般會超過額定電流的4 倍以上。當(dāng)然，用戶也可能從保護(hù)負(fù)載的角度考慮來選取軟起動。比如皮帶輸送機(jī)一般是帶載起動的，在整套裝置中皮帶的成本幾乎占整套系統(tǒng)成本的一半以上。在正常工作時皮帶是勻速工作的，但每次起動時皮帶都經(jīng)過急劇拉伸的過程，所以大大的影響了皮帶的使用壽命，使用軟起動產(chǎn)品后，雖然起動電流比平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載大一些，但起動過程很柔和，大大的延長了皮帶的壽命。4電機(jī)節(jié)能效果的影響因素4.1節(jié)能效果同負(fù)載特性的關(guān)系節(jié)能效果同負(fù)荷率的關(guān)系從前面小節(jié)的分析中得

32、出，降低定子電壓是否提高效率取決于轉(zhuǎn)子電流和定子勵磁電流的大小。表4是不同負(fù)載下節(jié)能效果而隨著，負(fù)載率的不同，其節(jié)能效果不同，甚至有時不節(jié)能。根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子折算電流公式分析可知轉(zhuǎn)子折算電阻和轉(zhuǎn)子折算阻抗與轉(zhuǎn)差S有關(guān)。對于滿載或重載運(yùn)行的電動機(jī)，隨著端電壓的降低，電動機(jī)的勵磁電流將會減少。隨著勵磁電流的減少，磁通和電動勢也隨之減小，鐵耗將下降。同時，隨電壓平方變化的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也迅速下降而小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)只能依靠增大轉(zhuǎn)差率，提高電磁轉(zhuǎn)矩以達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)。轉(zhuǎn)差率的增大，引起轉(zhuǎn)子電流增大，同時引起定子和轉(zhuǎn)子電壓間的相角增大，導(dǎo)致定子電流增大，從而使定子和轉(zhuǎn)子銅耗大大增加，甚至可能發(fā)生

33、電動機(jī)燒毀事故。因而，一般規(guī)程都規(guī)定了電動機(jī)正常運(yùn)行時電壓變化范圍不得超過額定電壓的95%110%。因此對重載電機(jī)來說，電機(jī)消耗的部分能量降低的不多，反而引入的晶閘管調(diào)節(jié)電壓電子電路壓降，抵消了電機(jī)降低的能耗，故很難做到節(jié)約能源。然而對于輕載運(yùn)行的電動機(jī)，情況截然不同，供電電壓適當(dāng)降低是有利的。因?yàn)樵谳p載運(yùn)行時，電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)差率大大小于額定值，轉(zhuǎn)子電流很小，在降壓運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子電流增加的數(shù)值有限。另一方面，由于電壓的降低，使空載電流和鐵損大幅減少，電動機(jī)的總損耗就可降低，定子溫升，運(yùn)行效率和功率因數(shù)同時得到改善?？梢?，電動機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與電動機(jī)負(fù)載率同運(yùn)行電壓是否合理匹配關(guān)系極大。表4負(fù)載率和

34、節(jié)電率的關(guān)系負(fù)載率00.10.20.30.40.50.60.70.8節(jié)電率（%）33.429.522.114.610.27.33.42.20.3節(jié)能效果同負(fù)載特性的關(guān)系各種不同特性的負(fù)載下，電動機(jī)的工作特性變化情況不同，因此節(jié)能效果也不同。定子端電壓降低時幾種典型負(fù)載類型機(jī)械特性曲線：感應(yīng)電機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性曲線示意圖如圖4-1中1、2、3曲線，圖4-1中P1為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性曲線，P2為恒功率負(fù)載特性曲線，P3為平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性曲線。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：除了上述共同的特性變化外，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載當(dāng)定子電壓降低時，工作特性具有下列變化：M1 ，M不變，故I2增大，因此負(fù)載較大時I1一般增大；轉(zhuǎn)差率增大，

35、因SI221/ U12；定子銅耗Pcu1取決于定子電流，輕載變化不大，負(fù)載大時一般增大；定子電壓降低時，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下電動機(jī)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)差，因此轉(zhuǎn)子銅耗Pcu2增大較多。恒功率負(fù)載：定子端電壓降低時，恒功率負(fù)載下電動機(jī)轉(zhuǎn)差率變化較之恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為大，因此轉(zhuǎn)子銅耗Pcu2增大的更多，其它變化同恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載：定子端電壓降低時，工作點(diǎn)移到了B點(diǎn)，此時，S變化較大，速度降低較多。根據(jù)平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性，相應(yīng)的輸出功率將變小。因此，與之平衡的電動機(jī)電磁功率也變小，電流也相應(yīng)變小，則轉(zhuǎn)子銅耗、定子銅耗也隨之變小。因此，總的損耗將減少，但其實(shí)效率并未顯著提高。如果輸出轉(zhuǎn)矩能夠滿足負(fù)載需要，則從節(jié)約輸

36、出有功功率來說，有顯著作用。對于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載來說，雖未提高效率，但電壓降低節(jié)約了有功功率、降低了損耗，如果將電機(jī)同負(fù)載作為一個整體來看，則能夠起到節(jié)能作用。位勢性負(fù)載：當(dāng)其處于上升階段時，近似于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特性，但當(dāng)其處于下降階段時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩卻同電機(jī)轉(zhuǎn)矩的方向一致。因此，當(dāng)位勢性負(fù)載處于下降階段時，阻轉(zhuǎn)矩很小，轉(zhuǎn)差率S很小且不隨電壓而變化，負(fù)載不需要或只需要很小的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，所以當(dāng)降低電壓時，各項(xiàng)損耗均變小，功率因數(shù)和效率均提高。對于電機(jī)轉(zhuǎn)速無嚴(yán)格要求，及不需要調(diào)速運(yùn)行的場合，特別是對于經(jīng)常大幅度變動的負(fù)載，或者是長時間處于輕載或空載的電動機(jī)，例如軋鋼機(jī)、鍛壓機(jī)、抽油機(jī)等負(fù)載，使用降壓節(jié)能技術(shù)，

37、可以收到明顯的節(jié)電效果。其節(jié)電量視電動機(jī)的負(fù)載系數(shù)及輕載運(yùn)行的時間長短而定。4.2節(jié)能效果同其它因素的關(guān)系軟起動器節(jié)能的效果還同負(fù)載持續(xù)時間、電機(jī)極對數(shù)、電機(jī)容量有關(guān)。負(fù)載持續(xù)時間越長，節(jié)能的效果越好；電機(jī)極對數(shù)越多，節(jié)能的潛力越大；電機(jī)容量越小，節(jié)能效果越好。分析拖動系統(tǒng)是否節(jié)能，不能單純從電機(jī)效率來考量，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用電機(jī)的統(tǒng)一理論，將電機(jī)同負(fù)載作為一個整體來分析。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載，降低定子電壓可使功率因數(shù)提高，而效率是否提高則取決負(fù)載率和負(fù)載特性；對于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，降低定子電壓雖然不能提高效率，但可以節(jié)約輸出的有功功率；對于位勢性負(fù)載，在上升階段降低定子電壓，其功率因數(shù)和效率的變化同

38、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在下降階段降低定子電壓，其功率因數(shù)和效率均提高。5異步電動機(jī)起動系統(tǒng)的仿真模型異步電機(jī)屬于強(qiáng)耦合系統(tǒng)，其內(nèi)部電磁關(guān)系遠(yuǎn)比直流電機(jī)復(fù)雜，尤其是在異步電機(jī)動態(tài)運(yùn)行時。為了驗(yàn)證軟啟動器是否能夠改善和控制異步電動機(jī)的啟動過程和節(jié)能效果分析，應(yīng)用MATLAB搭建異步電動機(jī)起動系統(tǒng)的仿真模型（參見下圖5-1）。 圖5-1 異步電動機(jī)起動系統(tǒng)的仿真模型異步電機(jī)軟起動仿真模型 它主要由三相交流電壓源模塊、同步環(huán)節(jié)模塊、觸發(fā)角控制模塊、三相交流調(diào)壓模塊、電機(jī)及測量、電流反饋和起動控制等環(huán)節(jié)封裝模塊組成。其結(jié)構(gòu)劃分與異步電動機(jī)軟起動系統(tǒng)原理圖基本一致。該模型可以用于斜坡起動、限流起

39、動以及其它控制方法的仿真。在此基礎(chǔ)上還將建立三相交流電壓源子模塊、三相交流調(diào)壓子模塊、電流檢測子模塊和控制子模塊，如：限流軟啟動控制子模塊、電壓斜坡軟啟動控制子模塊或節(jié)能運(yùn)行控制模塊。通過仿真計算對電動機(jī)拖動系統(tǒng)進(jìn)行起動可行性校驗(yàn)，并分析節(jié)能效果。6軟啟動節(jié)能控制方式的實(shí)際應(yīng)用效果6.1軟啟動器在河南全新機(jī)電魯廠的應(yīng)用對水泵類負(fù)荷來說，電動機(jī)全壓起動時，水流會在很短的時間內(nèi)達(dá)到全速，在遇到管路拐彎時，高速的水流沖擊到管壁上，產(chǎn)生很大的沖擊力，形成水錘效應(yīng)，會破壞管道。如果水泵前面的管路比較長，當(dāng)水泵電機(jī)突然停止時，高速的水流會沖擊到水泵的葉輪上，產(chǎn)生很大的沖擊力，會使葉輪變形或損壞。 河南全新

40、機(jī)電魯廠1、2號水泵房承擔(dān)地下廠房的滲漏水排出任務(wù)。1號水泵房6臺電機(jī)額定功率為110kW，額定電流2022 A；2號水泵房3臺電機(jī)額定功率為75 kW，額定電流140 A。水泵在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題有：1號水泵房的1號檢修深井泵，由于停泵時的水錘過大，致使原鑄鐵的逆止閥爆裂，現(xiàn)在雖然更換成了緩閉逆止閥，緩解了水錘效應(yīng)，但是水錘仍會把電機(jī)的制動逆盤損壞。2號水泵房的2號低壓泵，水錘效應(yīng)使水泵的葉輪損壞。 電機(jī)起動時，起動電壓60Ue，當(dāng)起動電流達(dá)到4倍額定電流時，輸出電壓保持穩(wěn)定，直到電流下降到限制值以下，升壓過程才會繼續(xù)，保證了起動電流始終小于4倍額定電流，見圖6-1。水泵停轉(zhuǎn)時，水錘作用造成系

41、統(tǒng)噪聲大，振動大，常出現(xiàn)逆止閥斷裂、水泵使用壽命過短甚至管路破裂等故障，在供水系統(tǒng)中最難解決的問題就是水泵停機(jī)時水錘造成的危害，軟起動器優(yōu)良的軟停功能正好從根本上解決這一難題。通過對軟啟動器各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置使水泵獲得較好的制動性能。降壓時間：t2-t1=3 s，結(jié)束電壓：60Ue，如圖6-2所示。減少水錘應(yīng)用：跨越運(yùn)行模式 晶閘管處于全導(dǎo)通狀態(tài)，電動機(jī)工作于全壓方式，電壓諧波分量可以完全忽略，這種方式常用于短時重復(fù)工作的電動機(jī)，如圖6-3所示。平滑地對電動機(jī)加速和減速，使泵在啟動和停機(jī)期間減少水錘。6.2軟啟動器在風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用廣東省燕塘企業(yè)總公司是一大型農(nóng)工商貿(mào)綜合經(jīng)營的國有企業(yè), 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較

42、復(fù)雜, 其屬下的燕塘牛奶公司和毛織廠每天生產(chǎn)時排出大量的污水, 這些污水經(jīng)總公司污水處理站技術(shù)處理達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后排走。在該污水處理站內(nèi), 主要的電力設(shè)備是用來拖動羅茨風(fēng)機(jī)的380v、45kw鼠籠型異步電動機(jī)。該電動機(jī)原采用自耦變壓器啟動, 啟動時產(chǎn)生較大的電流, 可引起電源電壓的迅速下降, 從而對供電電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊, 干擾了其他用電設(shè)備的正常工作, 同時, 這一電流在電機(jī)軸上會產(chǎn)生突然變化的大轉(zhuǎn)矩, 損壞羅茨風(fēng)機(jī)。此外, 由于電機(jī)運(yùn)行時 中只有0.8 左右, 因而電耗較大。為了最大限度降低電耗,改善電機(jī)啟動特性曲線, 減少起動時的轉(zhuǎn)矩,我們安裝了降壓軟起動器, 同時安裝了15kvar補(bǔ)償電容

43、器與之配合使用, 收到了顯著的效果。燕塘企業(yè)總公司污水處理站裝的45kw羅茨風(fēng)機(jī),1996 年以前其交流電動機(jī)降壓起動是采用傳統(tǒng)的起動方式即自藕變壓器起動, 雖然可以解決直接起動電流過大的問題, 但由于是有級降壓起動, 起動時電流仍然很大1996年, 我們安裝了美國ALLEN -BRADLEY公司的固態(tài)器件降壓軟起動器, 這是電機(jī)更新?lián)Q代節(jié)能科技產(chǎn)品, 經(jīng)過一年多來的使用, 表明自藕變壓器與軟起動器兩種起動方式分別有如下的特點(diǎn)。（1） 自藕變壓器的特點(diǎn)： 1）減少起動電流,避免了對羅茨風(fēng)機(jī)及電網(wǎng)的沖擊。2） 線路結(jié)構(gòu)簡單便于維護(hù)。 3）投資少, 耐用但作用單一, 有級降壓起動且不節(jié)能。（2）軟

44、起動器的工作原理特點(diǎn)：軟起動器的工作過程是改變電源的供電頻率, 可改變其同步轉(zhuǎn)速, 通過改變控制電壓和頻率使電機(jī)在起動時緩速上升, 經(jīng)過一定時間后達(dá)到額定速度, 基本原理如圖1 所示。其工作原理是: 利用整流器中的6只可控硅把三相交流整流成直流, 經(jīng)過中間直流環(huán)節(jié)后逆變成工頻以下的頻率, 如果改變逆變頻率, 電機(jī)轉(zhuǎn)速就得到調(diào)節(jié)。其特點(diǎn)為：1接線簡單, 方便, 容易控制電動機(jī)啟動。2代替?zhèn)鹘y(tǒng)的起動方式, 克服了有級起動的缺點(diǎn)。3 可以監(jiān)測電動機(jī)和起動器, 安全運(yùn)行, 自動保護(hù)靈敏可靠。與補(bǔ)償電容器配合可提高, 節(jié)省電能。從表5可見安裝軟起動器后負(fù)載的 提高, 起動電流降低, 節(jié)能效果明顯提高。7

45、軟啟動器節(jié)能運(yùn)行帶來的問題上面在分析軟起動器節(jié)能控制原理時，為了方便，忽略了一些實(shí)際問題，而在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，必須將這些問題加以考慮，才能合理的設(shè)計電動機(jī)傳動系統(tǒng)。7.1轉(zhuǎn)差功率損耗當(dāng)降低定子電壓后，隨電壓平方變化的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也迅速下降而小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)只能依靠增大轉(zhuǎn)差率，提高電磁轉(zhuǎn)矩以達(dá)到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)。轉(zhuǎn)差率的增大，引起轉(zhuǎn)子電流增大，同時引起定子和轉(zhuǎn)子電壓間的相角增大，導(dǎo)致定子電流增大，從而使定子和轉(zhuǎn)子銅耗增加，這部分損耗就稱之為轉(zhuǎn)差損耗。轉(zhuǎn)差功率的損耗系數(shù)是衡量傳動系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)，同時，轉(zhuǎn)差功率損耗還涉及到電動機(jī)轉(zhuǎn)子的溫升問題。下面對幾種典型負(fù)載類型分析其轉(zhuǎn)差功率損耗

46、系數(shù)。；=-1、0、1、2其中，K、C為常數(shù)；Ps為轉(zhuǎn)差功率；n為實(shí)際轉(zhuǎn)速；n1為額定轉(zhuǎn)速；為負(fù)載系數(shù)，恒功率負(fù)載為-1、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為0，與轉(zhuǎn)矩成比例負(fù)載為-1，平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載為2；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。對于位勢性負(fù)載處在下降階段時，由于近似無轉(zhuǎn)差，因此轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)為零；對于恒功率負(fù)載，轉(zhuǎn)差損耗系數(shù)，當(dāng)S=1時，K+；對于其它負(fù)載，當(dāng)S=0時，對上式求導(dǎo)得產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)差損耗系數(shù)，此時的轉(zhuǎn)差率為。不同負(fù)載性質(zhì)的轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)如表6所示。當(dāng)電動機(jī)定子端電壓下降時，只有位勢性負(fù)載處于下降階段時，轉(zhuǎn)差率S很小且不隨電壓而變化，其它幾種負(fù)載的轉(zhuǎn)差率S都隨定子端電壓下降而變大。而由以上轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)表可以看

47、出，位勢性負(fù)載和平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)明顯比其它幾種負(fù)載小，因此以熱的形式消耗在電動機(jī)轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)差功率比較小，因此位勢性負(fù)載和平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載比較適合于降壓節(jié)能。而恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)較大，將會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)子較大的發(fā)熱，因此不太適合于降壓節(jié)能。-1012位勢性負(fù)載S110.50.330KS+10.250.1480表6不同負(fù)載性質(zhì)的轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)7.2采用節(jié)能控制對電動機(jī)的影響對于輕載運(yùn)行的電動機(jī)，情況不同，這是因?yàn)樵谳p載運(yùn)行時，電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)差率大大小于額定值。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載，調(diào)速范圍相對比較窄，同其它類型負(fù)載相比，電壓降低更易令系統(tǒng)失穩(wěn)。實(shí)際上針對一般的三

48、相鼠籠式異步電機(jī)而言，“其調(diào)壓調(diào)速范圍很窄，沒有多大實(shí)用價值”。一般要求具有較寬的調(diào)速范圍，應(yīng)選用高轉(zhuǎn)差率的電機(jī)，但由此導(dǎo)致電機(jī)高速運(yùn)行時效率過低，低速運(yùn)行時還會發(fā)熱。同時由于降壓帶來的電動機(jī)轉(zhuǎn)速的降低，將使電動機(jī)通風(fēng)散熱變差。另外，采用節(jié)能控制對電機(jī)工作穩(wěn)定性也存在影響。啟動時間越長，有功損耗就越大。因此任何使啟動方式平緩（延長啟動時間）的啟動方式都會在啟動工程中要耗費(fèi)更多的能量，其啟動本身并不是節(jié)能的。而軟啟動器用于普通異步電機(jī)的啟動由于其諧波的產(chǎn)生，總的效率低，加之啟動時間延長，總的有功損耗更大，因此電機(jī)啟動時總發(fā)熱量大，溫升高。當(dāng)超過電機(jī)設(shè)計的繞組溫升極限時，會導(dǎo)致繞組損壞的事故。7.

49、3采用節(jié)能控制對軟起動器自身的影響顯然，節(jié)能運(yùn)行這種情況下軟起動器是不能使用旁路接觸器的，運(yùn)行時晶閘管中始終流過大電流，在晶閘管的內(nèi)部阻抗上產(chǎn)生一定的功率消耗，這個功耗并不小。軟起動器自身損耗將產(chǎn)生熱量，控制柜要考慮散熱問題。運(yùn)行時晶閘管中始終流過大電流，長期的發(fā)熱，將降低其使用壽命。由于采用節(jié)能運(yùn)行，軟起動器的工作制將變?yōu)殚L期工作制，相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)，如：晶閘管的容量、散熱器的尺寸、風(fēng)機(jī)尺寸、機(jī)殼大小均應(yīng)按長期工作制進(jìn)行設(shè)計，這將大大增加軟起動器的成本。7.4采用節(jié)能控制對電網(wǎng)的影響當(dāng)電機(jī)軟起動器選用全壓運(yùn)行時，起動過程完成后，晶閘管全部導(dǎo)通，施加在電機(jī)上的是完全的電源正弦波電壓。因此，對電網(wǎng)

50、的諧波污染只是在起動的過程中，這個過程通常只有短短的數(shù)十秒鐘。電機(jī)軟起動器在節(jié)能運(yùn)行時不同于全壓運(yùn)行，此時晶閘管不是全部導(dǎo)通，而是部分導(dǎo)通，導(dǎo)致電壓波形有缺口和毛刺，從而產(chǎn)生高次諧波，對于數(shù)百臺軟起同時工作的情況，諧波污染將達(dá)到十分嚴(yán)重的程度，并且將持續(xù)性的干擾線路。8軟啟動器節(jié)能控制的正確應(yīng)用通過以上分析可以看出軟起動器節(jié)能運(yùn)行方式是有其適用條件的。其節(jié)能的效果同負(fù)載特性、負(fù)載率都有關(guān)系，同時還受到系統(tǒng)穩(wěn)定性的限制。相對來說，節(jié)能運(yùn)行方式對于一些位勢性負(fù)載比較適用，如：電梯、起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等；對于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如：風(fēng)機(jī)、水泵等也有較好的節(jié)電效果；對于恒功率負(fù)載和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如：軋鋼機(jī)、軋機(jī)、輥式運(yùn)輸機(jī)、印刷機(jī)、造紙機(jī)、壓縮機(jī)等則不太適合。同時，軟起動的節(jié)電效果還與負(fù)載率情況相關(guān)，從軟起動出現(xiàn)在世界（1970年），就伴隨著有能否實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源問題。采用節(jié)能控制必須滿足以下條件：須考慮綜合因數(shù)，進(jìn)行詳細(xì)的損耗計算，計算出臨界負(fù)荷率，電動機(jī)工作時的負(fù)荷率必須小于臨界負(fù)荷率，否則沒有節(jié)能意義；滿足起動條件，降壓同時降低了電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，因此，節(jié)能降壓同時必須保證有足夠的起動和運(yùn)行轉(zhuǎn)矩；滿足穩(wěn)定性要求，由