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交流異步軟啟動器在各行業(yè)各類負(fù)載上的應(yīng)用(2)

23)軟起動器在燒結(jié)廠圓筒混合機(jī)上的應(yīng)用

隨著鋼鐵產(chǎn)能的不斷提高,目前燒結(jié)廠配套混料系統(tǒng)圓筒混料機(jī)功率一般都在100KW以上。如萊鋼燒結(jié)廠一次圓筒混料機(jī)功率為110KW,二次圓筒混料機(jī)功率為155KW,原采用直接起動方式,由于混料機(jī)筒內(nèi)經(jīng)常有料,電機(jī)帶料重載起動時電流很大,常引起過流跳閘故障,后采用晟欣電氣SFR04列智能型軟起動器,不僅實現(xiàn)軟起動和軟停車,還極大提高了控制系統(tǒng)的性能。

24)軟起動器在高壓射水除銹機(jī)、切割機(jī)上的應(yīng)用

高壓水射流技術(shù)在材料切割和金屬除銹領(lǐng)域被國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)采用,原理是用高壓水泵將50~400MPa高壓水通過噴嘴噴出形成一股超音速水射流,使水獲得巨大動能,來切割材料或進(jìn)行金屬除銹。為減小設(shè)備高壓水泵電機(jī)起動時對電網(wǎng)和管路的沖擊,中鐵寶橋公司在該設(shè)備上采用軟起動,實現(xiàn)機(jī)組的軟起動和軟停車。

25)軟起動器在攪拌機(jī)上的應(yīng)用

醫(yī)藥、化纖、化工、建材、水處理等行業(yè)應(yīng)用較多,且功率較大,為減小起動時的電流、機(jī)械沖擊,可是用軟起動器。如唐山三有化纖公司在粘膠短纖生產(chǎn)中使用軟起動器驅(qū)動浸漬筒攪拌,酸站車間的S桶鹽漿攪拌?;瘜W(xué)制藥廠有大量發(fā)酵罐攪拌其實用軟起動不僅降低電氣、機(jī)械沖擊,還可有很大節(jié)電潛力。

26)軟起動器在水箱拉絲機(jī)中的應(yīng)用

目前國內(nèi)金屬制品行業(yè)水箱拉絲機(jī)的電機(jī)拖動系統(tǒng)一般不需調(diào)速即能滿足工藝要求,生產(chǎn)工藝要求水箱拉絲機(jī)要帶載起動,起動平穩(wěn),對機(jī)械無沖擊,最好要有一個低速運(yùn)行段便于人工穿線,因此采用軟起動器較好滿足上述工藝要求,湘鋼鋼絲繩公司在其水箱拉絲機(jī)中采用軟起動器收到較好是用效果。

27)軟起動器在船舶機(jī)械設(shè)備拖動中的應(yīng)用

傳統(tǒng)船舶電力驅(qū)動型式基本分為調(diào)速和不調(diào)速兩大類,一般對于艙室機(jī)械采用不調(diào)速驅(qū)動,普遍以籠型電機(jī)直接或降壓驅(qū)動。隨著船舶大型化及特種機(jī)械多樣化的出現(xiàn),電機(jī)功率在逐步增大,因電網(wǎng)容量因素,對電機(jī)的起動方式要求更高,有文獻(xiàn)報道軟起動器已在國內(nèi)船舶上的355KW壓載泵,280KW高壓沖水泵,160KW空壓機(jī),200KW首側(cè)推等設(shè)備上使用,曾有一艘船的315KW高壓沖水泵采用自耦變壓器降壓起動,為限制起動電流在1.6倍從而采用了5級切換。

28)軟起動器在鑄造廠混砂機(jī)、吸丸風(fēng)機(jī)等設(shè)備中的應(yīng)用

某鑄造車間混砂機(jī)電機(jī)功率為22KW,原采用磁力起動器、Y-△降壓起動,交流接觸器等低壓電器損壞頻繁,改用軟起動器后,大大減少了機(jī)械及電氣故障。某混凝土大型設(shè)備裝配廠在其噴丸打砂車間的475KW吸丸風(fēng)機(jī)上采用一拖四分時軟起動控制方案。

軟起動器控制電機(jī)主回路設(shè)計

軟起動器控制電機(jī)主回路如圖1示,主要電器元件有快速熔斷器(1FU),自動斷路開關(guān)(1QL),軟起動器(1SS),旁路接觸器(1KM),熱繼電器(1KH)等。

快速熔斷器(1FU)主要是用來保護(hù)可控硅模塊過載及短路的情況下能快速切斷故障電流,其容量按5~8倍軟起動器額定電流選擇。一般國外品牌的軟起動器要求或建議使用快速熔斷器,而部分國產(chǎn)軟起動器不建議使用快速熔斷器,具體設(shè)計時盡量按產(chǎn)品說明書要求。使用快速熔斷器會使電氣回路接線復(fù)雜化,同時很多單位使用STR系列軟啟動器的經(jīng)驗表明不用快速熔斷器影響不大。

自動空氣斷路器(1QL)起常規(guī)的配電隔離、短路、過流、過載等保護(hù)作用,其容量一般按軟起動器額定電流的1.5~2倍選擇。

軟起動器(1SS)按電機(jī)額定功率進(jìn)行選擇,晟欣公司所生產(chǎn)的軟啟動器一般不用進(jìn)行功率放大,但有些品牌在拖動大慣量負(fù)載或重載設(shè)備時要求放大一檔選型,具體在選型時應(yīng)向生產(chǎn)廠家咨詢。

旁路接觸器(1KM)用以在軟起動器起動結(jié)束后旁路可控硅通電回路使用。旁路接觸器的通斷一般由軟起動器控制接口自動控制,旁路接觸器通斷時觸點(diǎn)承受的電流沖擊較小,所以旁路接觸器電氣壽命很長,其容量按電機(jī)額定電流選擇,無需考慮放大容量。大多數(shù)國外品牌軟起動器允許不用旁路接觸器,但這會給控制系統(tǒng)散熱帶來問題,同時也造成了額外的能量消耗(約為3~5%),因為軟起動主電路元器件晶閘管存在約0.7V的導(dǎo)通壓降。

熱繼電器(1KH)用于電機(jī)過載保護(hù),目前大多數(shù)品牌軟起動器均具有在線電機(jī)過載保護(hù)功能(即使旁路運(yùn)行仍對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)),所以不用熱繼電器。但是也有些產(chǎn)品(或某系列)無過載保護(hù)功能,必經(jīng)用熱繼電器。另外對1臺軟起動器循環(huán)拖動多臺電機(jī)的情況每臺電機(jī)回路也應(yīng)增加熱繼電器進(jìn)行保護(hù),熱繼電器的選用按常規(guī)選型。

在對諧波有特殊要求的場合,一般可在軟起動器進(jìn)線側(cè)主回路中串接專用交流電抗器或濾波器(圖1省略)。

還有我晟欣電氣公司生產(chǎn)了內(nèi)置旁路接觸器的軟起動器,一般為小容量產(chǎn)品,陜西晟欣電氣的SFR系列產(chǎn)品(功率范圍為7.5 KW ~75KW) 。該類產(chǎn)品特點(diǎn)是非常方便安裝接線,并可在一個柜體內(nèi)安裝多個電機(jī)軟起動回路,大大節(jié)省安裝空間,節(jié)省設(shè)備占地面積。

軟起動器應(yīng)用中若干問題探討

3.1選擇直接起動與軟起動的原則

直接起動即全壓起動,起動方法簡單,但交流異步電機(jī)的起動電流大,一般為電機(jī)額定電流的4~7倍,國產(chǎn)電機(jī)實際值常為7~10倍甚至更大,過大的起動電流導(dǎo)致線路產(chǎn)生較大的壓降,影響電網(wǎng)上其它設(shè)備的正常運(yùn)行,國標(biāo)要求是直接起動的起動電流在電網(wǎng)中引起的電壓降不超過電網(wǎng)額定電壓的10%(頻繁起動)或15%(不頻繁起動)就允許直接起動。在工程項目中直接起動方法按下面經(jīng)驗公式核實:

KI—起動電流信數(shù);

IQ—電動機(jī)的定子起動電流(A);

Ie—電動機(jī)的定子額定電流(A);

Pe—電動機(jī)的額定功率(KW);

PN—電源的總?cè)萘浚?/FONT>KVA)。

傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為如果滿足直接起動條件,就盡量采用直接起動,但是在實際工程中還應(yīng)綜合考慮負(fù)載場合等因素。如對中大容量電機(jī)的傳動系統(tǒng),直接起動時很大的突跳轉(zhuǎn)矩沖擊使軸承、齒輪磨損加重甚至損壞,減速箱故障率高,皮帶磨損加重甚至經(jīng)常拉斷,同時過大的機(jī)械沖擊大大降低機(jī)械設(shè)備的壽命,很大的沖擊電流導(dǎo)致電機(jī)繞組絕緣老化,電器設(shè)備壽命下降,設(shè)備維護(hù)率高,從而嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

而傳統(tǒng)的降壓起動方式如星三角降壓起動、自耦降壓起動、定子串電抗(電阻)降壓起動及磁控降壓起動等雖然都能降低起動電流,但仍都存在很大的2次起動沖擊電流(有時高達(dá)6Ie以上),不能根本解決直接起動存在的問題。

所以一般地工業(yè)生產(chǎn)中55KW~90KW以上的電機(jī)在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下盡量采用軟起動方式,長遠(yuǎn)地考慮采用軟起動帶來的綜合經(jīng)濟(jì)效益是難以量化的。

3.2一拖一控制方案與一拖多控制方案

一般情況下應(yīng)采用一臺軟起動器拖動一臺電機(jī)的方案(一拖一控制方案),尤其對負(fù)載等級要求較高的場合如鍋爐風(fēng)機(jī)、消防水泵、連續(xù)性生產(chǎn)的設(shè)備等,這種方案的電氣主回路及控制回路接線非常簡單,同時大多品牌的軟起動器具有過流、缺相、過載等多種保護(hù)功能,無須另配電機(jī)綜合保護(hù)器,并可對電機(jī)實施在線保護(hù),充分發(fā)揮軟起動的軟起、軟停及綜合保護(hù)功能。

對有些使用場合,如負(fù)載等級要求一般,負(fù)載允許短時間停機(jī),一般性民用負(fù)載,非連續(xù)性生產(chǎn)的一般負(fù)載等,為節(jié)省設(shè)備投資可采用一臺軟起動器循環(huán)拖動多臺電機(jī)負(fù)載的方案。理論上一臺軟起動器可以循環(huán)拖動任意臺電機(jī),實際生產(chǎn)中采用一臺軟起動器拖動兩臺、三臺電機(jī)負(fù)載的情況為多。

一臺軟起動器拖動四臺電機(jī)電氣主回路圖,可控制四臺電機(jī)分時先后起動,在任一臺電機(jī)起動完成后,軟起動器處于待命狀態(tài),此時方可允許起動下一臺電機(jī),在這種方式下,軟起動器的軟停功能一般不能使用,同時每臺電機(jī)回路必須另設(shè)電機(jī)過載保護(hù)元件。相比一拖一的控制方案,其電氣主回路和控制回路的電器分離元件較多,接線復(fù)雜,不能充分利用軟起動器的綜合保護(hù)功能。

同時隨著軟起動器采購成本費(fèi)用的降低,一拖多的方案總的成本費(fèi)用并不比一拖一的成本費(fèi)用少多少。

3.3軟起動器節(jié)能的分析

設(shè)備在欠負(fù)載情況下,電機(jī)銅損、鐵損比例增加,功率因數(shù)下降,電機(jī)有效用電率降低,在輕載時如果降低輸入電壓、減小電機(jī)主磁通,電機(jī)的鐵心損耗及磁化電流將減小,從而電機(jī)的效率、功率因數(shù)將得到提高,這就是軟起動器節(jié)能運(yùn)行功能的基本原理。

具有節(jié)能功能的軟起動器可對電機(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)上的電壓,使其產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩,從而達(dá)到節(jié)能的目的。

顯然這種情況下軟起動器不能使用旁路接觸器,前面已分析過,軟起動自身損耗產(chǎn)生熱量,控制柜要考慮散熱問題,同時軟起動的高次諧波將連續(xù)干擾線路。

軟起動的節(jié)電效果要視負(fù)載運(yùn)行情況:

低負(fù)荷率(<40%), 低功率因數(shù)(<0.4)時, 有明顯節(jié)能效果

中等負(fù)荷(50%~60%),中功率因數(shù)(0.5~0.6)時,節(jié)能效果較好

中等負(fù)荷(50%~60%),高功率因數(shù)(>0.8)時, 節(jié)能有挑戰(zhàn)性效果

高負(fù)荷率(>70%), 高功率因數(shù)(>0.8)時, 幾乎沒有節(jié)能效果

實際應(yīng)用中對軟起動的節(jié)能效果爭議較大,例如:云南錫業(yè)集團(tuán)使用電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析儀對其下屬的大屯選礦廠部分棒磨即使用軟起動器的節(jié)能效果進(jìn)行了比對監(jiān)測,結(jié)果表明節(jié)能效果不到2%。當(dāng)然,真正有節(jié)電潛力的應(yīng)首先考慮采用變頻器。

3.4一用一備方案與一拖二方案的區(qū)別

一用一備控制方案應(yīng)該是一臺電機(jī)負(fù)載運(yùn)行、一臺電機(jī)負(fù)載備用,常常在二次控制線路上兩臺電機(jī)負(fù)載可互為備用,當(dāng)運(yùn)行的電機(jī)負(fù)載故障停機(jī)時,則備用電機(jī)負(fù)載自動投入運(yùn)行。采用軟起動時應(yīng)有兩個獨(dú)立的軟起動控制回路,圖3為典型的一用一備軟起動控制主回路示意圖。一般消防水泵應(yīng)采用此方案。

一拖二方案可以細(xì)分兩類:一種是分時循環(huán)拖動方案;一種是選擇拖動方案。分時循環(huán)拖動方案即采用一臺軟起動器分時先后拖動兩臺電機(jī)負(fù)載,在任意臺電機(jī)負(fù)載起動完成后,軟起動器處于待命狀態(tài),此時方可起動下一臺電機(jī),圖4是該方案主回路示意圖。該方案適用于負(fù)載等級要求一般,且兩臺電機(jī)負(fù)載可同時運(yùn)行的情況。 

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