浅 析异 电动相软启动器嘲应用 史东红（新疆城建凯乐新材料有限公司，新疆乌鲁木齐８３０００９） 摘要：随着电力电子科学技术的进步，出现了新一代的软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体 的交流异步电动机启动控制装置，通过分析软启动技术，查看有关资料，对软启动器的多功能应用进行 浅析。 ， 关键词：软启动；晶闸管；异步电动机；高压液阻软启动 中图分类号．ＴＵ５２２．０５文献标识码：Ａ文章编号：１００１—６９４５（２０１５）０１—００３６—０４ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔｅｒ ｆｏｒ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ ＳＨＩ Ｄｏｎｇ－ｈｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔｅｒ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ，ｔｈｙｒｉｓｔｏｒｓ，ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ，ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｉｑｕｉｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｏｆｔ ｓｔａｒｔ １ 引言 用的动力来源，如果电机用电源直接启动，启动电流 将达到电机额定电流的５～８倍左右。启动电流很大， 这将会给设备造成不良的影响。为了降低启动电流， 随着建筑质量和功能的不断提升，对建筑外墙保 温材料的要求也越来越高。市场需要即节能保温，又 安全防火，还要使用寿命长的新型材料，来满足建筑 行业的可持续发展。研发、推广和使用新型墙材，已 是建材生产企业和建筑行业主管部门义不容辞的责 任和义务。为了满足人类住房的需求，我公司新疆城 建（集团）股份有限公司投资建成了一条全自动化的 页岩烧结节能保温砌块生产线，现已完成调试及试生 产阶段，已经进入大规模化的生产阶段。 此项目生产线的核心设备及控制系统从欧洲成 启动时必须使用其他装置。譬如定子串电阻启动装 置、定子串电抗器启动装置、转子串电阻启动（针对绕 线电动机）装置、星三角启动器、磁控式启动器、自耦 降压启动器等这些装置是传统的启动方式。但传统 的启动方式，不仅体积大且笨重，并且启动电流和机 械冲击过大。随着电子科技技术的发展及进步，出现 了新的启动装置，如变频调速器和晶闸管电动机软启 动器。变频器由于其电气特性、复杂性和价格等因素 决定了其主要用于调速领域，而晶闸管电动机软起器 解决了传统电动机启动过程中电流冲击和转矩冲击 问题。 ２．２软启动器的特点 套引进，原物料处理、干燥焙烧设备国内配套。首次 在砖瓦行业引进立磨技术，同时引进的砖瓦设备有双 轴搅拌、双驱动对辊机等。这些设备的电机功率都在 ５５ ｋＷ以上，如果直接启动会造成很高的启动电流，给 设备造成极大损坏。为避免这些因素发生，设备制造 厂家普遍应用了软启动技术，本文主要根据实际运行 情况，对异步电动机软启动器工况进行分析研究。 ２软启动 ２．１软启动器的作用 特点：我公司的双轴搅拌主电机、对辊主电机与 同功率的电机所用的启动装置相比它体积小，的体积 仅为老式的启动器体积的３Ｏ％～６Ｏ％，电气及机械结 构紧凑，节约了大量基建投资。主电路是晶闸管控 在当今的生产和社会中，交流异步电动机是最常 制，是无触点的电子器件，使用寿命可达ｌＯ年以上，故 障率极低，维护工作量小，安全可靠，安装操作简单 新浪微博：砖瓦杂志社２０１５。 ３６ ＷＷＷ．ｂｒｉｃｋ－ｔｉｌｅ．ｃｏｒｎ墙材网 等。可根据负载的大小调整启动参数，达到最佳的启 输出负载电压波形ｕ＝ｆ（ａ），从而起到调压作用。为使 动效果。但它们也有缺点：抗干扰能力略差，高压领域 输出电压正、负半波对称，使反并联的两个晶闸管的控 产品价格较贵，对于绕线转子电动机无所作为。但与 制角对等。 它的优点相比，这也算微乎其微了。我公司引进双轴 ＼ 搅拌、对辊、布料机等大功率设备均应用了软启动技 术，解决了启动电流及转矩大的问题。运行几年来，设 《・０— 一 【ｌ１ｔ 备运转状况良好，节约能耗，降低维护成本。 ２．３软启器的基本工作原理 Ｕ 、 ．． 我们从电子电力启动知识知道，要想减小启动电 流可以对以下参数进行改变：①定子电压Ｕ；②转差率 ｓ；③定子侧电阻；④转子侧电阻；⑤转子侧电抗。从传 ・ 一ａ——．，－ ＼、～ 统的启动方式中我们知道，感应电机的定子电流与定 （ａ）相位控制单相感性负载波形 子端电压成正比，因此，减小端电压可以减小定子电 ’ 流，而交流调压调速就是一种比较简单的调速方式。 ∥ 随着电子技术的发展人们能应用晶闸管元件在“交流 开关”状态下，来实现交流调压调速。 晶闸管软启动器正是使用了交流调压调速的原 Ｕ 理。启动时，通过控制导通角来控制晶闸管的导通来 ＼ 改变实际施加在电动机定子上的电压有效值，从而使 ４７７ｘ 电动机的启动电流减小。而晶闸管软启动器不同于一 ｆ 般的交流调压调速装置，晶闸管软启动器通常只在启 动和停车过程中起作用，正常工作时它处于全压状态 （ｂ）通断控制单相感性负载波形 或者浅调速状态（节能运行时），晶闸管软启动器就是 图２晶闸管的控制方式 交流晶闸管调压调速系统的一种特例。 ｂ．通断控制时的调压电路如图１所示，晶闸管起着 ３晶闸管 快速无触点开关作用，它把负载与电源按一定的通断 ３．１ 晶闸管ＳＣＲ交流调压电路分析 率关系接通与断开。晶闸管的控制角一般为３０度，可 晶闸管调压电路被接人到交流供电电源和电动机 连续导通几个周期，晶闸管在控制脉冲消失时自然关 之间，通过改变晶闸管的导通角来达到改变电动机两 断。波形如图２（ｂ）所示。 端电压的目的。如图１所示，每两个晶闸管反并联连接 这两种控制方式虽不同，但它们的主电路形式是 一（或用双向晶闸管）再串联在一相中，称为一个臂对，采 样的，工作原理也都是根据电压有效值的改变而实 用３个臂对（６只晶闸管）就组成一个晶闸管交流调压电 现对负载的调压。 路。 ３．２ 晶闸管在软启动器中应用时的几个技术要点 ３．２．１ ＳＣＲ的结构原理和半控特性 ３．２．１．１结构原理 晶闸管的结构原理如图３所示，晶闸管有左边 ＮＰＮ三极管与右边的ＰＮＰ三极管内部复合而成，外部 引出Ｇ、Ａ、Ｋ三个电极。它是两个三极管复合而成，它 是电流型的器件。 图１ 晶闸管交流调压电路 ３．２．１．２半控特性 ３．１．１晶闸管的控制方法 虽然是两个三极管复合，但不同于三极管。三极 ａ．以相位控制方式工作时，作为开关的晶闸管在 管在工作时必须由Ｂ极回路提供基极电流才能导通， 每个电源电压波形周期地选定时刻将负载与电源接 当基极电流去除后，则截止。但ＳＣＲ不一样，当Ｇ极加 通。如图２（ａ）所示，对不同的控制角Ｏｒ．可得到不同的 信号就导通，当信号去除，则导通。 ２Ｏ１５。 新浪微博：砖瓦杂志社 墙材网ＵＹＷＷ．ｂｒｉｃｋ－ｔｉｌｅ．ｃｏｒｎ ３７ Ａ阳极 性能的最大转矩和启动转矩是两个重要指标，转矩和 启动转矩越大，则电动机的过载能力越强，启动性能越 好。一般情况下，三相异步电动机的机械特性是一条 非线性曲线，以最大转矩（或临界转差率）为分界点，稳 Ｇ 定运行区为其线性段，而不稳定运行区为非线性段。 固有机械特性属于硬特性。 Ａ Ｋ ４．２异步电动机软启动机械特性 由电力拖动理论，当电机的某些参数恒定时，给定 Ｋ阴极 转差率Ｓ，电动机的电磁转矩Ｍ与电压Ｕ平方成正比， 晶闸管电气图形符号 晶闸管结果图 根据给定条件，电动机的定子电压变化其机械特性的 图３晶闸管的结构原理 ３．２．２ ＳＣＲ的导通和截止 函数关系就可以改变，在给定转差率下改变电动机的 输出转矩，当改变电动机定子电压时，其机械特性将改 变，将得到一族变化后的机械特性曲线，通过特性曲线 图４指出了在单相感性负载条件下，ＳＣＲ的导通 和截止与电源波形的时间及相位关系。控制角仅为触 发脉冲没到，ＳＣＲ关断的角度大小。导通角Ｏ为触发脉 冲到达，ＳＣＲ导通的角度大小。相位角‘ｐ为感性电路 电流滞后电压的相位角大小，与ｃｏｓｃｐ值大小无关。截 止角Ｂ为当脉冲出现在１３角以内时，因电压Ｕ过低，ＳＣＲ 不导通的角度；其值一般取３０。，这时电压ｕ只有不到 Ｕｍａｘ／２，所以ＳＣＲ亦不能导通。 ＼ 我们可以知道，当转速提高，转子等效阻抗不断变大， 端电压就可以由一个较低的初始电压逐渐提高，完全 可以将定子电流控制在一个较小的范围内，当电动机 的转速接近额定转速时，电动机已经建立了足够的反 电动势，此时将电压提高到额定值也不会出现大的电 流，就可以将电机在较低的电压下投入电网，使电动机 以较小的电流平滑启动。 通过以上的机械特性的比较，调整三相异步电动 ∈一Ｏ—÷ 一 １ 机电压后的机械特性其硬度远比固有特性软，同时，调 整电动机电压后电机初始转矩减少。 ５高压液阻软起动器特性 ５．１ 高压液阻软启动器工作原理 Ｕ Ｌ／一 Ｂ ＿ 一（ ＂ｉ－３＾＾ 日 、 — ： 、 、、一 ，＜≤ 高压液阻软起动器是用纯度９９％的无水碳酸钠 （Ｎａ：ＣＯ。）和水配成１０％浓度的水溶液作为液阻介质， 利用电液的负阻效应及自动减小动、静电极板之间距 离来减小启动电阻，从而做到无极减压，实现平稳、无 级、无冲击的软启动器。启动电流在１－３～３．５倍额定 电流之间，启动转矩约等于最大转矩，启动完毕自动切 图４相控单相感性负载波形 ３．２－３控制角Ｏｔ的允许范围 当 ≤‘ｐ时，ＳＣＲ因电流滞后还处于导通，所以再送 脉冲时是无用的。当０【≥１５０。时，已进人截止角区域， 所以再送脉冲也是无用的。当‘ｐ≤ＯＬ≤１５０。，而且输出 电压大小及波形与ｏ【角大小有密切的关系。总之，ＳＣＲ 是通过改变 角的大小来调节电压的，输出波形不是完 除，并投入全压运转。我公司立式磨机的主电机、配套 风机的主电机均采用这种启动方式。 ５．２ 高压液阻软启动器产品特点 我公司立式磨机的主电机、配套风机的主电机高 整的正弦波，而是其中的一部分，因此谐波较大。当 ＳＣＲ用于软起动器时，由于软启动器时短时工作，一般 启动时间不超过６０ Ｓ，因而影响及损耗是有限的。通 压为１０ ｋＶ，功率分别为５００ ｋＷ和８００ ｋＷ，其功率因 数高、使用寿命长、维修费用少、安装调试简单、可靠性 很强、价格低廉（仅为国外的１／５），能满足使用要求，具 有经济而实用、无谐波污染电源的优点，是高压大功率 电动机高压液阻软起动器应用的新突破。 ６结束语 过分析，为什么软启动器主电路应用晶闸管的原因。 ４异步电动机机械特性 ４．１异步电动机直接启动 三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与 电磁转矩之间的关系。反映电动机的过载能力和启动 通过本文对软启动器的作用、优点、缺点、基本工 作原理的分析，晶闸管的交流调压电路的分析，异步电 新浪微博：砖瓦杂志社２Ｏ１５。 ３８ ： ￡ 二 型兰： 丝 苎 隧道窑生产中常见的处理方三去 郭伟周天津 （山西省临猗县恒岩建材有限公司，山西运城０４４１００） 中图分类号：ＴＵ５２２．０５文献标识码：Ａ文章编号：１００１—６９４５（２０１５）０１—００３９—０２ 近几年来，利用隧道窑烧砖发展很快，但有的企 消耗，加大了气流分层，而且使砖坯在预热带不能合 业也存有一定问题。如某砖厂是新建厂，有断面宽 理升温，给砖的烧成质量埋下了隐患。 ３．６ ｍ、长９０ ｍ的隧道窑及与之配套的干燥窑各一条， ｃ．顶隙太大。窑车最上层砖坯距窑顶达３００ ｍｍ， 设计码高１６层普通砖，实际码１４层；该厂采用自动码 这显然是错误的。我们知道，隧道窑内之所以留有边 坯系统和一次码烧工艺，生产工艺比较先进；制砖原 隙和顶隙，是为了窑体和窑车的运行安全，也是无奈 料是黏土和煤矸石。该厂发现烧成的普通砖最上面 的选择。从理论上讲，坯垛距窑墙和窑顶的间隙越小 一层和第二层的部分砖轻轻一碰就碎了。经查看分 则热利用率越高，如能控制在４０ ｍｍ间隙，空气与砖 析，该砖厂存在以下问题： 坯才能接近较理想状态。实际生产中，一般要求边隙 ａ．焙烧窑短。该厂的制砖原料是黏土和煤矸石。 不超过１００ ｍｍ，顶隙不超过１５０ ｍｍ，而该厂顶隙达 就煤矸石而言，焙烧带就应该适当长一点，而断面 ３００ ｍｍ，大量的气体没能与坯体进行充分接触就从顶 ３．６ ｍ的隧道窑，其长度只有９０ ｍ长，焙烧窑长度短， 隙抽跑，不仅浪费了热量，而且还在坯垛和窑顶之间 一旦因故不能正常生产等原因造成焙烧蹲火，再加上 形成了一个不合理的风道（或火道），上火超前过多， 焙烧工再操作不当导致焙烧带前移时，预热带也就更 本来不长的预热带就更短了。从干燥窑出来的砖坯 短了，这样就会给砖坯在预热带合理缓慢升温形成一 已升到８０℃，可推到焙烧窑１号车位后，由于冷风的 定难度，稍有不慎就会出现质量问题。 侵入，又急降到３０℃，再往前推又急剧升温，这样的温 ｂ．截止门下漏风严重。该隧道窑进车口只设计了 度曲线像过山车一样，砖肯定烧不好。在这个阶段本 一道截止门，仅有的这道截止门下还有一个深４００ ｍｍ、 应缓慢升温，逐步排除体内的残余水分，但该窑在此 宽８００ ｍｍ的牵引车的行车坑道，且该处无设计任何密 阶段却打乱了预热带的升温梯度，反而升温过急，坯 封装置，大量的冷风从该坑道被吸人焙烧窑内。从干 体内的水分急剧汽化膨胀，坯体根本来不及排掉水 燥窑出来的砖坯温度在８０℃左右，而进到焙烧窑的１ 分，过热的蒸汽压力必然造成砖坯裂纹或开裂，这也 号车位半小时后测温，反而降到３０℃以下。原因就是 是上层砖酥脆的主要原因。 从牵引车行车坑道抽进了大量冷风，本来温度很高的 ｄ．垛隙过宽。３．６ ｍ宽的窑车上１排码３垛砖，码 砖坯又降温，不仅白白浪费了热量，增大了风机电量 三排，垛隙超过２８０ ｍｍ，大量的热风从垛隙流过（环 动机直接启动机械特性与异步电动机软启动的机械 ［２】 张选正著．变频器及软启动器应用计算［Ｍ］．北京： 特性分析，突出了传统的启动方式的不足和软启动的 化学ｍ，＿ｌｋ出版社，２０１３． 优势，是砖瓦行业大功率设备控制系统的发展趋势。 【３】李发海，王岩著．电机与拖动基础［Ｍ】．北京：清华大 参考文献： 学出版社，２００８． ［１】 刘利，王栋著．电动机软启动器实用技术【Ｍ】．北 收稿日期：２０１４—０５—１２ 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