交流鼠籠異步電動機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單,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,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)備在起動過程中,將產(chǎn)生較大的起動電流,造成較大的電壓降。因此恰當(dāng)?shù)剡x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(lǐng)域的應(yīng)用中將具有廣闊前景。

一、民用建筑中水泵等動力設(shè)備的啟動方式的比較

眾所周知,鼠籠式異步電機(jī)采用全壓起動時起動電流大,起動時間長的。當(dāng)電機(jī)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(tǒng)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(shè)備的正常工作,甚至使柴油發(fā)電機(jī)組熄火停機(jī)。同時由于起動轉(zhuǎn)矩較大,將對負(fù)載產(chǎn)生沖擊,增加傳動部件的磨損和額外維護(hù)。所以當(dāng)電機(jī)的容量較大(一般為超過電源容量的20%—30%時)均采用降壓起動。

傳統(tǒng)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(chǎn)生數(shù)倍額定電流的尖峰電流(二次沖擊電流),此電流將對配電系統(tǒng)造成沖擊,同時產(chǎn)生的破壞性的動態(tài)轉(zhuǎn)矩會引起水泵電機(jī)的機(jī)械震動,對電機(jī)的轉(zhuǎn)子、中間齒輪等非常有害,并使供電線路電耗增大。

軟啟動器也是降壓起動器的一種。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機(jī)上,使電動機(jī)按預(yù)先設(shè)定的方式和參數(shù)進(jìn)行漸進(jìn)地加速,實現(xiàn)軟起動。可見采用軟起動器可以對大電機(jī)實現(xiàn)平滑、均勻穩(wěn)定的起動,避免大電機(jī)起動時對電網(wǎng)的沖擊,減少機(jī)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(shè)備控制中的應(yīng)用

軟起動器具有軟起動,軟停止,泵控制,定時低速運(yùn)行等多種功能。因此,在民用建筑領(lǐng)域的動力設(shè)備控制中具有傳統(tǒng)降壓起動器不可比擬的優(yōu)越性。下面以某高層建筑中的消防泵為例,分析軟起動器在消防泵的起動及運(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軟起動器。

1、軟起動 如前所述,在起動時間ts內(nèi),電機(jī)的端電壓從設(shè)定的初始值逐漸增長至滿壓,電機(jī)是平滑、無級地加速。同時起動時間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)的瞬時脫扣器在電機(jī)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(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、過載保護(hù)功能 一般電機(jī)的過載保護(hù)是通過熱元件來實現(xiàn)的。熱元件在電動機(jī)起動的過程中很難避開電機(jī)的起動電流而產(chǎn)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(hù)形同虛設(shè)。而軟起動器內(nèi)置的過載保護(hù)功能是根據(jù)I2t算法用電子裝置來完成的。它可根據(jù)起動負(fù)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(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)置過載保護(hù)功能的軟起動器可以省去熱繼電器,使控制柜內(nèi)布線更簡單,迅速。

4、參數(shù)測試功能 可通過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)行過程中的各種參數(shù)。

5、消防水泵定期自動試機(jī) 由于消防水泵屬消防應(yīng)急設(shè)施,平常時長期處于不使用狀態(tài),容易出現(xiàn)泵卡死的現(xiàn)象。一旦火災(zāi)發(fā)生時如果無法正常運(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,宜采取定期自動試機(jī)、自動檢測措施。”該軟起動器具有的定時低速運(yùn)行功能,可根據(jù)用戶設(shè)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(jī)、自動檢測的作用,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)的降壓起動方式將很難對消防水泵定期自動試機(jī)。

三、民用建筑動力設(shè)備控制中采用軟起動器時應(yīng)注意的問題

1、有的軟起動器具有多種內(nèi)置的保護(hù)功能,如失速及堵轉(zhuǎn)測試、相間平衡、欠載保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)等,對電機(jī)而言起到了進(jìn)一步的保護(hù)作用。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體情況通過編程來選擇保護(hù)功能或使某些保護(hù)功能失效。《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB50054-95第4.3.5條規(guī)定:“突然斷電比過負(fù)載造成的損失更大的線路,其過負(fù)載保護(hù)應(yīng)作用于信號而不應(yīng)作用于切斷電路。”在前面提到的消防泵控制系統(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,最重要的問題是消防泵能地運(yùn)轉(zhuǎn)打水到消防管網(wǎng)中,而對消防泵電機(jī)的保護(hù)就不是重要問題。所以上面提到的某些保護(hù)功能可以通過編程使它失效,或者使保護(hù)動作于信號而不是作于使消防泵電機(jī)停機(jī)。前面提到的過載保護(hù)功能也只應(yīng)動作于信號。

2、支路保護(hù) 由于軟起動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(自動空氣開關(guān)的開斷時間較長,為0.1秒,不能有效地保護(hù)晶閘管)。設(shè)計時可依據(jù)廠家提供的產(chǎn)品樣本,根據(jù)軟起動器的額定電流選擇相應(yīng)的快熔斷器。

3、當(dāng)軟起動器使電機(jī)制動停機(jī)時,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。如果此時檢修軟起動器之后的線路、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,它們對電網(wǎng)的質(zhì)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(dāng)軟起動器功率較大或者臺數(shù)較多時,產(chǎn)生的高次諧波將對電網(wǎng)造成不良的影響并對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備產(chǎn)生干撓。此時可裝設(shè)旁通接觸器(詳見圖三)。在軟起動器使電機(jī)平穩(wěn)起動至正常轉(zhuǎn)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(dǎo)通狀態(tài),減少高次諧 波對電網(wǎng)及電子設(shè)備的干撓。

5、軟起動器在通過電流時將會產(chǎn)生熱耗散,安裝時應(yīng)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(dāng)軟起動器額定電流較大時,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。

四、結(jié)語

總之,軟起動器是一種新型的、性能優(yōu)良的起動裝置,是交流異步電機(jī)起動器的首選產(chǎn)品。但是由于目前的軟起動器主要為進(jìn)口產(chǎn)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(shù)業(yè)主難于接受。現(xiàn)在國內(nèi)的生產(chǎn)廠家如湖南開利公司等也紛紛推出自己的產(chǎn)品。希望將有越來越多價廉物美的產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上,以使軟起動器能夠取代傳統(tǒng)的起動器在民用建筑領(lǐng)域中迅速推廣應(yīng)用并發(fā)揮效益。