低压软启动器具有体积小、转矩可调、启动平稳、冲击小并具软停机功能等优点,应用日益广泛,大有取代传统自耦减压、星—三角等启动器的趋势。本文介绍常用软启动器的类型及特点,并总结工程选型中的主要问题。
由于软启动器属近年发展的启动设备,在设计、安装、调试和使用方面尚缺少统一规范。实际工作中常遇到如不同启动负载的选型、软启动冲击电流与过流保护定值配合、软启动容量与变压器容量关系等问题。
1. 软启动器控制原理。晶闸管式软启动器是串接在电源与电动机之间的三组正反向并联晶闸管,通过微电脑控制触发导通角实现交流调压,其启动方式有斜坡电压型、突跳加斜坡电压型、限流型等可选。磁控式软启动器利用磁放大器原理,由串联在电源与电动机之间的三相饱和电抗器构成,启动时通过数字控制板调节激磁电流、改变饱和电抗器电抗值以调节启动电压降,实现软启动。两类软启动器启动时都只能调节输出电压以控制电压降、限制启动电流;一般不能调节电源频率,故不能像变频器那样从零频零压启动、实现无冲击启动,启动时仍会产生一定冲击电流。
以斜坡电压型为例:开始时要输出一个初始电压(80~280 V可调),使电动机产生足以克服机械设备静摩擦的初始转矩而开始转动,启动电流为Is;在微电脑控制下继续增加输出电压使电动机加速,当输出电压接近额定电压时电机已达额定转速、Is降为负荷电流In;启动时间t1结束时输出额定电压并发出旁路信号,旁路接触器闭合、软启动器停止输出电压,电机转入正常运行。初始转矩可通过给定初始电压和启动时间调节,控制启动电流在电动机额定电流的2~4.5倍以内。
低压软启动器的停车方式主要有自由停车、软停车、制动停车三种。传统常用自由停车,但在许多场合会带来问题,如高层建筑水泵系统自由停车会产生巨大“水锤”效应而损坏管道、水泵,采用软停车可消除这种反向惯性冲击。停车时刻t2发出停车指令后,电动机端子电压从Un缓慢下降,电压下降瞬间电流有一小的冲击,随后随电压下降而下降直至停机。
2. 选型中存在的问题及处理方式。
2.1 电气接线与元件排列。柜内元件按图示顺序排列,做到主接线简短不交叉、便于铜排连接;软启动器安装在接触器右侧、不受其他元件发热影响;与控制柜边壁及其他元件间距不小于100 mm,以利散热。
2.2 设计与选型。对水泵等启动负载较轻的设备,可选功能简单、价格低、操作方便的软启动器,按电动机额定功率选用样本规定容量的产品即可;对大风机、破碎机等启动负荷重的设备,应选启动功能多、有限流启动、保护齐全的产品,功率较大的设备(200 kW以上)最好选用高性能全功能软启动器。
2.3 隔离器和熔断器选择。隔离开关可选用具隔离功能的塑壳断路器;小功率软启动柜宜选隔离开关熔断器组合的刀熔开关,既隔离保护又降低造价。隔离开关额定电流大于电动机额定电流即可。因软启动器晶闸管的浪涌焦耳积分(I²t)值有限,断路器作短路保护不能有效保护晶闸管,建议选用快速熔断器(aR或NGT型半导体保护熔断器)作短路保护。选用快速熔断器一般不必校验分断能力——aR型额定分断能力50 kA、NGT型120 kA,可满足一般配电工程;熔断器还有限流功能,对晶闸管保护比断路器可靠。快速熔断器额定电流的选用原则:设备启动时不熔断、安装处发生最小短路电流时必须可靠熔断;可按设备负荷性质和电动机启动电流,查熔断器制造厂的时间—电流特性曲线、I²t值及晶闸管I²t值计算选择。
2.4 旁路接触器选择。软启动结束时电动机已在额定电压上运行,故按电动机额定电流选用交流接触器即可满足要求;配柜接线时须做到软启动器与接触器同相连接、不接错相序。
2.5 过负荷保护装置选择。软启动装置的过负荷保护应选用具有过载保护、断相保护和温度补偿功能的热过载继电器,使电动机工作电流在热元件整定电流范围内;工作时易过载的设备,应使电动机额定电流靠近整定范围下限。
2.6 变压器负载能力及保护整定值校验。选型时还须注意供电变压器的负载能力:若变压器已接近满载要慎重选用软启动设备,尤其增设较大功率设备时,须核对校验变压器荷载能力和保护整定值。