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軟啟動器是一種集軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的電機控制裝備。實現(xiàn)在整個啟動過程中無沖擊而平滑的啟動電機,而且可根據(jù)電動機負載的特性來調(diào)節(jié)啟動過程中的各種參數(shù),如限流值、啟動時間等。
軟啟動器于20世紀70年代末和80年代初投入市場,*了星-三角啟動器和變頻器在功能實用性和價格之間的鴻溝。采用軟啟動器,可以控制電動機電壓,使其在啟動過程中逐漸升高,很自然地控制啟動電流,這就意味著電動機可以平穩(wěn)啟動,機械和電應力降至小。因此軟啟動器在市場上得到廣泛應用,并且軟啟動器所附帶的軟停車功能有效地避免水泵停止時所產(chǎn)生的“水錘效應”。
異步電動機以其優(yōu)良的性能及無需維護的特點,在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。然而由于其起動時要產(chǎn)生較大沖擊電流(一般為額定電流的5-8倍),同時由于起動應力較大,使負載設備的使用壽命降低。國家有關(guān)部門對電機起動早有明確規(guī)定,即電機起動時的電網(wǎng)電壓將不能超過15%。解決辦法有兩個:增大配電容量,采用限制電機起動電流的起動設備,如果僅僅為起動電機而增大配電容,從經(jīng)濟角度上來說,顯然不可取。為此,人們往往需要配備限制電機起動電流的起動設備,過去人們多采用Y/△轉(zhuǎn)換,自藕降壓,磁控降壓等方式來實現(xiàn)。這些方法雖然可以起到一定的限流作用,但沒有從根本上解決問題。
伴隨傳動控制對自動化要求的不斷提高,采用可控硅為主要器件、單片機為控制核心的智能型電動機起動設備-軟起動器,已在各行各業(yè)得到越來越多的應用,由于軟起動器性能優(yōu)良、體積小、重量輕,并且具有智能控制及多種保護功能,而且各項起動參數(shù)可根據(jù)不同負載進行調(diào)整,其負載適應性很強。因此電子式軟起動器將逐步取代落后的Y/Δ、自耦減壓和磁控式等傳統(tǒng)的減壓起動設備成為必然。
電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,智能型軟起動器得到廣泛應用。智能型軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的新穎電機控制裝置,又稱為SoftStarter。它不僅實現(xiàn)在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電機,而且可根據(jù)電動機負載的特性來調(diào)節(jié)起動過程中的參數(shù),如限流值、起動時間等。此外,它還具有多種對電機保護功能,這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動設備的諸多弊端。
隨著國產(chǎn)變頻器產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,變頻器的價格不再高高在上,它不僅解決了電機啟動產(chǎn)生大沖擊電流的問題,并且具有很好的節(jié)能效果,因此,曾經(jīng)風光一時的軟啟動器似乎有些沒落,聲音越來越小。但是軟啟動器面臨的替代壓力確實越來越大,[1] 這種情況在中國尤為明顯。由于中國工業(yè)技術(shù)一直較為落后,在十多年前,中國的變頻器產(chǎn)業(yè)剛剛起步,沒有定價權(quán),國內(nèi)市場大部分為*品牌占據(jù),變頻器的成本一直居高不下。當時,國內(nèi)鼠籠型異步電動機一般采用直接啟動,或用自耦、星三角啟動器啟動。上世紀九十年代,以單片機為核心、半導體可控硅為執(zhí)行元件的智能化電機軟啟動器進入中國市場,并在2000年以后開始加速發(fā)展,目 前市場規(guī)模約為20億。軟啟動器主要解決電動機啟動時對電網(wǎng)的沖擊和啟動后旁路接觸器工作的問題,對電機有較好的保護作用,在輕載情況下可以實現(xiàn)一定程度的節(jié)能(約5%),但是節(jié)能效果遠遠不如變頻器。隨著中國變頻器產(chǎn)業(yè)的崛起,并因此使變頻器的價格大幅下降,近幾年來,變頻器才又逐漸取代了軟啟動器的作用。
中國變頻器的國產(chǎn)化進程正在快速崛起,質(zhì)量穩(wěn)定性進步很快,加上服務和成本上的優(yōu)勢,變頻調(diào)速的性價比高,質(zhì)量和價格的競爭優(yōu)勢越來越明顯,軟啟動器面臨的替代壓力越來越大,科技進步帶來的產(chǎn)品更新?lián)Q代應該會是一個趨勢。這就如同節(jié)能燈替代白熾燈一樣,這是科技和生活進步的必然結(jié)果,變頻器替代軟啟動器也是同樣道理。特別是中國的變頻器產(chǎn)業(yè)在近十多年的發(fā)展中已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化,國產(chǎn)變頻器技術(shù)已經(jīng)比較成熟,制造成本明顯下降。中國軟啟動器行業(yè)從興旺到衰弱也經(jīng)歷了一個性價比的變革,價格從以前的每千瓦150元降到每千瓦不到50元左右,國內(nèi)很多企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量非常穩(wěn)定,但市場在逐漸萎縮。從直起、自耦和星三角啟動器的發(fā)展演變,到變頻調(diào)速器的出現(xiàn),軟啟動器是這當中的過渡產(chǎn)品?,F(xiàn)只有很小部分工況采用軟啟動器,比如電動機工作負載在90%以上的,其他工況以前是采用軟啟動方式起動的,現(xiàn)大多采用變頻調(diào)速器了,因為變頻調(diào)速器的節(jié)能效果有30%左右。此外,變頻器價格也從早期的每千瓦1000元左右下降到每千瓦只有200多元(大功率),價格下降十分顯著。如今的工礦企業(yè)對變頻器的應用已經(jīng)全面普及了,幾乎涵蓋了所有領(lǐng)域,不夸張地說,凡是用到電動機的地方肯定有變頻調(diào)速器的身影。而且變頻調(diào)速器具備了電動機所需要的起動效果和節(jié)能效果??萍歼M步?jīng)Q定市場占有,這就是為什么軟起動器市場發(fā)展空間會逐步下降,而變頻器*飛速提高的主要原因。
中國變頻器產(chǎn)業(yè)的國產(chǎn)化水平已經(jīng)有了質(zhì)的突破,國產(chǎn)變頻器的*也在逐步提升,但是和國外品牌在技術(shù)上相比,還是有一定距離。
目 前談超越還為時過早,因為我們在變頻技術(shù)領(lǐng)域的研究、開發(fā)方面,無論在基礎上還是起步時間上都落后于歐美國家。但至少目 前技術(shù)已經(jīng)不是中國與國外變頻器行業(yè)的壁壘,而穩(wěn)定性及產(chǎn)品性能才是各個廠商面臨的主要技術(shù)問題。許多國內(nèi)軟啟動企業(yè)都在變頻器研發(fā)上投入大量的人力與物力,力求在變頻器技術(shù)方面占領(lǐng)制高點。一批的變頻器企業(yè)脫穎而出,成為了國內(nèi)上市企業(yè)。盡管如此,變頻器的核心器件IGBT和芯片始終依賴進口,成為制約變頻器國產(chǎn)的瓶頸。變頻器核心器件的研發(fā)制造是中國變頻器產(chǎn)業(yè)需要突破的一個重要關(guān)口,中國威爾凱電氣也正在這個領(lǐng)域進行不懈地堅持和努力。我想不久的將來,中國的變頻技術(shù)是有可能達到甚至超越外國*水平,至于多久能夠?qū)崿F(xiàn),我們一起拭目以待吧。
*性“節(jié)能減排”工業(yè)改造計劃正在大規(guī)模推行,中國作為世界大國也高度重視節(jié)能減排,低能耗、低污染的低碳經(jīng)濟將是中國未來發(fā)展的必經(jīng)之路。如今,中國正在堅定不移地推動低碳經(jīng)濟,相關(guān)節(jié)能減排政策已密集出臺。這些舉措其實都是國內(nèi)變頻器企業(yè)千載難逢的機遇,變頻器行業(yè)將迎來新一輪高速增*。變頻器不僅要滿足國內(nèi)市場的需求,還要出口的世界各地,在*的節(jié)能減排革命中發(fā)揮作用。
由于變頻器具有軟啟動器的所有功能,但它軟啟動器也只是一個過渡產(chǎn)品。
軟啟動器是為了*星-三角啟動器和變頻器在功能實用性和價格之間的鴻溝而研發(fā)的產(chǎn)品,因此說它是過渡產(chǎn)品。隨著變頻器成本的逐漸下降,軟啟動器的市場空間將越來越小。至于未來軟啟動器是否會*消失,這還需要市場的進一步驗證。就目 前情況而言,軟啟動器依然有自己的生存空間,在電機運行負載功率在80%以上時,選用軟啟動器依然是好、實用、省錢的。在未來幾年,軟啟動器的市場依然會穩(wěn)定增長,但是增速遠遠低于變頻器市場的增速,并隨著市場競爭的加劇,一批規(guī)模小競爭力弱的企業(yè)被淘汰,軟啟動器市場集中度將進一步增加。軟啟動器產(chǎn)品的應用現(xiàn)只涉及到中國國民經(jīng)濟較多領(lǐng)域,電力、冶金、建材、機床、石化和化工、市政、煤炭是七個主要行業(yè)。
1、根據(jù)電壓分類:高壓軟啟動器、低壓軟啟動器;
2、根據(jù)介質(zhì)分類:固態(tài)軟啟動器、液阻軟啟動器;
3、根據(jù)控制原理:電子式軟啟動器、電磁式軟啟動器;
4、根據(jù)運行方式:在線型軟啟動器、旁路型軟啟動器;
5、根據(jù)負載:標準型軟啟動器、重載型軟啟動器。
軟啟動器(軟啟動器)是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置,國外稱為Soft Starter。軟啟動器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器,將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時,晶閘管的輸出電壓逐漸增加,電動機逐漸加速,直到晶閘管全導通,電動機工作在額定電壓的機械特性上,實現(xiàn)平滑啟動,降低啟動電流,避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉(zhuǎn)數(shù)時,啟動過程結(jié)束,軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管,為電動機正常運轉(zhuǎn)提供額定電壓,以降低晶閘管的熱損耗,延長軟啟動器的使用壽命,提高其工作效率,又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能,軟停車與軟啟動過程相反,電壓逐漸降低,轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零,避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。
運用串接于電源與被控電機之間的軟起動器,控制其內(nèi)部晶閘管的導通角,使電機輸入電壓從零以預設函數(shù)關(guān)系逐漸上升,直至起動結(jié)束,賦予電機全電壓,即為軟起動,在軟起動過程中,電機起動轉(zhuǎn)矩逐漸增加,轉(zhuǎn)速也逐漸增加。軟起動一般有下面幾種起動方式。
斜坡升壓軟起動:這種起動方式簡單,不具備電流閉環(huán)控制,僅調(diào)整晶閘管導通角,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,在電機起動過程中,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,實際很少應用。
斜坡恒流軟起動:這種起動方式是在電動機起動的初始階段起動電流逐漸增加,當電流達到預先所設定的值后保持恒定(t1至t2階段),直至起動完畢。起動過程中,電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動機負載調(diào)整設定。電流上升速率大,則起動轉(zhuǎn)矩大,起動時間短。該起動方式是應用多的起動方式,尤其適用于風機、泵類負載的起動。
階躍起動:開機,即以短時間,使起動電流迅速達到設定值,即為階躍起動。
通過調(diào)節(jié)起動電流設定值,可以達到快速起動效果。
脈沖沖擊起動:在起動開始階段,讓晶閘管在極短時間內(nèi),以較大電流導通一段時間后回落,再按原設定值線性上升,連入恒流起動。該起動方法,在一般負載中較少應用,適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動場合?;\型電機傳統(tǒng)的減壓起動方式有Y-q起動、自耦減壓起動、電抗器起動等。這些起動方式都屬于有級減壓起動,存在明顯缺點,即起動過程中出現(xiàn)二次沖擊電流。
軟起動與傳統(tǒng)減壓起動方式的不同之處是:
1、無沖擊電流。軟起動器在起動電機時,通過逐漸增大晶閘管導通角,使電機起動電流從零線性上升至設定值。
2、恒流起動。軟起動器可以引入電流閉環(huán)控制,使電機在起動過程中保持恒流,確保電機平穩(wěn)起動。⑶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*的起動電流。適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動場合。
電壓雙斜坡起動:在起動過程中,電機的輸出力矩隨電壓增加,在起動時提供一個初始的起動電壓Us,Us根據(jù)負載可調(diào),將Us調(diào)到大于負載靜磨擦力矩,使負載能立即開始轉(zhuǎn)動。這時輸出電壓從Us開始按一定的斜率上升(斜率可調(diào)),電機不斷加速。當輸出電壓達到達速電壓Ur時,電機也基本達到額定轉(zhuǎn)速。軟起動器在起動過程中自動檢測達速電壓,當電機達到額定轉(zhuǎn)速時,使輸出電壓達到額定電壓。
限流起動:就是電機的起動過程中限制其起動電流不超過某一設定值(Im)的軟起動方式。其輸出電壓從零開始迅速增長,直到輸出電流達到預先設定的電流限值Im,然后保持輸出電流I這種起動方式的優(yōu)點是起動電流小,且可按需要調(diào)整。對電網(wǎng)影響小,其缺點是在起動時難以知道起動壓降,不能充分利用壓降空間。
電動機屬感性負載,電流滯后電壓,大多數(shù)用電器都屬此類。為了提高功率因數(shù)須用容性負載來補償,并電容或用同步電動機補償。降低電動機的激磁電流也可提高功率因數(shù)(HPS2節(jié)能功能,在輕載時降低電壓,使激磁電流降低,使COS∮提高)。節(jié)能運行模式:輕載時降低電壓減少了激磁電流,電機電流分為有功分量和無功分量(激磁分量)提高COS∮。
當電動機負載輕時,軟啟動器在選擇節(jié)能功能的狀態(tài)下,PF開關(guān)熱撥至Y位,在電流反饋的作用下,軟啟動器自動降低電動機電壓。減少了電動機電流的勵磁分量。從而提高了電動機的功率因數(shù)(COS∮)。(國產(chǎn)軟啟動器多無此功能)在接觸器旁路狀態(tài)下無法實現(xiàn)此功能。TPF開關(guān)提供了節(jié)能功能的兩種反應時間;正常、慢速。節(jié)能運行模式:自動節(jié)能運行。(正常、慢速兩種反應速度)空載節(jié)能40%,負載節(jié)能5%。
軟啟動器是通過控制可控硅的導通角來控制輸出電壓。因此,軟啟動器從本質(zhì)上是一種能夠自動控制的降壓啟動器,由于能夠任意調(diào)節(jié)輸出電壓,作電流閉環(huán)控制,因而比傳統(tǒng)的降壓啟動方式(如串電阻啟動,自耦變壓器啟動等)有更多優(yōu)點。例如滿載啟動風機水泵等變轉(zhuǎn)矩負載、實現(xiàn)電機軟停止、應用于水泵能*消除水錘效應等。
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