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软启动技术在斜井长距离带式输送机上的应用
发布时间：2013-08-18 08:37 来源：未知
1、问题提出
仙亭矿主斜井倾角16°、斜长630m，现装备有l条宽度为800mm的钢绳芯带式输送机，设计输送能力45×104t/a．年提升煤炭30 x104t。现有带式输送机由两台JR114 - 4/115kW型绕线式电机拖动，目前存在启动设备、电动机及电阻箱等故障率较高且由于采用硬启动方式容易造成输送带受瞬间拉力减短寿命，减速机、连轴器故障较多的现象，对矿井的正常生产造成了较大的影响。因此选用一种比较合理的控制、运行方式对我矿主井带式输送机的安全、经济可靠运行有着现实的意义。
2、方案设计
该带式输送机是我矿输送原煤的唯一通道，根据现场生产需要频繁启动且经常重载启动，传统的转子串电阻分级降压启动方式存在上述缺点。近十年来变频技术和软启动技术的发展，从根本上解决了电机控制中的难题，特别是降压软启动技术在解决大、中容量的电机启动问题上有着卓越的功能，是一项替代传统启动方式的新技术。
软启动器和变频器的区别：变频器是用于需要调速的地方，其输出不但改变电压而且同时改变频率；软启动器实际上是个调压器，用于电机启动时，输出只改变电压并没有改变功率。软启动器是一种集电机软启动、软停车、轻载节能和多种�；すδ苡谝惶宓男掠钡缁刂谱爸茫闹饕钩墒谴佑诘缭从氡豢氐缁涞娜喾床⒘д⒐芗捌涞缱涌刂频缏�，运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。变频器具备所有软启动器功能，但它的价格比软启动器贵得多，结构也复杂得多。
因此，我矿主斜井带式输送机电机控制技术改造选用软启动控制，并在电动机与减速器间的联接采用液力耦合器，在启动时调整液力耦合器的机械效率为零，使电机空载启动，更好的实现软启动的功能。
3、传统启动方式的缺点
(1)常用电机启动方式有全压启动和降压启动两种方式，其主要的缺点如下：
①启动电流高达额定电流的5～7倍，造成电机绕组高温过热，从而加速绝缘老化；
②对供电电网的压降影响较大，当压降下降到额定电压的85%及以下时，影响电网中其他设备的正常运行，尤其有欠压�；さ纳璞�；
③启动时能量损失较大，尤其是频繁启动的设备；
④对被带动的设备造成极大的冲击力，缩短设备使用寿命，影响精确度；
⑤造成机械传动部件的非正常磨损，加速设备老化，缩短寿命。
(2)电机直接启动的条件：
①机械设备有足够强度；
②主变压器有足够容量，启动时不允许电机的容量大于10%~15%主变压器的容量；
③启动过程中电压降不大于15%电网额定电压。以往解决中、大容量电机启动问题往往采用一些传统的如频敏变阻器启动（只适用于绕线式电机），自耦变压器降压启动、Y/A转换方式启动、延边三角形方式启动等。它们的启动方式性能见表1。
这些传统的降压启动方式普遍存在着启动设备复杂，部分启动方式存在着启动电流大或启动转矩偏小的缺点，而且在电机的运行�；し矫�，存在着功能不够完善或不灵敏的情况。而软启动技术作为一种先进的电机控制技术，在这些方面与传统的控制方式相比，有着无可比拟的优越性能，是控制技术发展的方向。
4、软启动技术及优点
电动机软启动器是采用电力电子技术、微处理器技术及现代控制理论设计生产的具有先进水平的高新技术产品，软启动器是微处理器和大功率晶闸管相结合的新技术，用微处理器控制晶闸管导通角，从而改变晶闸管的输出电压来达到降压启动的功能，它从根本上改变了传统的（自耦式、磁控式及星／三角等）降压启动器在启动时产生的电压、电流突变带来的不良后果；如电网电压跌落、波动，引起机械应力的突变，造成设备损坏或缩短机械寿命等，是传统的降压启动方式的理想换代产品。其控制原理如图1所示。
软启动器在电机控制应用中有以下优点：
4.1提供灵活的启动方式选择和及其优越的启动特性
运用串接于电源与被控电机之间的软启动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至启动结束，赋予电机全电压，即为软启动。在软启动过程中，电机启动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。根据负载特点选择不同的启动方式，常用的有以下几种启动方式：
(1)斜坡升压软启动：这种启动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。适用不同斜率电压增量启动，是较为常用的启动方式，电机得到预设定的初始转矩，在斜坡加速期间，输出给电机的电压无级递增，当软启动器的控制器检测到电机已达到额定转速时，输出电压自动切换为全电压，如图2所示。其缺点是，由于不限流，在电机启动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏。
(2)斜坡恒流软启动：这种启动方式是在电动机启动的初始阶段启动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直至启动完毕。启动过程中，电流上升变化的速度是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则启动转矩大，启动时间短。该方式为电机提供一个固定电压的降压启动，当必须限制最大启动电流时选用该方式。该启动方式是应用最多的启动方式，尤其适用于风机、泵类负载启动。
(3)阶跃启动：开机，即以最短时间，使启动电流迅速达到设定值，即为阶跃启动。通过调节启动电流设定值，可以达到快速启动效果。
(4)脉冲冲击启动：在启动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连人恒流启动。该启动方式，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的启动场合。
4.2软启动器有多功能的保护系统
软启动器对电动机的启动和运行有多种�；すδ�，它不仅能提供过载�；�，而且可提供各种操作故障状态下的保护，如输人／输出缺相、电机堵转、晶闸管短路及失压、过压、短路等保护，其中内置的过载保护功能可以对单台控制时无需另加电机�；さ缏罚山档图苫虺商壮杀�。此外，不需增加任何传感器或仪表，可读取电机的运行参数，如：电流、电压、功率、电度及运行时间等。除了拥有强大的�；すδ苤猓砥舳骰咕哂泄收献哉锒瞎δ�，大大减少了故障查找与检修时间。
4.3软启动器运行可靠、维修方便
软启动器大电流运行无触点，采用交流开关无级调压，消除了系统中产生接触不良的影响，调压范围宽，过载能力强，人性化的菜单界面可极为方便地查阅参数或修改参数，通过附加的通信网络接口实现远程控制和自动化集中控制。由于采用了高性能微处理器及强大的软件支持功能，使控制电路得以简化，外接线路简单，故障查找方便。
4.4软启动器的节能运行
随着电机负载率的变化，软启动器自适应控制自动调整电机的转速，使电机运行功率因数相应提高，同时降低电机运行时的功率损耗。对经常启动且负载变化频繁的运行系统，电机的节能效果更加显著。电机在负载到满载范围内的最高综合节电效果可达损耗的40%左右。
设备在欠负载情况下，电机铜损、铁损比例增加，功率因数下降，电机有效用电率降低，在轻载时如果降低输入电压、减小电机主磁通，电机的铁心损耗及磁化电流将减小，从而电机的效率、功率因数将得到提高，这就是软启动器节能运行功能的基本原理。具有节能功能的软启动器可对电机电流、功率因数进行监视，控制电机的端电压变化，使其在欠载或空载的情况下调整电机上的电压，使其产生相应的转矩，从而达到节能的目的。软启动器在启动过程完成后旁路接触器投入使用，避免了其自身的损耗，也达到一部分节能的效果。但有的使用场合要求不能使用旁路接触器，自身损耗产生热量，同时软启动器的高次谐波将连续干扰线路，其节电效果要视负载运行情况：
低负荷率(<40%)，低功率因数(<0.4)时，有明显节能效果；
中等负荷（50%一60%），中等功率因数(0.5一0.6)时，节电效果较好；
中等负荷（50%—60%），功率因数(>0.8)时，节能有挑战性效果；
高负荷率(>70%)，高功率因数(>0.8)时，几乎没有节电效果，实际应用中对软启动的节能效果争议较大，当然，真正有节电潜力的应首先考虑采用变频器。
4.5延长设备使用寿命，提高生产率
电机的软启动有效降低启动，提高设备利用率，提高生产率。几乎所有的交流电机减压启动器都是先低压后全压，将一次大的启动电流冲击分解为两次较大的电流冲击，而两次较大的电流冲击常常造成电压投入或切换的接触器损坏、机械及传动元件的机械冲击磨损，许多单位为了保障设备正常运行，就不得不定期更换接触器，从而给用户单位带来繁重的设备维护量和增大了设备使用成本。软启动器采用可控硅相控启动，使得电机的启动电压按照合理的要求由小至大直至全压，启动完成时接入旁路接触器。停车时，先断开旁路接触器，再关闭所有的可控硅，这样接触器就不带电流进行闭合与分断，因而接触器的寿命基本由其机械寿命来决定（机械寿命比电寿命高10倍左右）。故障跳闸时也是执行同样的过程，因为可控硅有强大的过电流能力。由于其过载热保护值只在启动完成后投入，因而在启动过程中完全不需考虑热�；ぶ档呐浜�，一切都按正常的程序执行，采用软启动器又简单又方便，所有�；づ浜隙寄芮岫拙俚赝瓿�。软启动器利用其斜坡启动功能，在启动过程中，缓缓增加电机转速，使带式输送机平滑启动，克服了直接启动时的冲击，当输送带被异物卡住后软启动器便保护跳闸，从而避免了电机的损坏、延长了带式输送机的使用寿命。
5、液力耦合器的应用
液力耦合器是一种利用在工作腔泵轮与涡轮叶片间高速旋转的液流来传递功率的液力元件。安装在电机与减速机之间，其工作原理：泵轮与电机相连，在电机带动下泵轮使液流作离心加速运动而获得动能和压能，高速旋转的液流由泵轮进入涡轮冲击叶片并做向心减速动，向涡轮释放液体能推动涡轮旋转做功。工作过程：电机机械能→液体能→机械能，液力耦合器传动中有液体参与能量转化过程，它具有以下优点：①提高电动机启动能力，使电机充分发挥作用；②启动平稳，并在运行中消减冲击和振动；③有过载�；すδ�；④缩短启动电流的持续时间，节约电能。因此，它能够很好地与软启动器配合使用，使电机的启动过程更趋完美。
6、结语
随着现代电力电子技术及微电子技术的快速发展，国内交流电机软启动器的应用已非常广泛，由于直接启动过大的冲击电流和突跳转矩易造成电机、电气及机械设备较大的损害，而传统的降压启动方式仍存在较大的启动冲击电流，所以一般情况下对中大容量电机，在经济条仵允许的情况下尽量使用软启动器。
通过以上的论述，我们可以发现传统的启动方式虽然在现今仍应用较多，但软启动的卓越启动和保护功能已逐渐被人们所认可，在今后的电动机控制中，凡是符合以下七条中的一条或几条时，使用软启动技术更经济、合理地控制电机，提高电动机的潜能发挥。更好地为生产及生活服务。
(1)正常运行时不要求电机具有调速或节能要求，只加快启动的工作状态；
(2)负载自身不允许在正常时产生压降，降速的可能性；
(3)电机功率较大，为满足启动条件，要造成主变压器容量加大的场合，这点可降低配电容量，避免增容投资；
(4)对电网电压波动要求严格，对压降要求≤10%U的供电系统；
(5)设备精密，不允许高启动冲击，以防对产品质量产生不良后果；
(6)机械设备或负载工况条件不允许直接启动或采用老式的降压启动；
(7)对大、中容量电动机启动过程能量损失可观，需节能时。
