摘 要 文章回顧了2007年前的電動機啟動與保護方式的狀況，對2008年的電動機啟動與保護應(yīng)用情況進行了展望。 關(guān)鍵詞 傳統(tǒng)方式 硬啟動 軟啟動 完善保護 液態(tài)電阻 1、前言 傳統(tǒng)的電動機的啟動方式多以自耦減壓、星—三角啟動為主，而后者的使用場合是有條件的，即它必須在啟動轉(zhuǎn)矩不太大的情況下才能使用。近年來，低壓電動機的啟動發(fā)展成為電子式的軟啟動和變頻器啟動，高壓電動機的啟動也發(fā)展成為了以液體電阻降壓方式為主的啟動，還有一部分采用了高壓變頻器啟動；低壓電動機的保護以往主要是采用帶斷相保護的熱繼電器來作過載保護兼作缺相保護，高壓保護則采用傳統(tǒng)的繼電器來實現(xiàn)過流、過載、堵轉(zhuǎn)等保護，一般情況下能較好地實現(xiàn)電動機的啟動與保護。 2、對2007年啟動和保護方式的回顧 2007年，電動機啟動方式已經(jīng)從傳統(tǒng)的以自耦減壓、星—三角啟動等硬啟動為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橛矄雍蛙泦痈髡家话氲那闆r，保護方式也正在不斷完善，已由傳統(tǒng)的熱元件保護，發(fā)展成為新型電子式的各種功能齊全的保護，這在技術(shù)上則是一種較快的進步。 2.1硬啟動方式的現(xiàn)狀 以往的硬啟動方式，如自耦減壓、星—三角啟動等具有電路簡單，維修方便，一次性成本投入較低等優(yōu)點，但它們的啟動電流仍然較大，對電動機及所帶的機械設(shè)備仍然存在較大的沖擊，雖然提供了兩種啟動抽頭電壓可以根據(jù)實際負載狀況選擇，但若是在啟動轉(zhuǎn)矩較大的情況下，選擇較低電壓抽頭時，它的啟動過程不能完成，即啟動電流始終降不下來；若選用較高電壓檔，則它的啟動電流較大，對電動機和電網(wǎng)的沖擊較大，常易造成電動機及變壓器的絕緣被擊穿、電網(wǎng)的某些主開關(guān)易誤跳閘，使電網(wǎng)的某些保護參數(shù)的整定成為難題，啟動器的關(guān)鍵器件交流接觸器也比較容易被燒壞。尤其是傳統(tǒng)的國標硬啟動器的二次控制電路采用的是由一只時間繼電器來實現(xiàn)啟動與運行的自動切換，長此以往，這只時間繼電器出現(xiàn)故障后，就不能起到自動切換的作用。這樣，長期處于啟動狀態(tài)運行，電動機由于欠電壓運行會造成過載而受損，而且自耦減壓線圈由于不能退出運行，長期通過運行電流，也會燒毀，從而影響電氣設(shè)備的安全運行。這種硬啟動，在早期的啟動方式中采用較多，主要是其成本較低，而軟啟動的成本較高。所有的硬啟動中采用的傳統(tǒng)保護一般是帶斷相保護功能的熱繼電器來實現(xiàn)過載和斷相保護，它有很多缺陷，已經(jīng)成為一種即將被淘汰的啟動和保護方式。 2.2軟啟動的基本情況 近年來，電子式軟啟動的方式已經(jīng)成為替代硬啟動的一種成功的方式。它具有啟動電流小，連續(xù)平滑啟動和加速，啟動轉(zhuǎn)矩由小到大連續(xù)變化的優(yōu)點，并且還比硬啟動增加了幾種實用的保護，較好地解決了傳統(tǒng)的啟動和保護中存在的問題。 軟啟動器是一種集電動機軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電動機控制裝置，其主要組成部分是串接于電源與被控電動機之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可以適應(yīng)不同負載電動機的啟動。 變頻器也是一種軟啟動方式，但它比普通軟啟動具有更多的優(yōu)越性：不但可以實現(xiàn)緩慢的軟啟動，具有較好的節(jié)能作用，而且還能與其它自控器件有效地組合，組成成熟的自動控制系統(tǒng)；其輸出不但改變電壓而且同時改變頻率；軟啟動器實際上是個調(diào)壓器，用于電動機啟動時，其輸出只改變電壓并不改變頻率。變頻器具備所有軟啟動器的功能，但它的價格比軟啟動器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。 運用于串接于電源與被控電動機之間的軟啟動器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電動機輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至啟動結(jié)束，賦予電動機全電壓，即為軟啟動。在軟啟動過程中，電動機啟動轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。一般情況下，軟啟動器的工作原理有以下幾種啟動方式。 2.2.1斜坡升壓軟啟動 這種啟動方式最簡單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點是由于不限流，在電動機啟動過程中，有時要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網(wǎng)影響較大，很少在實際當中應(yīng)用。 2.2.2斜坡恒流軟啟動 這種啟動方式是在電動機啟動的初始階段啟動電流逐漸增加，當電流達到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至啟動完畢。在啟動過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動機負載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動時間短。該啟動方式是應(yīng)用最多的啟動方式，尤其適用于風機、泵類負載的啟動。 2.2.3階躍啟動 開機時以最短時間使啟動電流迅速達到設(shè)定值，即為階躍啟動。通過調(diào)節(jié)啟動電流設(shè)定值，可以達到快速啟動的效果。 2.2.4脈沖沖擊啟動 在啟動開始階段，讓晶閘管在極短時間內(nèi)，以較大電流導(dǎo)通一段時間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，連入恒流啟動。該種方式在一般負載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動場合。 3、對2008年啟動與保護方式的展望 2008年的電動機啟動將以電子式軟啟動方式為主，同時適當采用變頻啟動，高壓啟動還要逐步推廣使用新型的液態(tài)電阻減壓啟動，新建工程中將基本淘汰硬啟動，對原有的部分硬啟動要根據(jù)實際情況來作出維護和改造計劃，條件成熟時要逐步以軟啟動器替代。 3.1軟啟動與傳統(tǒng)減壓啟動方式的比較 籠型電動機傳統(tǒng)的減壓啟動方式有星——三角啟動、自耦減壓啟動、電抗器啟動等。這些啟動方式都屬于有級減壓的硬啟動，存在明顯缺點，即啟動過程中出現(xiàn)二次沖擊電流。軟啟動與傳統(tǒng)減壓啟動方式的不同之處如下。 3.1.1無沖擊電流 軟啟動器在啟動電動機時，通過逐漸增大晶閘管導(dǎo)通角，使電動機啟動電流從零線性上升至設(shè)定值。 3.1.2恒流啟動 軟啟動器可以引入電流閉環(huán)控制，使電動機在啟動過程中保持恒流，確保電動機平穩(wěn)啟動。 3.1.3啟動電流的調(diào)節(jié) 根據(jù)負載情況及電網(wǎng)繼電保護特性選擇，可自由地無級調(diào)整至最佳的啟動電流。 3.1.4實現(xiàn)軟停車 電動機停機時，傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的，但在許多應(yīng)用場合中，不允許電動機瞬間關(guān)機。如為高層建筑大樓供水的水泵系統(tǒng)，如果瞬間停機就會產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使管道甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應(yīng)，需要電動機逐漸緩慢停機，即軟停車。在泵站中，采用軟啟動器能滿足這一要求，應(yīng)用軟停車技術(shù)可避免泵站的“拍門”損壞，減少維修費用和維修工作量。 軟啟動器中的軟停車功能是晶閘管在得到停機指令后，從全導(dǎo)通逐漸地減小導(dǎo)通角，經(jīng)過一定時間過渡到全關(guān)閉的過程。停車的時間根據(jù)實際需要可在0～120s之間調(diào)整。 3.1.5實現(xiàn)輕載節(jié)能 籠型異步電動機是感性負載，其運行中的電流滯后于電壓。如電動機工作電壓不變，處于輕載時的功率因數(shù)較低；處于重載時，則功率因數(shù)較高。軟啟動器能實現(xiàn)在輕載時，通過降低電動機端電壓，提高功率因數(shù)，減少電動機的銅耗、鐵耗，達到輕載節(jié)能的目的；負載重時，則自動提高電動機端電壓來確保電動機正常運行。 3.2軟啟動的保護功能 軟啟動的保護功能比傳統(tǒng)硬啟動器的保護功能好很多。 3.2.1過載保護功能 軟啟動器引進了電流控制環(huán)，因而可以隨時跟蹤檢測電動機電流的變化狀況。通過增加過載電流的設(shè)定和反時限控制模式，實現(xiàn)了過載保護功能，使電動機過載時，關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報警信號。 3.2.2缺相保護功能 工作時，軟啟動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護反應(yīng)。 3.2.3過熱保護功能 通過軟啟動器內(nèi)部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報警信號。 3.2.4其它功能 軟啟動器與其它保護元件組合，可以實現(xiàn)堵轉(zhuǎn)保護等功能。另外，通過電子電路的組合，還可在系統(tǒng)中實現(xiàn)其它各種聯(lián)鎖保護。 3.3軟啟動MCC控制柜 MCC（MotorControlCenter）控制柜，即電動機控制中心。軟啟動可以方便地組成MCC控制柜，它由以下幾部分組成：①輸入端的斷路器；②軟啟動器（包括電子控制電路與三相晶閘管）；③軟啟動器的旁路接觸器；④二次側(cè)控制電路（完成手動啟動、遙控啟動、軟啟動及直接啟動等功能的選擇與運行），有電壓、電流顯示和故障、運行、工作狀態(tài)等指示。 大多數(shù)軟啟動器在晶閘管兩側(cè)有旁路接觸器觸頭，其優(yōu)點是：①控制柜具有兩種啟動方式（直接啟動、軟啟動）；②軟啟動結(jié)束，旁路接觸器閉合，使軟啟動器退出運行，直至停車時再次投入。這樣既延長了軟啟動器的壽命，又使電網(wǎng)避免了諧波污染，還可減少軟啟動器中的晶閘管發(fā)熱損耗。 3.4軟啟動MCC控制柜的擴展功能 將軟啟動MCC控制柜進一步加以組合，可以實現(xiàn)多種復(fù)合功能。將兩臺控制柜加上控制邏輯，可以組成“一用一備方案”，用于大樓的消防系統(tǒng)與噴淋泵、生活泵等系統(tǒng)。如果配上PLC（可編程序控制器），則可以實現(xiàn)消防泵定時（如半個月）自動檢測，定時自動關(guān)閉；加上相應(yīng)的控制邏輯，則可以對消防泵及各個系統(tǒng)檢測運轉(zhuǎn)是否正常實施監(jiān)控。在平時，定時低速低水壓（不出水）運行；在滅火時，則實施全速滿載運行。將若干臺電動機加上控制邏輯組合，可以組成生活泵系統(tǒng)或其它專用系統(tǒng)，按需要量逐次打開各臺電動機，也可逐次減少電動機，實現(xiàn)最佳效率運行。還可以根據(jù)客戶要求，實現(xiàn)多臺電動機每次自動轉(zhuǎn)換運行，使各臺電動機都處于同等的運行壽命期。 3.5軟啟動器的應(yīng)用場合 籠型異步電動機原則上凡運行中不需要調(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），電動機功率從幾kW到800kW；軟啟動器特別適用于各種泵類或風機類負載，需要軟啟動與軟停車的場合；同樣對于變負載工況，電動機長期處于輕載運行，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，當然，這種情況下應(yīng)用變頻器來啟動則節(jié)能效果更為顯著。 籠型異步電動機原則上凡運行中不需要調(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），電動機功率從幾kW到800kW；軟啟動器特別適用于各種泵類或風機類負載，需要軟啟動與軟停車的場合；同樣對于變負載工況，電動機長期處于輕載運行，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，當然，這種情況下應(yīng)用變頻器來啟動則節(jié)能效果更為顯著。 3.6高壓液態(tài)電阻減壓啟動 高壓液態(tài)電阻減壓啟動的方式已在近年來得到了廣泛的使用，但它又有了新的發(fā)展，其產(chǎn)品的性能也得到了不斷的改進。 3.6.1 QXQ-S高壓鼠籠（含繞線）電動機液阻調(diào)速裝置 液態(tài)（液阻、水電阻）啟動高壓鼠籠電動機技術(shù)與高壓變頻器、開關(guān)變壓器式軟啟動及傳統(tǒng)高壓電抗器軟啟動，相比較具備很強的競爭優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在智能控制技術(shù)成熟、維護少、價位低。以往的高壓鼠籠電動機啟動設(shè)備雖然可實現(xiàn)軟起軟停，但缺點是均解決不了頻繁軟啟/停與工作中的節(jié)能調(diào)速運行，這主要是因為耐壓、絕緣、溫升、自動控制等問題難以解決。 3.6.2 QXQ—S系列調(diào)速裝置的調(diào)速性能特點 （1）主要由液阻系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)等部分組成。 （2）節(jié)能率可達20%～50%，可現(xiàn)場操作,又可遠距離控制，可實現(xiàn)與計算機的通訊，運行安裝機動靈活。 （3）繼電器型、PLC型、單片機控制型三種類型的調(diào)速器,各具特色，也可滿足不同行業(yè)客戶的需要。與其它調(diào)速方式相比具有卓越的性能，操作簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。 （4）兼有液體電阻啟動器軟啟動、軟停車功能，可直接方便的啟動電動機，特別是高壓鼠籠電動機。 （5）廣泛用于鋼鐵、石化、冶金、電力、建材、水利，糧食加工。制藥等行業(yè)的風機、水泵、磨機、軋鋼等電動機的調(diào)速，其電氣性價比變頻器高。 2008年，高壓電動機的啟動仍然配合機械設(shè)備采用的液力耦合調(diào)速裝置為基礎(chǔ)，以常規(guī)的液態(tài)電阻和變頻器啟動為根本，逐步推廣QXQ—S系列高壓鼠籠（含繞線）電動機液阻調(diào)速裝置；高壓電動機的保護將全面采用功能齊全的微機保護，使新產(chǎn)品能得以廣泛應(yīng)用。 4、結(jié)束語 2008年，我國工業(yè)企業(yè)的電氣啟動與保護的方式，將在總結(jié)2007年以前成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，逐步推廣使用新的技術(shù)，以此進一步保持電氣設(shè)備啟動、運行過程的安全、可靠和穩(wěn)定，不斷促進企業(yè)經(jīng)濟效益的增長，實現(xiàn)企業(yè)的持續(xù)、快速、協(xié)調(diào)和健康發(fā)展。