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交流鼠籠異步電動機由于結構簡單,控制方便,效率高而被人們廣泛地應用于機械設備的拖動中。在民用建筑中的大多數機械設備如消防泵、噴淋泵、生活泵、冷凍機組等的動力都是交流鼠籠異步電機。當建筑物層數較高或規模較大時,這些機械設備的電機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。這些設備在起動過程中,將產生較大的起動電流,造成較大的電壓降。因此恰當地選擇起動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。正因為如此,軟啟動器在民用建筑領域的應用中將具有廣闊前景。

一、民用建筑中水泵等動力設備的啟動方式的比較

眾所周知,鼠籠式異步電機采用全壓起動時起動電流大,起動時間長的。當電機的功率較大時,起動電流很大(起動電流為額定電流的5—8倍)。很大的起動電流將引起配電系統的電壓降,影響接在同一臺變壓器或同一條供電線路上的其它電氣設備的正常工作,甚至使柴油發電機組熄火停機。同時由于起動轉矩較大,將對負載產生沖擊,增加傳動部件的磨損和額外維護。所以當電機的容量較大(一般為超過電源容量的20%—30%時)均采用降壓起動。

傳統上采用的降壓起動的方法有Y/△換接起動和自耦變壓器降壓起動。雖然這兩種起動方式均可降低起動電流,但是在降壓起動過程完成后的分檔投切和加全壓的瞬間,仍將產生數倍額定電流的尖峰電流(二次沖擊電流),此電流將對配電系統造成沖擊,同時產生的破壞性的動態轉矩會引起水泵電機的機械震動,對電機的轉子、中間齒輪等非常有害,并使供電線路電耗增大。

軟啟動器也是降壓起動器的一種。它是利用性能先進的微處理器,合理有序地控制大功率晶閘管組件導通,使之產生逐步增加的平滑的交流電壓加在交流電動機上,使電動機按預先設定的方式和參數進行漸進地加速,實現軟起動。可見采用軟起動器可以對大電機實現平滑、均勻穩定的起動,避免大電機起動時對電網的沖擊,減少機械震動和噪音,減少供電線路的電耗。

二、軟起動器在民用建筑動力設備控制中的應用

軟起動器具有軟起動,軟停止,泵控制,定時低速運行等多種功能。因此,在民用建筑領域的動力設備控制中具有傳統降壓起動器不可比擬的優越性。下面以某高層建筑中的消防泵為例,分析軟起動器在消防泵的起動及運行控制方面的突出優點。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軟起動器。

1、軟起動 如前所述,在起動時間ts內,電機的端電壓從設定的初始值逐漸增長至滿壓,電機是平滑、無級地加速。同時起動時間ts可調節(通常在0.5-60秒之間),這有利于與空氣開關之間的配合,防止空氣開關的瞬時脫扣器在電機起動時誤跳閘。

2、泵控制功能 水泵在起動和停車時,水流沖擊管道,產生嚴重的“水錘效應”。雖然水道專業已采取了一些消除水錘效應的措施,但是如果采用帶泵控功能的軟起動器,則完全可以消除水錘效應,減少機械維護的工作量,節省系統維修費用,并保證供水可靠。值得一提的是該功能為可選件,定貨圖上應注明。

3、過載保護功能 一般電機的過載保護是通過熱元件來實現的。熱元件在電動機起動的過程中很難避開電機的起動電流而產生誤動作。為避免誤動,用戶常加大熱元件的動作電流,使過載保護形同虛設。而軟起動器內置的過載保護功能是根據I2t算法用電子裝置來完成的。它可根據起動負荷的輕重即起動時間的長短不同來選擇不同的脫扣特性曲線以避免在起動過程中誤跳。由于它的過載保護是可編程的,從而為用戶提供了更大的靈活性。并且選用帶內置過載保護功能的軟起動器可以省去熱繼電器,使控制柜內布線更簡單,迅速。

4、參數測試功能 可通過按鍵在顯示窗口選擇顯示電機的運行參數如三相電壓值、三相電流值、功率因數、運行時間等,而不需增加任何儀表。此功能可使用戶很方便的查詢電機在運行過程中的各種參數。

5、消防水泵定期自動試機 由于消防水泵屬消防應急設施,平常時長期處于不使用狀態,容易出現泵卡死的現象。一旦火災發生時如果無法正常運轉,將影響消防撲救的順利進行,造成嚴重后果。《民用建筑電氣設計規范》JGJ/T16-92第24.6.6條規定“消防泵(包括噴灑泵)、排煙風機及正壓送風機等重要消防用電設備,宜采取定期自動試機、自動檢測措施。”該軟起動器具有的定時低速運行功能,可根據用戶設定的時間自行定時起動、停止,對消防泵起到一個定期自動試機、自動檢測的作用,提高消防泵作為消防設施的可靠性,應急性。而采用傳統的降壓起動方式將很難對消防水泵定期自動試機。

三、民用建筑動力設備控制中采用軟起動器時應注意的問題

1、有的軟起動器具有多種內置的保護功能,如失速及堵轉測試、相間平衡、欠載保護、欠壓保護、過壓保護等,對電機而言起到了進一步的保護作用。設計時應根據具體情況通過編程來選擇保護功能或使某些保護功能失效。《低壓配電設計規范》GB50054-95第4.3.5條規定:“突然斷電比過負載造成的損失更大的線路,其過負載保護應作用于信號而不應作用于切斷電路。”在前面提到的消防泵控制系統中,由于消防泵是消防應急負荷,它是在消防救火的緊要關頭工作的。當火災發生時,最重要的問題是消防泵能地運轉打水到消防管網中,而對消防泵電機的保護就不是重要問題。所以上面提到的某些保護功能可以通過編程使它失效,或者使保護動作于信號而不是作于使消防泵電機停機。前面提到的過載保護功能也只應動作于信號。

2、支路保護 由于軟起動器本身沒有短路保護,為保護其中的晶閘管,應該采用快速熔斷器(自動空氣開關的開斷時間較長,為0.1秒,不能有效地保護晶閘管)。設計時可依據廠家提供的產品樣本,根據軟起動器的額定電流選擇相應的快熔斷器。

3、當軟起動器使電機制動停機時,只是晶閘管不導通,在電機與電源之間并沒有形成電氣隔離。如果此時檢修軟起動器之后的線路、電機,那是不安全的。所以在電機一次控制回路中應在軟起動器之前增加斷路器。

4、由于信息及網絡技術的飛速發展,現代的樓宇特別是智能建筑中電子設備日益增多,它們對電網的質量有較高的要求。而由于軟起動器采用了可控硅等非線性器件,所以當軟起動器功率較大或者臺數較多時,產生的高次諧波將對電網造成不良的影響并對建筑物內的電子設備產生干撓。此時可裝設旁通接觸器(詳見圖三)。在軟起動器使電機平穩起動至正常轉速后,接觸器KM閉合,把軟起動器短接。即在起動完成之后,大功率晶閘管處于不導通狀態,減少高次諧 波對電網及電子設備的干撓。

5、軟起動器在通過電流時將會產生熱耗散,安裝時應注意在其上、下方留出一定空間,以使空氣能流過其功率模塊。當軟起動器額定電流較大時,要采用風機降溫。風機的電源可取自電機控制系統的二次回路。

四、結語

總之,軟起動器是一種新型的、性能優良的起動裝置,是交流異步電機起動器的首選產品。但是由于目前的軟起動器主要為進口產品,價格較高。如前面提到的A—B公司的150-B240NBD軟起動器價格在2萬元以上,多數業主難于接受。現在國內的生產廠家如湖南開利公司等也紛紛推出自己的產品。希望將有越來越多價廉物美的產品出現在市場上,以使軟起動器能夠取代傳統的起動器在民用建筑領域中迅速推廣應用并發揮效益。