磁控軟起動在高壓電動機上的應用

高越農:總工程師教授

2002年以來發表文章有近三十篇,現任職天津市先導機電有限公司

摘要：本文介紹磁控軟起動裝置的工作原理、起動特性以及在大型高壓電動機上的成功應用。

關鍵詞： 磁控軟起動 空分系統 高壓交流電動機

1、前言因為高壓交流電動機具有結構簡單、運行可靠、維護方便、價格便宜、轉子慣量小等特點，所以，空分系統中的主要機組（空壓機、氧壓機、氮壓機）均由它們拖動。但是，其直接起動的電流高達電動機額定電流的5～8倍，會對電動機及所拖動的機組造成電氣和機械損傷，并引起大的電網電壓降。因此，解決電動機的起動問題是確保設備正常運轉的關鍵。 2、簡單剖析軟起動的定義和先行各種軟起動裝置的技術特點

2.1電動機軟起動的定義運用串接于電網和電動機之間的、導通能力可控的軟起動裝置，令電動機以小于其堵轉值的電流使電動機的轉速平緩上升，直至起動完成再投全電壓，即為軟起動。軟起動可減小電動機硬起動（即直接起動）引起的電網電壓降，不妨礙共網其它電氣設備的正常運行，可減小電動機的沖擊電流，避免它所造成的電動機過大的局部溫升，從而延長電動機壽命，可減少電磁干擾，確保周邊電氣儀表的正常運行，可減小機械沖力，減緩對所驅動的機械設備（軸、嚙合齒輪等）的沖擊。

2.2我公司選用磁控軟起動裝置的原因當前可采用的軟起動裝置主要類型是：變頻器軟起動、晶閘管軟起動、磁控軟起動和液阻軟起動。我們對磁控軟起動裝置的比較特點作了如下的分析：

2.2.1與高壓變頻器軟起動裝置比較：變頻器起動高壓電動機是目前最理想的起動裝置，它性能優越且參數設置方便，但變頻器一般用于調速，若僅作為起動裝置，其優越性無法充分體現。與之相比，磁控軟起動裝置價格便宜（約為高壓變頻器軟起動裝置價格的1/4～1/8），性價比高，可實施性好。

2.2.2與液體電阻軟起動裝置比較：液體電阻軟起動裝置具有不產生高次諧波，價格低的優點，但其裝置的體積大，且需定期給液箱補水，給極板作清潔處理，起動重復性差。與之相比，磁控軟起動裝置體積小、維護方便、性能穩定，而且價格上也不相上下。

2.2.3與晶閘管軟起動裝置比較：晶閘管軟起動裝置具有起動平穩、體積小，結構緊湊，起動重復性好，保護周全等優點，但是晶閘管高壓產品的價格太高、引起的高次諧波較嚴重。磁控軟起動裝置具有其所具有的幾乎全部功能，但價格便宜、高次諧波污染不嚴重。我們認為，磁控軟起動的性價比占優。而且，當時天津市先導倍爾電氣有限公司在國內已經有40多臺的業績。所以，我們在2004年決定選用該公司生產的磁控軟起動系列產品。 3

、 磁控軟起動裝置簡介

3.1工作原理磁控軟起動是從電抗器軟起動衍生出來的，用電抗器串在電動機定子側實現降壓是兩者的共同點，磁控軟起動的主要特點是用飽和電抗器取代電抗器。在電動機起動過程中，通過反饋自動控制電抗器鐵芯的飽和程度，調節交流繞組的電抗，實現電機恒流軟起動。

3.2裝置構成磁控軟起動裝置包括飽和電抗器和勵磁2部分。飽和電抗器由鐵芯和繞組組成，繞組分為交流繞組和直流勵磁繞組。直流勵磁主回路是三相全控橋整流電路，調節器由西門子公司的PLC（可編程控制器）S7-224及先導公司生產的脈沖放大板組成。

3. 3技術特點

1）起動平滑通過閉環控制，使電機恒流，起動平滑，減小了電網壓降，大大減小了對壓縮機機械傳動系統的沖擊，起動完成后短接已經充分飽和了的飽和電抗器，幾乎不引起二次沖擊電流。

2）起動參數便于調整控制的核心部分為S7-224，結構簡單，性能可靠，設定靈活。通過簡易的參數設定，可使電動機起動電流倍數在一定范圍內連續可調。

3）具有全數字的特點有人機界面，可設定起動參數并有顯示和記錄事件的功能。

4）起動重復性好起動時間曲線不受起動次數和季候影響，熱態、冷態的起動時間基本一致。

5）仿真準確軟起動裝置供應方能夠針對每臺軟起動的個例，提供具有相當準確性的軟起動仿真。

4、磁控軟起動在本公司16000m3/h空壓機組上的運用

4.1空壓機、氧壓機、氮壓機驅動電動機的額定參數（表1）空分設備 電機類型 電機型號 容量（KW） 電壓 （KV） 電流（A） 轉速（r/min） 功率因數空壓機 同步機 T8100-2/1500 8100 6 887 1500 0.9 氧壓機 異步機 YKOS3700-2 3700 6 408 2985 0.907 氮壓機 異步機 YK3400-2 3400 6 373 2986 0.911 表1 空壓機、氧壓機、氮壓機驅動電動機的額定參數表

4.2 磁控軟起動裝置的參數設置及實際運行情況 空壓機、氧壓機、氮壓機軟起動我們都選擇了RQD-D7型磁控軟起動裝置。在我們的配合下，以上3臺裝置已于2005年2～3月先后投入運行。空壓機、氧壓機、氮壓機軟起動的參數設定和投運情況見表2。 空壓機組 8100KW空壓機 3700KW氧壓機 3400KW氮壓機設定 起動倍數 2.3 3.2 3.6 運行實際 直流電流 300A以內 280A以內 285A以內 起動倍數 2.4 3.2 3.62 起動時間(s) 27 26 27 電網壓降 10.9% 8.9% 9.1% 表2 空壓機、氧壓機、氮壓機軟起動的參數設定和投運情況表

4.3磁控軟起動裝置的優點：

4.3.1磁控軟起動一次起動成功率較高，性能穩定，操作維護方便，就我們公司的情況來看成功率為100％，沒出現過因軟起動裝置本身問題起動不成功的問題。

4.3.2在軟起動裝置里，飽和電抗器起高、低壓隔離和功率放大的雙重作用，與晶閘管軟起動裝置比較，具有安全性高，成本低的特點。

4.3.3應用PLC，實現對磁飽和電抗器的閉環控制，使起動電流平穩，起動電流大小可以根據電網情況靈活設置，并具有網絡通訊功能。

4.3.4成功地將飽和電抗器合為一個空氣自然冷卻的整體，共用一個直流勵磁繞組，很好地解決了線圈之間的兼容和配合問題，裝置中的所有電柜都能夠安裝在主電室內。

4.3.5軟起動方式是3倍左右額定的恒流軟起動，軟起動時間為20~30秒，軟起動重復性好，完全滿足生產工藝要求。

4.4 暴露出的缺點和問題：

4.4.1 起動時裝置中的飽和電抗器會發出一定的噪音。

4.4.2 為氮壓機軟起動配套的旁路真空斷路器性能欠佳，出現過合不上、突然斷開的情況，影響整個軟起動裝置的可靠性。

4.4.3 驅動氧壓機和氮壓機的2臺異步電動機的起動電流倍數偏高。

5、結束語采用PLC控制的磁控軟起動裝置進行大型高壓電動機的軟起動，可將起動沖擊電流控制在電網和電機容許的范圍之內，且起動過程平穩，電網電壓波動較小，滿足了電機起動的需要，從而保證了16000m3/h空壓機組的正常運行。

參考文獻 1、高越農. 《淺談電動機軟起動》國際自動化商情,2002.9.

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3、李焦明. 《3種新型高壓電動機軟起動裝置評介》水泥,2003.7

4、王正茂 《電機學》 西安交通大學出版社,2000.

5、高越農 磁控軟起動 電氣時代 2002.10

6、李炳銓等 磁控軟起動在錦石化的應用 電氣時代 2004.10