摘 要 文章回顧了2007年前的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與保護(hù)方式的狀況，對(duì)2008年的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與保護(hù)應(yīng)用情況進(jìn)行了展望。 關(guān)鍵詞 傳統(tǒng)方式 硬啟動(dòng) 軟啟動(dòng) 完善保護(hù) 液態(tài)電阻 1、前言 傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式多以自耦減壓、星—三角啟動(dòng)為主，而后者的使用場(chǎng)合是有條件的，即它必須在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不太大的情況下才能使用。近年來，低壓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)發(fā)展成為電子式的軟啟動(dòng)和變頻器啟動(dòng)，高壓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)也發(fā)展成為了以液體電阻降壓方式為主的啟動(dòng)，還有一部分采用了高壓變頻器啟動(dòng)；低壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)以往主要是采用帶斷相保護(hù)的熱繼電器來作過載保護(hù)兼作缺相保護(hù)，高壓保護(hù)則采用傳統(tǒng)的繼電器來實(shí)現(xiàn)過流、過載、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)，一般情況下能較好地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與保護(hù)。 2、對(duì)2007年啟動(dòng)和保護(hù)方式的回顧 2007年，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式已經(jīng)從傳統(tǒng)的以自耦減壓、星—三角啟動(dòng)等硬啟動(dòng)為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橛矄?dòng)和軟啟動(dòng)各占一半的情況，保護(hù)方式也正在不斷完善，已由傳統(tǒng)的熱元件保護(hù)，發(fā)展成為新型電子式的各種功能齊全的保護(hù)，這在技術(shù)上則是一種較快的進(jìn)步。 2.1硬啟動(dòng)方式的現(xiàn)狀 以往的硬啟動(dòng)方式，如自耦減壓、星—三角啟動(dòng)等具有電路簡(jiǎn)單，維修方便，一次性成本投入較低等優(yōu)點(diǎn)，但它們的啟動(dòng)電流仍然較大，對(duì)電動(dòng)機(jī)及所帶的機(jī)械設(shè)備仍然存在較大的沖擊，雖然提供了兩種啟動(dòng)抽頭電壓可以根據(jù)實(shí)際負(fù)載狀況選擇，但若是在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的情況下，選擇較低電壓抽頭時(shí)，它的啟動(dòng)過程不能完成，即啟動(dòng)電流始終降不下來；若選用較高電壓檔，則它的啟動(dòng)電流較大，對(duì)電動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)的沖擊較大，常易造成電動(dòng)機(jī)及變壓器的絕緣被擊穿、電網(wǎng)的某些主開關(guān)易誤跳閘，使電網(wǎng)的某些保護(hù)參數(shù)的整定成為難題，啟動(dòng)器的關(guān)鍵器件交流接觸器也比較容易被燒壞。尤其是傳統(tǒng)的國(guó)標(biāo)硬啟動(dòng)器的二次控制電路采用的是由一只時(shí)間繼電器來實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)與運(yùn)行的自動(dòng)切換，長(zhǎng)此以往，這只時(shí)間繼電器出現(xiàn)故障后，就不能起到自動(dòng)切換的作用。這樣，長(zhǎng)期處于啟動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)由于欠電壓運(yùn)行會(huì)造成過載而受損，而且自耦減壓線圈由于不能退出運(yùn)行，長(zhǎng)期通過運(yùn)行電流，也會(huì)燒毀，從而影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。這種硬啟動(dòng)，在早期的啟動(dòng)方式中采用較多，主要是其成本較低，而軟啟動(dòng)的成本較高。所有的硬啟動(dòng)中采用的傳統(tǒng)保護(hù)一般是帶斷相保護(hù)功能的熱繼電器來實(shí)現(xiàn)過載和斷相保護(hù)，它有很多缺陷，已經(jīng)成為一種即將被淘汰的啟動(dòng)和保護(hù)方式。 2.2軟啟動(dòng)的基本情況 近年來，電子式軟啟動(dòng)的方式已經(jīng)成為替代硬啟動(dòng)的一種成功的方式。它具有啟動(dòng)電流小，連續(xù)平滑啟動(dòng)和加速，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩由小到大連續(xù)變化的優(yōu)點(diǎn)，并且還比硬啟動(dòng)增加了幾種實(shí)用的保護(hù)，較好地解決了傳統(tǒng)的啟動(dòng)和保護(hù)中存在的問題。 軟啟動(dòng)器是一種集電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電動(dòng)機(jī)控制裝置，其主要組成部分是串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電動(dòng)機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可以適應(yīng)不同負(fù)載電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。 變頻器也是一種軟啟動(dòng)方式，但它比普通軟啟動(dòng)具有更多的優(yōu)越性：不但可以實(shí)現(xiàn)緩慢的軟啟動(dòng)，具有較好的節(jié)能作用，而且還能與其它自控器件有效地組合，組成成熟的自動(dòng)控制系統(tǒng)；其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟啟動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，其輸出只改變電壓并不改變頻率。變頻器具備所有軟啟動(dòng)器的功能，但它的價(jià)格比軟啟動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。 運(yùn)用于串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間的軟啟動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電動(dòng)機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至啟動(dòng)結(jié)束，賦予電動(dòng)機(jī)全電壓，即為軟啟動(dòng)。在軟啟動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。一般情況下，軟啟動(dòng)器的工作原理有以下幾種啟動(dòng)方式。 2.2.1斜坡升壓軟啟動(dòng) 這種啟動(dòng)方式最簡(jiǎn)單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管導(dǎo)通角，使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。其缺點(diǎn)是由于不限流，在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，有時(shí)要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對(duì)電網(wǎng)影響較大，很少在實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用。 2.2.2斜坡恒流軟啟動(dòng) 這種啟動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的初始階段啟動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至啟動(dòng)完畢。在啟動(dòng)過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)時(shí)間短。該啟動(dòng)方式是應(yīng)用最多的啟動(dòng)方式，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的啟動(dòng)。 2.2.3階躍啟動(dòng) 開機(jī)時(shí)以最短時(shí)間使啟動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，即為階躍啟動(dòng)。通過調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速啟動(dòng)的效果。 2.2.4脈沖沖擊啟動(dòng) 在啟動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)，以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，連入恒流啟動(dòng)。該種方式在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動(dòng)場(chǎng)合。 3、對(duì)2008年啟動(dòng)與保護(hù)方式的展望 2008年的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)將以電子式軟啟動(dòng)方式為主，同時(shí)適當(dāng)采用變頻啟動(dòng)，高壓?jiǎn)?dòng)還要逐步推廣使用新型的液態(tài)電阻減壓?jiǎn)?dòng)，新建工程中將基本淘汰硬啟動(dòng)，對(duì)原有的部分硬啟動(dòng)要根據(jù)實(shí)際情況來作出維護(hù)和改造計(jì)劃，條件成熟時(shí)要逐步以軟啟動(dòng)器替代。 3.1軟啟動(dòng)與傳統(tǒng)減壓?jiǎn)?dòng)方式的比較 籠型電動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的減壓?jiǎn)?dòng)方式有星——三角啟動(dòng)、自耦減壓?jiǎn)?dòng)、電抗器啟動(dòng)等。這些啟動(dòng)方式都屬于有級(jí)減壓的硬啟動(dòng)，存在明顯缺點(diǎn)，即啟動(dòng)過程中出現(xiàn)二次沖擊電流。軟啟動(dòng)與傳統(tǒng)減壓?jiǎn)?dòng)方式的不同之處如下。 3.1.1無沖擊電流 軟啟動(dòng)器在啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，通過逐漸增大晶閘管導(dǎo)通角，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值。 3.1.2恒流啟動(dòng) 軟啟動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制，使電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中保持恒流，確保電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)。 3.1.3啟動(dòng)電流的調(diào)節(jié) 根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的啟動(dòng)電流。 3.1.4實(shí)現(xiàn)軟停車 電動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)，傳統(tǒng)的控制方式都是通過瞬間停電完成的，但在許多應(yīng)用場(chǎng)合中，不允許電動(dòng)機(jī)瞬間關(guān)機(jī)。如為高層建筑大樓供水的水泵系統(tǒng)，如果瞬間停機(jī)就會(huì)產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使管道甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應(yīng)，需要電動(dòng)機(jī)逐漸緩慢停機(jī)，即軟停車。在泵站中，采用軟啟動(dòng)器能滿足這一要求，應(yīng)用軟停車技術(shù)可避免泵站的“拍門”損壞，減少維修費(fèi)用和維修工作量。 軟啟動(dòng)器中的軟停車功能是晶閘管在得到停機(jī)指令后，從全導(dǎo)通逐漸地減小導(dǎo)通角，經(jīng)過一定時(shí)間過渡到全關(guān)閉的過程。停車的時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要可在0～120s之間調(diào)整。 3.1.5實(shí)現(xiàn)輕載節(jié)能 籠型異步電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)載，其運(yùn)行中的電流滯后于電壓。如電動(dòng)機(jī)工作電壓不變，處于輕載時(shí)的功率因數(shù)較低；處于重載時(shí)，則功率因數(shù)較高。軟啟動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)在輕載時(shí)，通過降低電動(dòng)機(jī)端電壓，提高功率因數(shù)，減少電動(dòng)機(jī)的銅耗、鐵耗，達(dá)到輕載節(jié)能的目的；負(fù)載重時(shí)，則自動(dòng)提高電動(dòng)機(jī)端電壓來確保電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。 3.2軟啟動(dòng)的保護(hù)功能 軟啟動(dòng)的保護(hù)功能比傳統(tǒng)硬啟動(dòng)器的保護(hù)功能好很多。 3.2.1過載保護(hù)功能 軟啟動(dòng)器引進(jìn)了電流控制環(huán)，因而可以隨時(shí)跟蹤檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流的變化狀況。通過增加過載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式，實(shí)現(xiàn)了過載保護(hù)功能，使電動(dòng)機(jī)過載時(shí)，關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 3.2.2缺相保護(hù)功能 工作時(shí)，軟啟動(dòng)器隨時(shí)檢測(cè)三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護(hù)反應(yīng)。 3.2.3過熱保護(hù)功能 通過軟啟動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 3.2.4其它功能 軟啟動(dòng)器與其它保護(hù)元件組合，可以實(shí)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)保護(hù)等功能。另外，通過電子電路的組合，還可在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它各種聯(lián)鎖保護(hù)。 3.3軟啟動(dòng)MCC控制柜 MCC（MotorControlCenter）控制柜，即電動(dòng)機(jī)控制中心。軟啟動(dòng)可以方便地組成MCC控制柜，它由以下幾部分組成：①輸入端的斷路器；②軟啟動(dòng)器（包括電子控制電路與三相晶閘管）；③軟啟動(dòng)器的旁路接觸器；④二次側(cè)控制電路（完成手動(dòng)啟動(dòng)、遙控啟動(dòng)、軟啟動(dòng)及直接啟動(dòng)等功能的選擇與運(yùn)行），有電壓、電流顯示和故障、運(yùn)行、工作狀態(tài)等指示。 大多數(shù)軟啟動(dòng)器在晶閘管兩側(cè)有旁路接觸器觸頭，其優(yōu)點(diǎn)是：①控制柜具有兩種啟動(dòng)方式（直接啟動(dòng)、軟啟動(dòng)）；②軟啟動(dòng)結(jié)束，旁路接觸器閉合，使軟啟動(dòng)器退出運(yùn)行，直至停車時(shí)再次投入。這樣既延長(zhǎng)了軟啟動(dòng)器的壽命，又使電網(wǎng)避免了諧波污染，還可減少軟啟動(dòng)器中的晶閘管發(fā)熱損耗。 3.4軟啟動(dòng)MCC控制柜的擴(kuò)展功能 將軟啟動(dòng)MCC控制柜進(jìn)一步加以組合，可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)合功能。將兩臺(tái)控制柜加上控制邏輯，可以組成“一用一備方案”，用于大樓的消防系統(tǒng)與噴淋泵、生活泵等系統(tǒng)。如果配上PLC（可編程序控制器），則可以實(shí)現(xiàn)消防泵定時(shí)（如半個(gè)月）自動(dòng)檢測(cè)，定時(shí)自動(dòng)關(guān)閉；加上相應(yīng)的控制邏輯，則可以對(duì)消防泵及各個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常實(shí)施監(jiān)控。在平時(shí)，定時(shí)低速低水壓（不出水）運(yùn)行；在滅火時(shí)，則實(shí)施全速滿載運(yùn)行。將若干臺(tái)電動(dòng)機(jī)加上控制邏輯組合，可以組成生活泵系統(tǒng)或其它專用系統(tǒng)，按需要量逐次打開各臺(tái)電動(dòng)機(jī)，也可逐次減少電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)最佳效率運(yùn)行。還可以根據(jù)客戶要求，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)每次自動(dòng)轉(zhuǎn)換運(yùn)行，使各臺(tái)電動(dòng)機(jī)都處于同等的運(yùn)行壽命期。 3.5軟啟動(dòng)器的應(yīng)用場(chǎng)合 籠型異步電動(dòng)機(jī)原則上凡運(yùn)行中不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用。目前的應(yīng)用范圍是交流380V（也可660V），電動(dòng)機(jī)功率從幾kW到800kW；軟啟動(dòng)器特別適用于各種泵類或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟啟動(dòng)與軟停車的場(chǎng)合；同樣對(duì)于變負(fù)載工況，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場(chǎng)合，應(yīng)用軟啟動(dòng)器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果，當(dāng)然，這種情況下應(yīng)用變頻器來啟動(dòng)則節(jié)能效果更為顯著。 籠型異步電動(dòng)機(jī)原則上凡運(yùn)行中不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用。目前的應(yīng)用范圍是交流380V（也可660V），電動(dòng)機(jī)功率從幾kW到800kW；軟啟動(dòng)器特別適用于各種泵類或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟啟動(dòng)與軟停車的場(chǎng)合；同樣對(duì)于變負(fù)載工況，電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場(chǎng)合，應(yīng)用軟啟動(dòng)器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果，當(dāng)然，這種情況下應(yīng)用變頻器來啟動(dòng)則節(jié)能效果更為顯著。 3.6高壓液態(tài)電阻減壓?jiǎn)?dòng) 高壓液態(tài)電阻減壓?jiǎn)?dòng)的方式已在近年來得到了廣泛的使用，但它又有了新的發(fā)展，其產(chǎn)品的性能也得到了不斷的改進(jìn)。 3.6.1 QXQ-S高壓鼠籠（含繞線）電動(dòng)機(jī)液阻調(diào)速裝置 液態(tài)（液阻、水電阻）啟動(dòng)高壓鼠籠電動(dòng)機(jī)技術(shù)與高壓變頻器、開關(guān)變壓器式軟啟動(dòng)及傳統(tǒng)高壓電抗器軟啟動(dòng)，相比較具備很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)在智能控制技術(shù)成熟、維護(hù)少、價(jià)位低。以往的高壓鼠籠電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備雖然可實(shí)現(xiàn)軟起軟停，但缺點(diǎn)是均解決不了頻繁軟啟/停與工作中的節(jié)能調(diào)速運(yùn)行，這主要是因?yàn)槟蛪骸⒔^緣、溫升、自動(dòng)控制等問題難以解決。 3.6.2 QXQ—S系列調(diào)速裝置的調(diào)速性能特點(diǎn) （1）主要由液阻系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。 （2）節(jié)能率可達(dá)20%～50%，可現(xiàn)場(chǎng)操作,又可遠(yuǎn)距離控制，可實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通訊，運(yùn)行安裝機(jī)動(dòng)靈活。 （3）繼電器型、PLC型、單片機(jī)控制型三種類型的調(diào)速器,各具特色，也可滿足不同行業(yè)客戶的需要。與其它調(diào)速方式相比具有卓越的性能，操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。 （4）兼有液體電阻啟動(dòng)器軟啟動(dòng)、軟停車功能，可直接方便的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，特別是高壓鼠籠電動(dòng)機(jī)。 （5）廣泛用于鋼鐵、石化、冶金、電力、建材、水利，糧食加工。制藥等行業(yè)的風(fēng)機(jī)、水泵、磨機(jī)、軋鋼等電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，其電氣性價(jià)比變頻器高。 2008年，高壓電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)仍然配合機(jī)械設(shè)備采用的液力耦合調(diào)速裝置為基礎(chǔ)，以常規(guī)的液態(tài)電阻和變頻器啟動(dòng)為根本，逐步推廣QXQ—S系列高壓鼠籠（含繞線）電動(dòng)機(jī)液阻調(diào)速裝置；高壓電動(dòng)機(jī)的保護(hù)將全面采用功能齊全的微機(jī)保護(hù)，使新產(chǎn)品能得以廣泛應(yīng)用。 4、結(jié)束語 2008年，我國(guó)工業(yè)企業(yè)的電氣啟動(dòng)與保護(hù)的方式，將在總結(jié)2007年以前成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，逐步推廣使用新的技術(shù)，以此進(jìn)一步保持電氣設(shè)備啟動(dòng)、運(yùn)行過程的安全、可靠和穩(wěn)定，不斷促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的持續(xù)、快速、協(xié)調(diào)和健康發(fā)展。