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| 軟啟動(dòng)器在民用建筑動(dòng)力設(shè)備控制中的應(yīng)用 |
一、概述
交流鼠籠異步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，效率高而被人們廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的拖動(dòng)中。在民用建筑中的大多數(shù)機(jī)械設(shè)備如消防泵、噴淋泵、生活泵、冷凍機(jī)組等的動(dòng)力都是交流鼠籠異步電機(jī)。當(dāng)建筑物層數(shù)較高或規(guī)模較大時(shí)，這些機(jī)械設(shè)備的電機(jī)的額定功率通常都較大，如消防泵的額定功率通常都在55kW-150kW之間。這些設(shè)備在起動(dòng)過(guò)程中，將產(chǎn)生較大的起動(dòng)電流，造成較大的電壓降。因此恰當(dāng)?shù)剡x擇起動(dòng)方式具有減少供電容量和保證建筑物供電可靠性等重要意義。正因?yàn)槿绱耍?STRONG>軟啟動(dòng)器在民用建筑領(lǐng)域的應(yīng)用中將具有廣闊前景。
二、民用建筑中水泵等動(dòng)力設(shè)備的啟動(dòng)方式的比較
眾所周知，鼠籠式異步電機(jī)采用全壓起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流大，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的。當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)，起動(dòng)電流很大（起動(dòng)電流為額定電流的5—8倍）。很大的起動(dòng)電流將引起配電系統(tǒng)的電壓降，影響接在同一臺(tái)變壓器或同一條供電線路上的其它電氣設(shè)備的正常工作，甚至使柴油發(fā)電機(jī)組熄火停機(jī)。同時(shí)由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，將對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊，增加傳動(dòng)部件的磨損和額外維護(hù)。所以當(dāng)電機(jī)的容量較大（一般為超過(guò)電源容量的20%—30%時(shí)）均采用降壓起動(dòng)。
傳統(tǒng)上采用的降壓起動(dòng)的方法有Y/△換接起動(dòng)和自耦變壓器降壓起動(dòng)。雖然這兩種起動(dòng)方式均可降低起動(dòng)電流，但是在降壓起動(dòng)過(guò)程完成后的分檔投切和加全壓的瞬間，仍將產(chǎn)生數(shù)倍額定電流的尖峰電流（二次沖擊電流），此電流將對(duì)配電系統(tǒng)造成沖擊，同時(shí)產(chǎn)生的破壞性的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩會(huì)引起水泵電機(jī)的機(jī)械震動(dòng)，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)子、中間齒輪等非常有害，并使供電線路電耗增大。
軟啟動(dòng)器也是降壓起動(dòng)器的一種。它是利用性能先進(jìn)的微處理器，合理有序地控制大功率晶閘管組件導(dǎo)通，使之產(chǎn)生逐步增加的平滑的交流電壓加在交流電動(dòng)機(jī)上，使電動(dòng)機(jī)按預(yù)先設(shè)定的方式和參數(shù)進(jìn)行漸進(jìn)地加速，實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)。可見采用軟起動(dòng)器可以對(duì)大電機(jī)實(shí)現(xiàn)平滑、均勻穩(wěn)定的起動(dòng)，避免大電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減少機(jī)械震動(dòng)和噪音，減少供電線路的電耗。
三、軟啟動(dòng)器在民用建筑動(dòng)力設(shè)備控制中的應(yīng)用
軟啟動(dòng)器具有軟起動(dòng)，軟停止，泵控制，定時(shí)低速運(yùn)行等多種功能。因此，在民用建筑領(lǐng)域的動(dòng)力設(shè)備控制中具有傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器不可比擬的優(yōu)越性。下面以某高層建筑中的消防泵為例，分析軟起動(dòng)器在消防泵的起動(dòng)及運(yùn)行控制方面的突出優(yōu)點(diǎn)。該高層建筑中消防泵的最大容量為110KW，一備一用。采用A-B公司的150-B240NBD軟起動(dòng)器。
1、軟起動(dòng)如前所述，在起動(dòng)時(shí)間ts內(nèi)，電機(jī)的端電壓從設(shè)定的初始值逐漸增長(zhǎng)至滿壓，電機(jī)是平滑、無(wú)級(jí)地加速。同時(shí)起動(dòng)時(shí)間ts可調(diào)節(jié)（通常在0.5-60秒之間），這有利于與空氣開關(guān)之間的配合，防止空氣開關(guān)的瞬時(shí)脫扣器在電機(jī)起動(dòng)時(shí)誤跳閘。
2、泵控制功能水泵在起動(dòng)和停車時(shí)，水流沖擊管道，產(chǎn)生嚴(yán)重的“水錘效應(yīng)”。雖然水道專業(yè)已采取了一些消除水錘效應(yīng)的措施，但是如果采用帶泵控功能的軟起動(dòng)器，則完全可以消除水錘效應(yīng)，減少機(jī)械維護(hù)的工作量，節(jié)省系統(tǒng)維修費(fèi)用，并保證供水可靠。值得一提的是該功能為可選件，定貨圖上應(yīng)注明。
3、過(guò)載保護(hù)功能一般電機(jī)的過(guò)載保護(hù)是通過(guò)熱元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。熱元件在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過(guò)程中很難避開電機(jī)的起動(dòng)電流而產(chǎn)生誤動(dòng)作。為避免誤動(dòng)，用戶常加大熱元件的動(dòng)作電流，使過(guò)載保護(hù)形同虛設(shè)。而軟起動(dòng)器內(nèi)置的過(guò)載保護(hù)功能是根據(jù)I2t算法用電子裝置來(lái)完成的。它可根據(jù)起動(dòng)負(fù)荷的輕重即起動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短不同來(lái)選擇不同的脫扣特性曲線以避免在起動(dòng)過(guò)程中誤跳。由于它的過(guò)載保護(hù)是可編程的，從而為用戶提供了更大的靈活性。并且選用帶內(nèi)置過(guò)載保護(hù)功能的軟起動(dòng)器可以省去熱繼電器，使控制柜內(nèi)布線更簡(jiǎn)單，迅速。
4、參數(shù)測(cè)試功能可通過(guò)按鍵在顯示窗口選擇顯示電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)如三相電壓值、三相電流值、功率因數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等，而不需增加任何儀表。此功能可使用戶很方便的查詢電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的各種參數(shù)。
5、消防水泵定期自動(dòng)試機(jī)由于消防水泵屬消防應(yīng)急設(shè)施，平常時(shí)長(zhǎng)期處于不使用狀態(tài)，容易出現(xiàn)泵卡死的現(xiàn)象。一旦火災(zāi)發(fā)生時(shí)如果無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將影響消防撲救的順利進(jìn)行，造成嚴(yán)重后果。《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T16-92第24.6.6條規(guī)定“消防泵（包括噴灑泵）、排煙風(fēng)機(jī)及正壓送風(fēng)機(jī)等重要消防用電設(shè)備，宜采取定期自動(dòng)試機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)措施�！痹撥浧饎�(dòng)器具有的定時(shí)低速運(yùn)行功能，可根據(jù)用戶設(shè)定的時(shí)間自行定時(shí)起動(dòng)、停止，對(duì)消防泵起到一個(gè)定期自動(dòng)試機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)的作用，提高消防泵作為消防設(shè)施的可靠性，應(yīng)急性。而采用傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方式將很難對(duì)消防水泵定期自動(dòng)試機(jī)。
四、民用建筑動(dòng)力設(shè)備控制中采用軟起動(dòng)器時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
1、有的軟啟動(dòng)器具有多種內(nèi)置的保護(hù)功能，如失速及堵轉(zhuǎn)測(cè)試、相間平衡、欠載保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)等，對(duì)電機(jī)而言起到了進(jìn)一步的保護(hù)作用。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況通過(guò)編程來(lái)選擇保護(hù)功能或使某些保護(hù)功能失效�！兜蛪号潆娫O(shè)計(jì)規(guī)范》GB50054-95第4.3.5條規(guī)定：“突然斷電比過(guò)負(fù)載造成的損失更大的線路，其過(guò)負(fù)載保護(hù)應(yīng)作用于信號(hào)而不應(yīng)作用于切斷電路�！痹谇懊嫣岬降南辣每刂葡到y(tǒng)中，由于消防泵是消防應(yīng)急負(fù)荷，它是在消防救火的緊要關(guān)頭工作的。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，最重要的問(wèn)題是消防泵能地運(yùn)轉(zhuǎn)打水到消防管網(wǎng)中，而對(duì)消防泵電機(jī)的保護(hù)就不是重要問(wèn)題。所以上面提到的某些保護(hù)功能可以通過(guò)編程使它失效，或者使保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)而不是作于使消防泵電機(jī)停機(jī)。前面提到的過(guò)載保護(hù)功能也只應(yīng)動(dòng)作于信號(hào)。
2、支路保護(hù)由于軟起動(dòng)器本身沒有短路保護(hù)，為保護(hù)其中的晶閘管，應(yīng)該采用快速熔斷器（自動(dòng)空氣開關(guān)的開斷時(shí)間較長(zhǎng)，為0.1秒，不能有效地保護(hù)晶閘管）。設(shè)計(jì)時(shí)可依據(jù)廠家提供的產(chǎn)品樣本，根據(jù)軟起動(dòng)器的額定電流選擇相應(yīng)的快熔斷器。
3、當(dāng)軟起動(dòng)器使電機(jī)制動(dòng)停機(jī)時(shí)，只是晶閘管不導(dǎo)通，在電機(jī)與電源之間并沒有形成電氣隔離。如果此時(shí)檢修軟起動(dòng)器之后的線路、電機(jī)，那是不安全的。所以在電機(jī)一次控制回路中應(yīng)在軟起動(dòng)器之前增加斷路器。
4、由于信息及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代的樓宇特別是智能建筑中電子設(shè)備日益增多，它們對(duì)電網(wǎng)的質(zhì)量有較高的要求。而由于軟起動(dòng)器采用了可控硅等非線性器件，所以當(dāng)軟起動(dòng)器功率較大或者臺(tái)數(shù)較多時(shí)，產(chǎn)生的高次諧波將對(duì)電網(wǎng)造成不良的影響并對(duì)建筑物內(nèi)的電子設(shè)備產(chǎn)生干撓。此時(shí)可裝設(shè)旁通接觸器。在軟起動(dòng)器使電機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)至正常轉(zhuǎn)速后，接觸器KM閉合，把軟起動(dòng)器短接。
即在起動(dòng)完成之后，大功率晶閘管處于不導(dǎo)通狀態(tài)，減少高次諧波對(duì)電網(wǎng)及電子設(shè)備的干撓。
5、軟起動(dòng)器在通過(guò)電流時(shí)將會(huì)產(chǎn)生熱耗散，安裝時(shí)應(yīng)注意在其上、下方留出一定空間，以使空氣能流過(guò)其功率模塊。當(dāng)軟起動(dòng)器額定電流較大時(shí)，要采用風(fēng)機(jī)降溫。風(fēng)機(jī)的電源可取自電機(jī)控制系統(tǒng)的二次回路。
五、結(jié)語(yǔ)
總之，軟啟動(dòng)器是一種新型的、性能優(yōu)良的起動(dòng)裝置，是交流異步電機(jī)起動(dòng)器的首選產(chǎn)品。但是由于目前的軟起動(dòng)器主要為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格較高。
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