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大电机软起动技术现状及展望软起动技术的应用
发布时间：2013-10-14 09:40 来源：未知
电动机是各行业最普遍使用的驱动设备，随着我国经济的快速发展，企业生产规模日益增大，单机容量超过2MW，电压6kV、10kV水平的大电机的数量越来越多，主要用于冶金、矿山、水泥、石化行业巾风机、压缩机、水泵、输油泵、破碎机、球磨机等大型机械上的电力拖动。
小容量电机普遍采用直接起动方式，起动电流不大，只要配电�；は低成柚煤侠�，不会对电网造成较大冲击。直接起动使用方便、维护简单、投资节省。但是对容量2MW以上的大电机而言，如果采用全压直接起动，起动时产生的冲击电流是额定电流的5~7倍，会造成短路容量有限的电网电压下降和剧烈波动，影响共网的其他电气设备的正常运行；同时冲击电流会造成电机局部温升，降低电机寿命；随之产生的机械冲力会加速机械传动部件（轴、嚼合齿轮等）的磨损；冲击电流还会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。电机越大，电网波动率越大，对电机及机械设备的危害越大，因此大电机一般不能够全压直接起动。
为避免全压直接起动造成的危害，大电机起动需采用降压起动方式。传统降压起动方式有：定子串电阻起动、定子串饱和电抗器、白耦变压器起动、星一三角起动等方式．但传统降压起动属于有级降压，起动特性不理想，切换时造成的二次冲击电流无法消除，不能频繁重复起动。为克服传统降压起动的不足，软起动技术应运而生，所谓软起动即是要在起动过程中实现电压、电流的全范围连续可调，从而使起动电流峰值降低、对电网运行基本不造成冲击。目前应用的软起动方式有：液态电阻软起动、晶管软起动、磁控软起动、变频器式软起动、开关变压器式软起动等。软起动方式评述与性能比较
各种软起动方式采用不同的控制手段实现起动过程中对电压、电流的调节，以适应不同的应用场合。
1．液态电阻软起动
液态电阻是一种由电解液形成的电阻，它导电的本质是离子导电。它的阻值正比于电极板间距，反比于电解液的电导率，改变极板间距和电导率，就可改变电阻值，从而实现电压、电流的无级调节，满足软起动性能要求。液态电阻软起动突出的优点是技术简单、成本低、不产生高次谐波、液态电阻箱串在绕线电动机转子回路可实现重载起动。
液态电阻软起动也有明显的缺点：
(1)液态电阻箱容积大。一次软起动后电解液通�；嵊�10℃~ 30℃的温升，不能频繁起动，重复性差。
(2)极板移动需要伺服机构，移动速度慢。
(3)液态电阻软起动维护量大。液箱中的水，需要定期补允；电极板长期浸泡于电解液中，表面会产生锈蚀，需要作表面处理（一般2~3年一次）。
(4)液态电阻软起动设备不适合于置放在易结冰或颠簸的场合。
2．晶闸管软起动
晶闸管软起动的基本原理是采用可控硅技术进行电压、调节。对于大电机，单只可控硅不能满足耐压要求，采用多只可控硅串联方式。
晶闸管软起动的起动性能令人满意，电压、电流都能从零起连续可调，控制灵活，起动重复性好。与液态电阻软起动相比，它的体积小、结构紧凑，几乎免维护，功能齐全，菜单丰富，�；ぶ苋�，这些都是液态电阻软起动难以望其项背的。
由于高压可控硅技术上的原因，该方式存在一些弱点：
(1)由于采用可控硅串联，因此对元件特性参数的一致性要求很高，不容易得到保证，元件在使用一段时间后特性参数还会发生变化，使均压性能变差，很容易造成整串元件的损坏，致使装置可靠性比较低。
(2)谐波比较大。
(3)设备、备件价格高。
3．磁控软起动
磁控软起动是用三相电抗器串在电机定子回路降压，控制直流励磁电流、改变铁心的饱和度，调节电抗器的电抗值，实现起动过程的电压、电流调节。起动开始时电抗器的电抗值最大，在起动过程中，通过反馈调+．使电抗值逐渐减小，电动机端电压逐步增大，软起动完成后电抗器被旁路。
显然，电抗值的调节与可控硅调节一样是无级、无接触、非机械式的；因此，在软起动性能方面，磁控软起动和晶闸管软起动类似，仅控制快速性稍差；磁控软起动的磁饱和电抗器产生的高次谐波比工作于斩波状态的品闸管要小；但是，饱和电抗器等效电抗值的变化范较小，周围存在一定的漏磁，需要有相对较大功率的辅助电源，噪声较大。
4．变频器软起动
变频器的功能是改变供电频率，主要用在交流电动机调速，在节．能、调整负荷方而应用较多。当用在起动过程时，通过变频逐步提高同步转速，实现良好的静、动态起动性能。起动电流小，可限制在1.5倍电动机额定电流以下；起动转矩大，可达电动机额定转矩的1.5倍，在此范围内可任意调节，实现恒转矩起动；电压和频率都能连续从零起调，可以做到无过流。足真正的软起动。
但是因高压变频技术处于发展阶段、不够成熟，由此带来了一些应用上的局限：如器件损耗大、故障率较高，需经常维修；变频器电路原理复杂，维修技术水平要求高；变频器输出中，高次谐波量大；尤其是高压变频设备．备件价格昂贵，当前使用上受到限制。
5、开关变压器式软起动
开关变压器式高压软起动装置可分为星点可打开及星点不可打开两种接线方式。网3所示为星点不可打开式线路图。
图中，由2QS、2QF、1QS2构成起动回路，下端接开关变压器TK。电动机起动南起动回路供电，通过开关变压器来调节电动机端电压，使电动机端电压逐步升高，当电动机达到临界转速时，2QF断开同时IQF闭合，电动机由1QS1、IQF构成正常运行回路供电，TK从电路巾切除，电动机完成正常起动全过程。
开关变压器式软起动装置用开关变压器来隔离高压和低压，开关变压器的低压绕组与可控硅控制系统相连，通过改变低压绕组上的电压来改变高压绕组上的电压，达到调节电动机端电压的目的，实现电动机的软起动。其优点显著：
(1)电压和电流能从零起连续可调，转速缓慢上升，起动性能好。高压开关合闸时电流（或电压）为零，开关寿命长。
(2)控制灵活，重复精度高。
(3)起动过程中，能在额定电流以内给电动机以充分加速，起动电流最大值小，保持时间短。
(4)开关变压器的低压侧电压低，低压可控硅的控制技术成熟，可靠性高。
(5)功耗小，可以连续起动，也可以一拖多（容量可不同）。
(6)开关变压器的电感大，可吸收大部分可控硅产生的高次谐波，对电源和电动机的高次谐波影响少。
开关变压器软起动，容量大（可达50MW以上）、可靠性高、可承受高压、价格低。
开关变压器软起动的综合性能优于变频器，价格远低于变频器，是当前市场上性价比最高的软起动设备。
6．各种软起动性能比较
综上所述，各种软起动的主要性能和工作特点可归纳成表l所示。
软起动行业现状与前景展望
电动机软起动，是一项技术，一类产品，造就了一个行业。
发达国家主要采用晶闸管软起动和变频器软起动。在生产工艺兼有调速要求时，采用变频器软起动，顺理成章。在没有调速要求的场合，起动负载较轻时（例如风机、水泵）多采用晶闸管软起动，在负载功率较大时，多用变频软起动。晶闸管软起动是发达国家软起动的主流。各知名电气公司均有自己晶闸管软起动的品牌，功能上各具特色。国外系列生产的品闸管软起动装置的电压等级最高已可达12kV，最大容量达5MW。
国内的情况和国外有所区别。国内大电机相应电压(6·10kV)的晶闸管软起动产品还没有问世，国产液态电阻软起动装置占据了很大的市场份额。国产设备结构简单、成本低廉，电解液配制无需蒸馏水，液箱也不密封。它能达到软起动性能的起码要求，售价低，维护虽然麻烦但难度不大，比较适合当前我国国情。
磁控软起动装置问世已有10年，其应用未像液态电阻软起动装置那样在国内“遍地开花”。磁控软起动技术还有待进一步发展，耐压等级、电机容量还需提高和扩大。由于磁控软起动技术性价比较好，现已逐步向冶会、石化等领域扩展，将会有良好的发展前景。
由于高压变频器价格昂贵，限制了当前的适用范围，随着高压变频器技术的进步、价格的下降，可靠性的提高，技术人员水平的提高，变频器软起动预期会有一个长足的发展。变频器软起动突出的优点是它可以在限流（起动电流不超过电机额定电流值）的同时获得大的起动转矩，能够实现包括软停止在内的各种起动功能。随着能源价格攀升，变频调速的节能效果明显，对于工作负荷经常变化，变频器兼具软起动和调速功能，既可优化起动性能，义能大幅度节能，必然成为首选。
开关变压器软起动是一项新技术，电压和电流都能从零开始连续可调、控制灵活、重复精度高、可靠性好、容量大、功耗小、谐波少、价格低等诸多优点，对于没有调速要求的大电机起动，会逐步为更多的人们关注，扩大其应用范围。
之外，软起动形式的多样化将继续存在。在不同的应用场合，人们对于各种性能的侧重面要求不同，如使用环境条件（温度、湿度变化范围），起动负载轻重，使用的频繁度、防爆、防尘要求等均有差异；不同层次的电气没计、管理、维修人员对软起动性能的要求也会有所偏爱。多种形式的软起动才能满足多样化的需求。
大电机软起动技术的核心是起动过程的调压，所涉及的调压手段较多，如伺服技术、可控硅技术、电抗器调控、高压变频、开关变压器等；上述某个领域如出现重大技术进步，必将对大电机软起动技术的发展产生重大影响。
