电动机软启动技术在石化行业中的应用

电动机软启动技术在石化行业中的应用

李晨

李晨

（中沙（天津）石化有限公司300270）

摘要：电动机软启动技术起源于上世纪90年代初期，它可以有效地改变电动机的启动特性并保护拖动系统，降低启动冲击，保证电动机可靠运行。本文介绍了软启动的基本原理以及在石化行业中常见的几种软启动方式。

关键词：电动机；软启动；星角启动；变频器

1.引言

在石油化工行业中，电动机的启动性能优劣对日常生产影响很大。因为电动机在全压启动时，由于电机启动力矩的需要，要从电网吸收6-7倍的电机额定电流，对于大功率的电动机来说，其强大的启动电流不仅意味着浪费较多电能，而且会造成较大的线路压降，甚至引起电网电压降低，影响其他用电设备的正常工作，还会对动力变压器也会产生较大的冲击。此外，在停车时，如果直接切断电源，拖动系统会突然失去转矩，依靠系统的摩擦转矩克服系统的惯性自由停车，将给拖动系统带来诸多问题。

2.何为软启动

电动机软启动技术，即通过采用降压、补偿或变频等技术手段，有效地改变电动机的启动特性和保护拖动系统，从而实现电动机及机械负载的平滑启动，降低启动电流对电网的影响程度，使电网和机械系统得以保护，节约电能，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。

软启动与一般正常启动的区别在于，再启动电动机时，可以通过降低加到电动机定子绕组的电压来减小电动机的启动电流。软启动有一定的规定时间，在这个启动时间内，用调压装置将启动电压连续平稳地上升，直至达到额定电压。整个启动过程中，电动机的转矩也是平滑地增大而不是跳跃的，一直到转矩为最大值Mm为止，所以叫软启动。

软启动可分为有级和无级两类，前者的调节是分档的；后者的调节是连续的。早先的软启动均是有级的，如Y/△变换软启动、自耦变压器软启动、电抗器软启动等。无级调节主要有三种：以电解液液阻限流的软启动、以晶闸管为限流器件的晶闸管软启动、以磁饱和电抗器为限流元件的磁控软启动。

3.采用星角启动方式实现软启动

星角启动常用于低压380V且功率较大的电机启动中，且只能用于正常运行时为三角形接法的电动机。电机启动前，通过二次回路将电机定子绕组的初始状态接成星形接法，此时加在电机定子每相绕组的电压为220V。电机启动后，电机的启动电流和启动转矩分别只有全电压启动时的1/3，转动一段时间后，通过二次回路中的切换系统（一般以延时继电器控制，时间不超过一分钟）将电机定子绕组改接成三角形接法，此时加在电机定子每相绕组的电压为380V，电机转为全压运行，从而完成电机的软启动过程。

4.利用变频器实现软启动

变频器也是一种软启动装置，它可以在限流的同时保持高的启动转矩。变频器主要工作原理是利用电力半导体器件的通断作用将频率、电压都固定的交流电源变成频率、电压都连续可调的三相交流电源。按照变换环节有无直流环节可以分为交－交型变频器和交－直－交型变频器。其中，交-直-交型变频器是先将工频交流电源通过整流变为直流电源，然后再利用逆变器将直流电源变换为频率、电压可控制的交流电源供给用电设备。

在石化行业中，选用变频器作为大功率电动机的软启动装置时，通常还需要考虑变频器的调速特性。由公式N=60(1-S)f/P（式中：N表示异步电动机的转速r/min；表示供电电源频率Hz；P表示电机极对数；S表示电机转差率）可知，异步电动机改变定子频率f即可平滑的调节同步转速。但是，随着f的改变，电动机的机械特性也会发生相应的变化。在异步电动机中，已知E=4.44fω1K1φ，如果略去了定子阻抗压降，则U1=E1=4.44fω1K1φ，说明若端电压U1不变，则随着f的升高，气隙磁通φ减小。又从转矩公式：M=CMφI2cosφ2可以看出，Φ的减小势必导致电动机允许输出转矩M的下降，使电机的利用率恶化。同时，电机的最大转矩也将下降，严重时会使电机堵转。若维持端电压U1不变，而减小f，则气隙磁通Φ将增加，这就会使磁路饱和，激磁电流IM上升，导致铁损急剧增加，这也是不允许的。因此在许多场合，要求在调频的同时改变定子电压U1，以维持Φ接近不变。目前在石化装置中使用较为普遍的变频器大多基于此特性，即U/f模式。既保证软启动的要求，又满足工艺调速的需求。

变频器U/f模式特性曲线

5.结语

综上所述，星角启动原理简单、造价低廉，但只能用于正常运行时为三角形接法的电动机。变频器不仅兼顾软启动和调速两种功能于一身，其节能高效的特点也与当今“节能降耗”这一发展主题相适应相匹配，是我国重点推广的一项节能技术，已应用在多种行业的电机设备中，特别是在风机、泵类设备驱动控制场合取得了显著的节电效果。

参考文献

[1]杨洁.大功率设备软启动的方式及优缺点比较.科技信息,2011,04:411.

[2]吴忠志，吴家林.《变频器应用手册》.北京：机械工业出版社，1995.

[3]陈伯时.《电力拖动自动控制系统-2版》.北京：机械工业出版社，2000.