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略论煤矿电气系统软启动应用
略论煤矿电气系统软启动应用 摘 要:软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功 能于一体的新颖电机控制装置，目前在煤矿电气控 制系统中已经得到广泛的应 用，并且具有广阔的发展前景，本文通过对电机软启动原理及启动方式的分析， 给煤矿各种机 电设备正确选用软启动设备提供了理论参考。关键词:电机启动;电气软启动 随着煤炭工业的迅猛发展，煤矿井下各种机电设备需 用电动机的功率也 在不断增大，传统的降压启动方式由于 缺点较多，已经不能满足生产发展的需 要，软启动器以其 启动平稳，故障率低等特点，正在煤矿电气控制系统中得 到 广泛的应用。
1 电动机各种启动方式的特点和比较 被选用最广泛的拖动设备，自然是 鼠笼型三相异步电 动机，用其进行全压启动是最简单、最经济、最可靠的启动 方 式。但是，当鼠笼电动机启动时，如拖动机械不能承受 全压启动的冲击转矩， 或其端电压降不能满足规范要求， 或者电网波动影响其他负荷的正常运行时， 就应采取措施 采用降压启动方式。对于降压启动一般有以下几种常用 方 式:“Y-△”启动器、自耦降压启动器、磁控式启动器、双 速电机软启动、开关磁 阻电机、水电阻式软启动器、电子式 软启动器。
“Y一△”启动器需6根出线，而且故障率太高，维修 费也高，切换时会出 现较高的电流转矩峰值，所以仅适用 于空载或低阻性转矩启动。一般不适用于 煤矿井下防爆 的要求。
自耦降压启动器启动时会出现大压降和高电流峰值， 存在二次大的冲击 电流，其启动电流约为电动机额定电流 (Ie)的7倍。其体积大且故障率较高，是 笨重复杂的设备， 维护工作量大，不能频繁启动。一般不适用于煤矿井下防 爆 的要求。
磁控式启动器是利用控磁限幅调压原理，对电动机进 行软启动。在启动 过程中电压无级平滑地从初始值(约 200V，不可调)上升到全压，使电动机在启 动中有一个电压 匀速增加的过程。启动时间约30s内可调。其结构简单， 性能 可靠，过载能力强，无二次冲击电流。但它在启动时 仍存在一次冲击电流，约 为Ie的6倍。启动电流约为Ie 的1・8~2・5倍，不可调，适用负载能力一般，不能频繁启 动。整机较重，体积较大。一般不适用于煤矿井下防爆的 要求。
水电阻式启动器是利用水导体产生的压降来完成软 启动过程的，它在电 机的定子绕阻上串接一个水电阻，在 启动过程中，利用电子装置控制水导体的 电阻，达到降压 启动的目地，它启动平稳，可以控制数兆瓦功率的电机，其 电 压等级达数万伏。但设备的体积较大，不适用于煤矿井 下防爆的要求，多数应 用于钢厂等设备上。
电子式启动器可以限制启动期间的压降，没有冲击转 矩和电流，力矩匀 速平滑上升，保护传动机械、设备和人 员，节省能源。启动电流可视负载轻重 调整。这种软启动 器体积小，一台开关柜能放多台这种启动器，节省工程造 价， 且故障率与维修费较低。可以满足煤矿井下防爆的要 求，所以，这种启动器应 是实际应用中首选的产品。
一般都是采用大功率晶闸管作为主回路的开关元件， 通过单片机控制它 的导通角进行智能化控制，它既能保证 电动机在负载要求的启动特性下平滑启 动，又能降低对电 网的冲击。除各启动方式外，还有一些可选功能，如软停 车、 泵控制、预置慢速、智能制动、准确停车、低速制动等， 同时，还能实现直接 计算机通信控制，为自动化智能控制 打下良好的基础。因此，称它为智能电动 机控制器更为贴 切。
目前，电子式软启动器主要有以下6种启动方式: (1)斜坡电压启动(软启动)。
顾名思义是电压由小到 大呈斜坡线性上升，它是将传统的降压启动从有级变成 了 无级。启动时，电压迅速上升到初始转矩相对应的电压， 然后依设定的启动 时间逐渐上升，直至达到电网额定电 压，主要用于重载启动。
(2)限流启动。顾名思义是限制电动机的高启动电 流，启动电流及启动时 间均可在一定范围内预先调定。当 必须限制最大启动电流时，可使用此方式。
(3)可选择的加突跳启动。该功能为电动机启动瞬间 提供一个大提升转矩 以克服负载的静摩擦。但是，突跳会 给电网发送尖脉冲，干扰其他负荷，应用 时要特别注意。
(4)全压启动。这种软启动方式的作用就像一个固态 接触器，充当无触点 开关来用。这种方式会引起电流冲击。
(5)双斜坡启动。这种方式在负载变化的情况下是很 有用的。双斜坡启动允许用户从两个相互独立的软启动 斜坡做出选择，分别设定启动时间和启动转 矩。
(6)矩形转矩启动方式。这种软启动器结构紧凑，保 护方式齐全，可以满 足煤矿对设备保护的要求。在控制方 式上采用目前国际上流行的控制策略 ―――模糊控制技术， 其控制转矩，可以很好的满足负载的重载启动要求。
2 软启动器的应用 通过以上叙述可知，在工程设计和工程改造中，要想 改善工艺提高自动化水平，降低成本提高企业效益，对电 动机的启动就必须首 先采用最先进的启动设备―――电子 式软启动器。在选用软启动器时应主要考 虑以下问题: (1)选择生产厂家。国内生产电子式软启动器的厂家 很多，产品五 花八门，但多数为地面使用的低电压软启动 器。目前在市场上有影响力的基本 上都是国外产品，如施 耐德的TE、罗克韦尔的A―B、ABB、西门子的产品等。
(2)选型。应根据负载性质的不同来选择不同类型的 启动器。如果负载是 离心泵，则需利用泵控制功能，减少 启动和停止时液流冲击所产生的系统水锤 现象的发生，所 以必须选用带泵控制功能的软启动器，如另带欠载保护和 防相 位颠倒保护的则更好。负载是通风机的话，可利用软 启动功能，减少磨损和机 械冲击，并可利用停机时制动转 矩功能。负载是搅拌机，可利用双斜坡启动和 预置低速运 行，避免机械损坏。负载是输送设备，则利用软启动和预 置低速功 能，实现平滑开停，软停车消除了由于自由停车 带来的拖动系统反惯性冲击， 避免产品移位和液体溢出。
若有计算机联网要求，可选带通信接口的软启动器，以便 对软启动器进 行远程控制和监视，选择软启动器还要考虑 负载是标准负载还是重载负载。要 注意选择能够满足煤 矿防爆要求的产品。
(3)选规格。根据电动机的标称功率、电流及负载性 质选择启动器。一般 软启动器容量稍大于电动机工作电 流即可，同时适当考虑散热因素。
另外，还要考虑是否保护功能完备，如过电流保护、过 压保护、单相接 地保护、上下口断相保护、三相不平衡保 护、相位颠倒保护等。冷却方式分机 械风冷与自然风冷两 种。机械风冷带有冷却风机，有的是通电常转的，有的靠 温 度控制器来控制其运转，机柜内安装软启动器时要十分 注意散热空间。煤矿使 用的电子式软启动器一般采用自 然风冷方式。电子式软启动器一般不带短路保护，通过过载保护来 完成短路保护，由 于可控硅具有有限大的浪涌电流能力， 且过流反应能力在微秒级，在实际应用 中，在故障点的电 流还没有形成短路电流时，可迅速的关断主功率单元。软 启 动器至电动机的接线要特别注意，大部分是3根出线， 但部分产品也有6根出线 的。软启动器可安装在有功率 因素补偿器的系统中，但电容器必须位于软启动 器的电源 进线一侧，以避免电容器放电损坏软启动器的晶闸管，另 须在电源和 电容之间接入电感线圈。软启动器大多带正 常运行和故障信号辅助触点，供工 程设计选用。
煤矿使用的电子式软启动器不允许长期在额定负载 工况下运行，可以用 旁路接触器，在启动完毕后把它短接。
切除后要注意电动机运行回路是否还有过载热保护功能。
在实际应用过程中，若工艺条件许可，一台软启动器 可用于多台电动机 的启动，大大节省投资费用。软启动器 按其中最大电动机容量进行选择。
3 结语 电动机的降压启动方式从“Y―△”启动器、自耦降压 启动器、磁 控式软启动器、双速电机软启动、水电阻式软启 动器等，已发展到电子式软启 动器，电子式软启动器可以 满足煤矿使用的要求，所以在工程应用中，当电动 机在直 接启动不能满足要求时，首先考虑的应是电子式软启动 器，也为今后的 智能控制集成化打下了良好的基础。
