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?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。
一、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(jiàn)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。
二、軟起動(dòng)器在民用建筑動(dòng)力設(shè)備控制中的應(yīng)用
軟起動(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(kāi)關(guān)之間的配合,防止空氣開(kāi)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(kāi)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。”該軟起動(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)。
三、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、有的軟起動(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。《低壓配電設(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。”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(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(méi)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(kāi)關(guān)的開(kāi)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(méi)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(詳見(jiàn)圖三)。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。
四、結(jié)語(yǔ)
總之,軟起動(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。如前面提到的A—B公司的150-B240NBD軟起動(dòng)器價(jià)格在2萬(wàn)元以上,多數(shù)業(yè)主難于接受。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家如湖南開(kāi)利公司等也紛紛推出自己的產(chǎn)品。希望將有越來(lái)越多價(jià)廉物美的產(chǎn)品出現(xiàn)在市場(chǎng)上,以使軟起動(dòng)器能夠取代傳統(tǒng)的起動(dòng)器在民用建筑領(lǐng)域中迅速推廣應(yīng)用并發(fā)揮效益。
