浅谈软启动器在烧结砖瓦厂的应用 / 开普饭

从20世纪80 ~ 90年代开始，我国开始在全国范围内陆续实施“禁实”政策，随着政策的持续实施,新兴的产业规范及制度也开始逐步完善,正应了那句成语“无规矩不成方圆”。随着新型的砖瓦建材厂在各地广泛涌现，住建部和国家质检总局于2011年7月26日正式发布了《烧结砖瓦工厂设计规范》(GB 50701—2011)，本文作者在仔细研读了规范中的各项条款，并结合在设计、驻现场等实际工作经验，对砖瓦厂的节能设计工作提出几点见解，仅供同行参考、交流、指正。

众所周知，新型建材厂中必备原料处理设备，包括挤出机、破碎机、粉碎机、球磨机、筛分机械、搅拌机功率很大，所采用的设备启动方式大部分为传统的自耦减压启动,并从20世纪50年代初应用至今，且在电动机启动装置领域一直占主要地位。但从80年代开始，随着电力电子技术的发展，带有智能功能的软启动器在我国逐步推广使用，迄今已对传统的自耦降压启动器形成较大的冲击，本文主要对两种装置进行简要的介绍,并对两种装置进行技术与经济对比，提出正确应用范围供行业内人士参考。

首先,引入两种启动方式的概念。自耦减压启动:将电动机的定子通过可有级调整电压的自耦变压器接至电网的降压启动方式称之为电动机自耦减压启动。那么何为软启动呢？软启动即运用串接于电源与被控电机之间的软启动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输人电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至启动结束，赋予电机全电压，即为电机软启动。

自耦减压启动的技术特点是：

a、需加一台有抽头可调启动电压和电流的自耦变压器；

b、启动时间长；

c、在电压转换瞬间有尖峰电流和尖峰转矩；

d、只能直接停止电机运行；

e、散热性能不好，不能频繁启动。

同时它属于有级降压启动，在启动过程中会出现二次冲击电流和冲击转矩，优点是价格比较便宜，但二次控制线路稍微复杂一些，通常启动自耦变压器不便做成更多的电压档输出，最多只有2-3 档电压(可能是40%、70%、85%等)，自耦降压启动要用多个大功率接触器，而且动力电缆接线麻烦，控制回路线路也比较多。

软启动的技术特点是:对电动机可在5%~90% 的锁定转矩值之间调节，电动机电压加速斜坡上升时间可在2~30s调整。特性曲线见图1。

(1)突跳功能。可提供500%满载电流的电流脉冲，调整时间范围为:0.4~2s,适用于电动机需要冲击转矩助推才能正常启动的场合。特性曲线见图2。

(2)平滑加速及减速功能。可对类似离心系负载的启动及停止，通过微型计算机分析电动机变量并发出控制命令,平滑地加速及减速,以减小系统中出现的喘振。启动时间可在2〜30s之间调整,停止时间可在2 ~ 120s之间调整。特性曲线见图3。

(3)快速停止功能。该功能用在比自由停车还要快的场合。它是以微计算机为基础的制动系统，给标准的笼型电动机提供三相制动电流。制动在设有附加接触器或电源设备的情况下完成，而且无需计时器、传感器或测速计,便可实现自动零速停车。制动电流的强弱可在满载电流的150% ~ 400%之间调整。特性曲线见图4。

(4)低速制动功能。该功能主要用于电动机需正向低速定位和需要制动控制停车的场合。慢速调制速度为额定速度的7%(低)或额定速度的15% (高）；低速加速电流(对2s)可在50% ~ 400%之间调整;低速电流限量可在满载电流的50% ~450%之间调整;不能采用突跳启动。特性曲线见图5。

(5)节能效果。表1为30kW电机在各种负载率(％)下采用软启动器的节电量。从表1可见：

①软启动器对某些特定的负载具有较好的节电效益。因此，它应在相应范围内推广使用，切莫不分对象应用。

②对于不变负载(不管是满载还是负载率30%〜40%情况)，连续长期运行，不宜采用软启动器，而应该选用高效电动机。

③对于变负载情况,如果最低负载率>30%以上，采用软启动器意义也不大。如有功率在负载率40%时仅节电40W,负栽再增加则不能节电。负载率在50%时,则多耗电80W。

对以上两种大功率电动机启动方式的技术特点进行比较后不难看出，软启动具有以下优点:属于无级降压启动，启动时无冲击电流，通过逐渐增大晶闸管的导通角,使启动电流从零线性上升到设定值;属恒流启动，软启动可引人电流闭环控制，使电机在启动过程中保持恒流，确保电机平稳启动;可根据负载情况及电网继电保护特性选择，能自由地无级调速到最佳启动电流。同时它还有以下特点：

a.可调启动电流；

b.可调启动转矩；

c.可适当调节启动时间；

d.可实现软停车；

e.对机械设备和管道的磨损最小；

f.可实现一台软启动设备逐步(同时)启动若干台电动机。

结合到烧结砖瓦厂中，目前国家出台的相关规范对于新型建材厂中的节能提出了相当严格的要求:即22kW以上的鼠笼型电机应采用软启动装置 (摘自《烧结砖瓦工厂设计规范》GB 50701—2011)；为更加清晰地体现出软启动器在节能、技术先进特点、降低工程造价等方面的优势，读者可参见表2, 以便对其有更深刻的理解。

表2为按电机功率采用不同规格JJ1B型自耦减压启动器、STR型软启动器所需价格及消耗铜、硅钢情况比较。

由以上分析可知，根据软启动器、自耦减压启动器性能、价格、耗材对比，用户可合理选择予以应用。

（1）从初期投资对比来看，电机功率在75kW以下采用自耦减压启动器，目前占有一定优势。功率在90 ~ 250kW采用软启动器较合适，因投资相差不大，可以节约大量硅钢及铜材，并满足一定工艺要求。

（2）软启动器适用于长期重复工作的机械，即长期电裁运行，短时空载,重载率较高,或者空载持续率较低。如:起重机、皮带输送机、破碎机、粉碎机、搅拌机等。

（3）有些机械经常处于开停状态，如果允许轻载启动，则可以适用软启动器。

（4）凡工作机械需要特殊功能的,如突跳、平滑加速、减速、快速停止、低速制动等功能，必须采用软启动器。

（5）长期高速、短时低速，且电机负载率在35% 以下,则采用软启动器有较好节能效果。

（6）从表2可以看出，电动机功率从45 ~ 315kW，铜耗从34 〜90kg，耗硅钢从86 ~ 210kg, 消耗了大量铜材和钢材。所以随着软启动器的逐步国产化及价格的下降，势必将替代传统的自耦减压启动器。

综上所述，随着新型烧结砖瓦工厂技术方面的日趋成熟，以及国家相关规范制度的日趋完善，在工厂节能方面，必将会有更多、更好的新技术、新产品逐步涌现，为国家提倡的新型建材行业做出一份贡献。

参考文献

[1] (工业与民用配电设计手册》中国航空工业规划设计研究®

[2] 《工业企业供电>冶金工业出版社