智能軟啟動器在煤礦企業中的應用

摘 要：簡述了電動機智能軟啟動器的原理、功能特點和控制方式，并針對軟啟動器的選購和使用應注意的問題提出了建議，對于軟啟動器在煤礦企業普及應用將起到積極作用。
關鍵詞：智能軟啟動；選購；使用
0 引言
　　長期以來，各種各樣的軟啟動技術不斷出現，就三相交流異步電動機降壓啟動來說，從傳統的串電阻、電抗器、自藕變壓器和啟動等發展到智能軟啟動、熱變電阻、液體變阻以及變頻變壓等各種現代的軟啟動，可以說是百花開放，并且已經在多個領域內廣泛應用。但是，就煤礦企業來說，由于各種原因，現代啟動技術的應用則相對滯后，以筆者所在的相對比較現代化的永煤集團為例，除需要調速的場合外，現在主要使用的軟啟動方式仍舊是液力偶合器和傳統的降壓啟動，應用現代軟啟動技術的設備僅有10余臺。
1 傳統軟啟動的缺點
　　由于其電動機的啟動電流仍然較高，達到額定電流的4～6倍，所以多數情況下，不能完全滿足要求。傳統的降壓啟動雖然可以人為地滿足啟動電流的要求，然而它們又存在著以下缺點：屬于有級啟動、啟動特性不理想、切除時造成二次沖擊電流無法解決、裝置復雜、不能頻繁啟動等。所以，應用現代的軟啟動技術就勢在必行，智能軟啟動器作為現代啟動技術的應用之一，同液態變阻軟啟動、熱變電阻軟啟動以及變頻變壓軟啟動相比較，在目前情況下，更適合于煤礦企業使用。
2 智能軟啟動器
2．1 智能軟啟動器的概念[1]
　　智能軟啟動器是以技術成熟的傳統的電力電子器件一一晶閘管為開關元件，結合現代的微電腦技術發展而成的現代電機啟動技術，是一種集電機軟啟動、軟停車和多種保護功能于一體的新型電機控制裝置。它最早出現在美國，在國外稱為Soft Starter。隨著其智能化程度的不斷提高，在國內常稱為智能軟啟動器。
2．2 智能軟啟動器的主要功能特點
　　（1）控制電動機平滑啟動，減小沖擊電流，避免沖擊電網；（2）啟動電流可根據負載情況調整，減小啟動損耗，以最小電流產生最佳的轉矩；（3）啟動電壓可調，保證電機啟動的最小啟動轉矩，避免電動機過熱和能源浪費；（4）啟動時間可調，在設定的范圍內，電機轉速逐漸上升，避免轉速沖擊；可頻繁啟動；（5）自由停機和軟停機可選，軟停機時間可調；（6）具有缺相、相序、過熱、啟動過程過流、過載的檢測及保護，過流過載值可調；（7）智能化設計，可以與上位控制計算機接口（一般為RS232或RS485串行通迅接口）。實現遠程集中自動化控制。
2．3 智能軟啟動器的工作原理
　　由于電動機的轉矩與加在定子端的電壓的平方成正比，而電動機電流與定子端的電壓成正比，因此，可以通過控制電動機的輸入電壓對加速轉矩和啟動電流進行限制。

　　智能軟啟動器主回路采用三對反并聯可控硅（原理圖見圖1），利用可控硅的電子開關特性，通過控制其觸發導通角的大小來改變可控硅的開通程度，從而控制電動機的輸入電壓，達到控制加速轉矩和啟動電流的目的，實現電動機的軟啟動。
　　工作時，當軟啟動器接到控制信號時，由微處理器根據設定進行有關計算，確定可控硅的觸發信號，通過控制可控硅的導通角，使裝置按設定方式輸出相應的電壓，使電動機按設定值平滑啟動，啟動結柬后，由控制器發出信號，使旁路接觸器吸合，可控硅暫停工作，使電動機直接投網運行，避免不必要的能耗。
　　當軟啟動控制器接收到停車指令時，（若原設定為自由停車方式），則先控制斷開旁路接觸器，然后逐漸改變可控硅的導通角，使旁路接觸器完成無弧切斷。如果電機的停機方式設定在軟停機方式，則控制可控硅的觸發脈沖，完成設定的停機過程。
2．4 智能軟啟動器的控制模式
　　斜坡電壓控制模式：這種控制模式最簡單，不具備電流閉環控制，僅調整晶閘管導通角，使輸出電壓呈線性上升。其缺點是初始轉矩小，轉矩特性拋物線型上升對拖動系統不利，如果要增大初始轉矩，則必須增大初始電壓，不能限定啟動電流。
　　限流控制模式：在電動機啟動的初始階段啟動電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的值后保持恒定，直至啟動完畢（如圖2）。啟動過程中，電流上升變化的速率可以根據電動機負載調整設定。電流上升速率大，則啟動轉矩大，啟動時間短。該啟動方式是應用最多的啟動方式，尤其適用于風機、泵類輕載啟動的負載。
　　轉矩控制模式：電機啟動時，根據設定的程序，通過控制可控硅的觸發角，使啟動轉矩線性上升（如圖3）。優點是啟動平滑，柔性好，對拖動系統有更好的保護，延長拖動系統的使用壽命，同時降低電機啟動時對電網的沖擊，是最優的重載啟動方式，它的缺點是啟動時間較長。

　　其它模式：主要是在上述三種控制模式基礎上加上突跳而衍生出來的三種模式通過在啟動的瞬間加脈沖電壓，利用突跳轉矩克服電機靜轉矩，從而縮短啟動時間。該種方式主要用在重載場合，但是，突跳會給電網發送尖脈沖，干擾其它負荷，應用時應特別注意。
2．5 軟啟動器的新增功能
　　近年來，多數軟啟動器都增加了節能功能，它根據異步電動機的降壓經濟運行原理，通過實施監測負載狀況，自動跟蹤調整電動機上的輸人電壓，以保證電動機的輸出轉矩與負載相適應，從而既能夠使電動機保持最佳工作狀況，又達到降低功耗、無功損耗和提高功率因數的目的，同時還減少了整個輸電線路和電動機的熱損耗。
3 選購及使用中應注意的問題
　　（1）根據設備啟動和停車的需要選擇軟啟動器最優的啟動模式和停車性能。一般來說，對于泵、風機類負載，可以選用任一種啟動模式，但對于皮帶機、刮板機等易重載啟動的設備最好選用轉矩控制模式；
　　（2）根據使用場合選擇是否需要節能功能。由于軟啟動器本質上屬于“降壓啟動”，不具備無級調速和功率平衡的功能。一般來說，如果負載率超過50％，則軟啟動器的節能效果就不明顯，相反，軟啟動器在節能運行狀態下，旁路接觸器不閉合，屬在線運行，可控硅需要不停的工作，降低使用壽命。另外對于不變荷載，即便負荷率很低，也不適宜使用節能運行[2]。
　　（3）根據使用場合的重要性選擇在線或非在線型、近年來的軟啟動多數都屬于非在線型，但仍有部分軟啟動器屬于在線型。應盡量選用非在線型，以減少事故率，提高軟啟動器使用壽命。
　　（4）看保護是否齊全。一方面看軟啟動器的保護是否齊全。另一方面應注意現在軟啟動器的各項保護都僅在啟動過程中起作用，電動機一旦運行，保護功能將不起作用，所以需要另外增設保護器件，這對地面設備來說相對簡單，但對井下來說則往往需另設一臺啟動器。
　　（5）根據長遠發展選擇通訊及遠程控制功能。選擇軟起動要注意它是否帶微機接口，接口是否帶有通訊地址和程序，能否達到遠程通訊控制功能等。
4 結論
　　智能軟啟動器作為交流電動機的現代啟動技術應用之一，通過降低機械、電流的沖擊，最大限度降低設備事故率。減少設備維護，同時又具備了遠程控制及通訊功能，可實現集中控制、無人操作等。在地面供水、供熱、電廠、鋼廠等領域已經迅速普及和廣泛應用，煤炭企業的工程技術人員在設計選型時應優先考慮應用現代的啟動技術，不斷提高煤礦企業的自動化水平。
參考文獻：
[1] 方榮惠，等．電機拖動原理及拖動基礎[M]．徐州：中國礦業大學出版社，2001，12．
[2] 李序葆，趙永健．電力電子器件及其應用[M]．北京：機械工業出版社．1996．