1 引言
2005年邯鋼決定對(duì)1260m3高爐擴(kuò)容至2000 m3,高爐的配套設(shè)施煤氣洗泵站也要進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)容改造,在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上,增加兩臺(tái)水泵,配套電機(jī)為籠型異步電動(dòng)機(jī),額定功率為220kW,額定電流為430A,本著經(jīng)濟(jì)適用的原則,針對(duì)電源負(fù)荷和負(fù)載性質(zhì)選擇軟起動(dòng)方式起動(dòng)電機(jī)。
2 起動(dòng)方式的選擇
回顧一下籠型異步電動(dòng)機(jī)的原理與起動(dòng)方式,我們發(fā)現(xiàn),電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)經(jīng)歷了從“硬起動(dòng)”到“軟起動(dòng)”的過程。
直接起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)是最直接的起動(dòng)方式,起動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生很大的起動(dòng)電流,這股電流會(huì)給電源供給產(chǎn)生壓力,它會(huì)使電源線超負(fù)載工作。與此同時(shí),轉(zhuǎn)矩也會(huì)激增,這突然的拉動(dòng)會(huì)對(duì)運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)、機(jī)器及能源傳輸設(shè)備產(chǎn)生壓力。判斷一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)能否采用直接起動(dòng)可按下面的條件來確定:
IST/IN≤(3/4+ ST/4 PN)
式中 IST:電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)電流(A);
IN:電動(dòng)機(jī)額定電流(A);
ST:電源變壓器容量(kVA);
PN:電動(dòng)機(jī)功率(kW);
滿足此條件即可全壓起動(dòng),否則應(yīng)采用減壓起動(dòng)。
因:IST=1350A IN=430 ST=1250 kVA PN=220 kW
因:IST/IN=1350/430=3.14
3/4+ST/4 PN=0.75+1250/880=2.17
則:IST/IN≥3/4+ST/4 PN
因此,不能采用全壓方式起動(dòng)電機(jī)。由于受到費(fèi)用的限制,利舊兩臺(tái)變壓器,所以我們采用降壓起動(dòng)方式起動(dòng)電機(jī)。
3 降壓起動(dòng)方式的選擇
3.1 常規(guī)的降壓起動(dòng)方式
主要有:串電阻起動(dòng)、定子回路串電抗器起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)、星——三角起動(dòng)等均屬有級(jí)起動(dòng),起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流是額定電流的5~7倍,對(duì)供電設(shè)備、電動(dòng)機(jī)及所拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備會(huì)造成極大損壞;起動(dòng)時(shí)因過大的起動(dòng)電流產(chǎn)生過大的電壓降,嚴(yán)重威脅著鄰近用電設(shè)備的安全運(yùn)行;起動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的0.4~1.2倍(電動(dòng)機(jī)容量越大,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍率越?。瑢?duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的負(fù)載,為確保正常起動(dòng),必須增加電動(dòng)機(jī)容量,增加了成本。
3.2 液態(tài)變阻軟起動(dòng)
液態(tài)變阻軟起動(dòng)已發(fā)展為一項(xiàng)成熟的技術(shù),已能充分滿足各種電機(jī)軟起動(dòng)的要求。這種軟起動(dòng)在使用過程中,經(jīng)常出現(xiàn)以下問題:
(1)起動(dòng)電流大小受環(huán)境溫度影響在;
(2)液體易開鍋;
(3)使用壽命短;
(4)體積大,增加基建投資,需定期加水,維護(hù)麻煩。
3.3 變頻軟起動(dòng)
變頻調(diào)速裝置也是一種軟起動(dòng)裝置,它是比較理想的一種,它可以使電壓和頻率都能連續(xù)從零起調(diào),保持電機(jī)有較小的轉(zhuǎn)差率,因此可以做到無過流,限流的同時(shí)保持高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,具有很好的起動(dòng)性能,但它也有如下缺點(diǎn):
(1)價(jià)格較高;
(2)變頻器電路原理復(fù)雜,對(duì)維修技術(shù)水平要求高,一旦出現(xiàn)故障,在較短的時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)運(yùn)行。
變頻器輸出電壓的高次諧波含量大,對(duì)電機(jī)有傷害。
3.4 固態(tài)軟起動(dòng)
晶閘管軟起動(dòng)(又稱固態(tài)軟起動(dòng))
現(xiàn)代的固態(tài)軟起動(dòng)器是用微電腦控制的晶閘管交流調(diào)壓器,在三相電路的每一相有兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)聯(lián)接,通過改變晶閘管的移相控制角,就可以調(diào)節(jié)其輸出電壓,從而達(dá)到降壓起動(dòng)的目的。軟起動(dòng)技術(shù)是根據(jù)電機(jī)的機(jī)械特性,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝,通設(shè)定TVR(時(shí)間、電壓、斜率)函數(shù)關(guān)系,以采取斜坡控制方式來實(shí)施起動(dòng)的,其轉(zhuǎn)差率S、轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩M也相應(yīng)平滑變化。由于是平滑上升,故對(duì)電網(wǎng)無沖擊電流。由于是無觸點(diǎn)元件,可以頻繁操作。
3.5 分析與比較
在選擇軟起動(dòng)裝置的過程中,對(duì)常規(guī)的降壓起動(dòng)方式、變頻器、固態(tài)軟起動(dòng)和液態(tài)變阻器等進(jìn)行了充分論證,最后選擇帶旁路的固態(tài)軟起動(dòng)裝置。
4 軟起動(dòng)的起動(dòng)模式
4.1 斜坡起動(dòng)
該模式是最常用的起動(dòng)模式,通過減少起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的沖擊,實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)平滑、連續(xù)無級(jí)加速的起動(dòng)方式。
從初始起動(dòng)轉(zhuǎn)矩開始,在加速斜坡時(shí)間內(nèi),電動(dòng)機(jī)的輸出電壓緩慢增加直至全電壓,加速斜坡的時(shí)間可調(diào),如果在電壓上升過程中,電動(dòng)機(jī)已經(jīng)達(dá)到全速,輸出電壓將自動(dòng)切換到全電壓,如圖1所示。
圖1 斜坡起動(dòng)
4.2 帶脈沖突跳起動(dòng)的軟起動(dòng)
脈沖突跳起動(dòng)可以在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)短時(shí)的脈沖轉(zhuǎn)矩,滿足那些在起動(dòng)開始時(shí)需要一個(gè)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的負(fù)載,實(shí)際上它是提供一個(gè)電流脈沖,以克服負(fù)載的慣性,如圖2所示。
圖2 帶脈沖突跳起動(dòng)的軟起動(dòng)
4.3 限電流起動(dòng)
限電流起動(dòng)主要應(yīng)用在加速時(shí)需要限制沖擊電流的場(chǎng)合,該模式為電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)固定電壓的減壓起動(dòng),用于限制大電流。限電流起動(dòng)也帶有脈沖突跳功能,選突跳起動(dòng)特性可以在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)短時(shí)的脈沖轉(zhuǎn)矩,滿足那些在起動(dòng)時(shí)需要一個(gè)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的負(fù)載,如圖3所示。
圖3 限電流起動(dòng)
4.4 雙斜坡起動(dòng)
雙斜坡起動(dòng)提供給用戶兩種獨(dú)立的軟起動(dòng)性能,能夠?qū)ζ湫逼聲r(shí)間和初始轉(zhuǎn)矩分別進(jìn)行調(diào)整,脈沖突跳起動(dòng)在雙斜坡起動(dòng)模式中也可提供,如圖4所示
圖4 雙斜坡起動(dòng)
4.5 預(yù)置慢速起動(dòng)
預(yù)置慢速起動(dòng)功能可以提供兩種慢速起動(dòng)模式,便于過程的設(shè)置和校準(zhǔn),這兩種速度可在沒有可逆接觸器情況下提供正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種方向的速度。該模式適用于需要快速使物料定位的場(chǎng)合,預(yù)置的低速在正轉(zhuǎn)方向,既可設(shè)置成額定速度的7%(低)或額定速度的15%(高),也可在反轉(zhuǎn)方向設(shè)置成額定速度的10%(低)或額定速度的20%(高),如圖5所示。
圖5 預(yù)置慢速起動(dòng)
4.6 線性加速度起動(dòng)
這種加速模式,是通過一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)來維持電動(dòng)機(jī)加速到恒速的,所需要的反饋信號(hào)是通過與電動(dòng)機(jī)耦合的直流測(cè)速儀來實(shí)現(xiàn)的。如圖6所示。
圖6 線性加速度起動(dòng)
5 應(yīng)用
在選擇軟起動(dòng)的過程中,通過對(duì)常規(guī)的起動(dòng)方式和軟起動(dòng)的起動(dòng)模式的分析,最后選擇了西馳公司生產(chǎn)的軟起動(dòng)裝置。其具有如下特點(diǎn):采用全數(shù)字控制,人機(jī)界面設(shè)定參數(shù),設(shè)定與調(diào)整十分方便;采用專門的濾波裝置,無諧波污染;體積小,結(jié)構(gòu)緊湊;晶閘管為長(zhǎng)壽命器件,而且又是短時(shí)工作,出現(xiàn)事故的機(jī)率很低。
根據(jù)我廠的情況,對(duì)于水泵類負(fù)載選擇限電流起動(dòng)模式起動(dòng)電機(jī),將電流設(shè)定在2.5Ie,實(shí)測(cè)起動(dòng)時(shí)間為18s,觀察電網(wǎng)各項(xiàng)電氣測(cè)量參數(shù)無異常。其控制原理如圖7所示。
圖7 軟起動(dòng)器控制原理圖
6 結(jié)束語
通過長(zhǎng)期的實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn),選擇軟起動(dòng)器控制煤氣洗滌泵站水泵電機(jī)起動(dòng)是正確的,它不僅避免了電機(jī)全壓起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊,還因不需電網(wǎng)增容而節(jié)省了大量的費(fèi)用。該產(chǎn)品在我廠的成功應(yīng)用,不僅給我們提供了認(rèn)識(shí)新產(chǎn)品、學(xué)習(xí)新技術(shù)的機(jī)會(huì),也使我們以后在如何從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行等因素綜合考慮,合理選擇電氣設(shè)備增長(zhǎng)了經(jīng)驗(yàn)。