皮帶機(jī)全壓啟動(dòng)改軟啟動(dòng)

張生琦

（海南八所港務(wù)有限責(zé)任公司，海南東方 572600）

0 引言

皮帶機(jī)因具有操作簡單，功耗小，輸送能力較大等優(yōu)勢，廣泛運(yùn)用于各種運(yùn)輸行業(yè)。港口投入使用的皮帶機(jī)多采用全壓啟動(dòng)，存在著許多不足，急需改進(jìn)。下面首先分析其不足之處，然后對比不同啟動(dòng)方式的優(yōu)劣，找出最優(yōu)的改造措施。

1 全壓啟動(dòng)存在的不足

1.1 對電網(wǎng)的影響

一臺(tái)普通的交流電機(jī)在空載全壓啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的（4～7）倍，當(dāng)多臺(tái)電機(jī)同時(shí)全壓啟動(dòng)時(shí)，瞬間會(huì)達(dá)到極高的電流，這種持續(xù)性的高電流會(huì)對電網(wǎng)的供電造成極大的影響。高強(qiáng)度持續(xù)性的電流會(huì)提高電網(wǎng)的負(fù)荷，這種電網(wǎng)電壓突然下降的情況不僅僅會(huì)對其他的負(fù)載設(shè)備產(chǎn)生干擾，還增大了電網(wǎng)產(chǎn)生安全故障的可能性。

1.2 對電機(jī)的影響

電機(jī)全壓啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)從原先的靜止?fàn)顟B(tài)被給予了大量的電流，要為機(jī)器設(shè)備的運(yùn)行提供動(dòng)力，它們內(nèi)部的溫度和摩擦產(chǎn)生的消耗會(huì)讓電機(jī)的使用壽命縮減，而且由于電網(wǎng)的原因，產(chǎn)生的強(qiáng)大應(yīng)力造成電機(jī)中減速齒輪的損耗，從而減少電機(jī)壽命，為整個(gè)企業(yè)帶來損失。

1.3 對機(jī)器設(shè)備的影響

當(dāng)電機(jī)全壓啟動(dòng)時(shí)，機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)矩會(huì)達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的2倍，形成一股很大的沖擊力，對電機(jī)是一個(gè)很大考驗(yàn)。當(dāng)電機(jī)內(nèi)的齒輪從靜止瞬間達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)，這股力會(huì)增大齒輪間的摩擦，嚴(yán)重縮短齒輪的使用壽命。這種全壓啟動(dòng)方式，機(jī)器一開始就是最大功率運(yùn)轉(zhuǎn)，給予的電力甚至?xí)鰴C(jī)器額定電流的數(shù)倍，增加機(jī)器設(shè)備的損耗，維修頻率增加，增加企業(yè)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)的損失。

2 改造措施

2.1 電機(jī)啟動(dòng)方式比較

（1）全壓直接啟動(dòng)。全壓直接啟動(dòng)要求在電網(wǎng)容量和負(fù)載都滿足的情況下，優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，維修費(fèi)用不高。但是這種啟動(dòng)方式比較適用于小功率的電機(jī)。理論上從節(jié)約電能的角度出發(fā)，功率＞11 kW的電機(jī)不適用于此類啟動(dòng)方式。

（2）自耦減壓啟動(dòng)。利用自耦變壓器的多抽頭減壓，優(yōu)點(diǎn)是能夠自己調(diào)節(jié)電路來適應(yīng)不同的負(fù)載需求，同時(shí)還能夠得到更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這種啟動(dòng)方式適用于容量較大的電機(jī)，以此來減輕啟動(dòng)時(shí)的壓力。在其繞組抽頭處于80%時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩就能夠達(dá)到全壓直接啟動(dòng)的64%，而且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩還能夠通過調(diào)節(jié)抽頭的方式來改變，這種啟動(dòng)方式的最大優(yōu)勢在于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩靈活可調(diào)，而且比全壓直接啟動(dòng)更適用于大功率電機(jī)。

（3）Y-Δ啟動(dòng)。星三角減壓啟動(dòng)是針對鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)使用的改良啟動(dòng)方式，如果一個(gè)正常運(yùn)行的定子繞組為三角形接法的鼠籠式異步電機(jī)，在其工作初始狀態(tài)將三角形改繞為星形，等到正常運(yùn)行時(shí)再換回原來三角形的狀態(tài)，就能夠降低啟動(dòng)的電流，減輕啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊。這種方式即是所謂星三角減壓啟動(dòng)，這種方式下啟動(dòng)電流大約占到了原來三角形啟動(dòng)時(shí)的1/3左右，因此其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低為原來的1/3，這個(gè)缺點(diǎn)表明它只適用于無載或是輕載的啟動(dòng)場合。但是相比于其他減壓啟動(dòng)器，它結(jié)構(gòu)最簡單，價(jià)格最低，同時(shí)當(dāng)負(fù)載很輕或是沒有時(shí)，可以不將啟動(dòng)時(shí)改變成星形接法變回原狀，這種狀態(tài)下原先的額定轉(zhuǎn)矩就能夠和此時(shí)的負(fù)載相配對，在節(jié)約電力消耗的基礎(chǔ)上提高電機(jī)效率。

（4）軟啟動(dòng)器。利用可控硅的移相調(diào)壓原理來保證電機(jī)的調(diào)壓啟動(dòng)，啟動(dòng)效果優(yōu)秀，通常使用于大功率的機(jī)器設(shè)備，這種設(shè)備在啟動(dòng)過程中所需要的電壓電流龐大，會(huì)造成較大的電壓降，軟啟動(dòng)器能夠幫助它們減少供電容量同時(shí)保證供電的正常，可以說是大功率機(jī)器設(shè)備必不可少的啟動(dòng)方式。但它的缺點(diǎn)也很明顯，因?yàn)槠渲屑尤肓丝煽毓柙?，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的諧波會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，同時(shí)電網(wǎng)的運(yùn)行波動(dòng)也會(huì)對導(dǎo)通產(chǎn)生一個(gè)反影響，尤其在一個(gè)電網(wǎng)工程中出現(xiàn)多臺(tái)可控硅設(shè)備時(shí)。由此可見，軟啟動(dòng)器中可控硅元件有利有弊，它的故障率較高，而且維修時(shí)對于技術(shù)人員的要求也會(huì)提高，是一種效果好但成本高的啟動(dòng)方式。

（5）變頻器。是現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)的產(chǎn)物，目是技術(shù)含量最高，控制功能最全，控制效果最好的啟動(dòng)裝置。工作原理是通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)的頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，但是當(dāng)下的技術(shù)水平和條件下，這種啟動(dòng)方式顯然無法大量的普及，因此只能運(yùn)用于需要調(diào)節(jié)速度并且對控制速度的要求較高的領(lǐng)域中。

綜上所述，電機(jī)的啟動(dòng)方式各有優(yōu)劣，就使用率來說星三角起動(dòng)和自耦減壓起動(dòng)是應(yīng)用最廣泛的2種方式，由于成本低、維護(hù)簡單，得到了大量工程的垂青，但是想要它們正常的運(yùn)營，需要大量的分立電器元件組裝，而且其中控制線路節(jié)點(diǎn)較多，在環(huán)境比較惡劣的情況下，如潮濕，粉塵多的地方不適用。同時(shí)在技術(shù)升級時(shí)，不方便更換原有的方式，要增加很多元件，改變線路，工作量大，不適用于港口。因此在港口應(yīng)該選擇軟啟動(dòng)器。

2.2 ABB（PSE）系列軟啟動(dòng)器的特點(diǎn)與實(shí)用性

ABB系列的軟啟動(dòng)器有PST（B）智能型系列、PSE易用型系列、PSS通用型系列和PSR緊湊型系列4種，其中PSE易用型系列是這次港口啟動(dòng)器改革所要選擇的類型，適用電機(jī)的電流為（18～370）A，作為全球第一臺(tái)配有轉(zhuǎn)矩控制功能的緊湊型軟啟動(dòng)器，內(nèi)部的電子過載繼電器能夠?qū)﹄姍C(jī)進(jìn)行有效保護(hù)，加上專用于泵類負(fù)載的轉(zhuǎn)矩控制功能。緊湊型的設(shè)計(jì)集很多功能于一體，為顧客的要求提供了全新的啟動(dòng)解決方案。

2.2.1 ABB（PSE）系列的軟啟動(dòng)器的特點(diǎn)

ABB（PSE）系列的軟啟動(dòng)器易于學(xué)習(xí)和使用，安裝維修方便，不會(huì)消耗大量的時(shí)間和精力。其次，傳統(tǒng)的啟動(dòng)方式會(huì)在起動(dòng)過程中產(chǎn)生大量的應(yīng)力，造成電機(jī)和機(jī)器設(shè)備的損耗，使用了ABB（PSE）系列軟啟動(dòng)器會(huì)對起動(dòng)流經(jīng)的電流進(jìn)行優(yōu)化，而且其中的大量的保護(hù)元件都能夠保證電機(jī)的安全，相比全壓啟動(dòng)方式，既節(jié)省了消耗的電流，降低了電網(wǎng)和電機(jī)的損耗和負(fù)擔(dān)，又保護(hù)了電機(jī)，延長了機(jī)器設(shè)備的使用設(shè)備，而且其中集結(jié)的大量其他功能還能夠滿足顧客的其他需求，節(jié)省了時(shí)間和精力。

2.2.2 ABB（PSE）系列的軟啟動(dòng)器的實(shí)用性

鼠籠式電機(jī)啟動(dòng)及停止時(shí)都會(huì)帶來機(jī)械以及電氣沖擊，但是使用ABB（PSE）系列的軟啟動(dòng)器能夠全面解決這類問題。還有一些類似問題都能利用ABB（PSE）系列軟啟動(dòng)器內(nèi)集結(jié)的功能解決，如水泵電機(jī)啟動(dòng)停止時(shí)管道內(nèi)的水壓波動(dòng)問題；啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)傳動(dòng)皮帶打滑和軸承應(yīng)力過大的問題；還能夠減少壓縮機(jī)、離心機(jī)、攪動(dòng)機(jī)等設(shè)備在運(yùn)行時(shí)對齒輪箱和傳送皮帶的應(yīng)力。通過ABB（PSE）系列軟啟動(dòng)器的過渡，皮帶機(jī)啟動(dòng)時(shí)不再像往常一般全壓進(jìn)行，整個(gè)運(yùn)輸過程也會(huì)變得平緩，解決了輸送帶啟動(dòng)或是停止時(shí)，由于皮帶機(jī)的顛簸導(dǎo)致的物品損壞的問題，不僅僅保護(hù)了電機(jī)，還保證了運(yùn)輸物品的安全。由全壓啟動(dòng)帶來的巨大的電壓差對其他負(fù)載產(chǎn)生的干擾也會(huì)得到一定的緩和，最重要的在于這種啟動(dòng)方式能夠延長設(shè)備的使用壽命，減少維修的次數(shù)或是由于故障停機(jī)給整個(gè)企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

3 改造效果

本次改造港口共4條皮帶機(jī)系統(tǒng)，每條皮帶機(jī)系統(tǒng)由3條皮帶機(jī)組成，鼠籠式電機(jī)功率分別為45 kW，90 kW和55 kW，都是大功率皮帶機(jī)。采用ABB（PSE）系列中的ABB（PSE18～PSE370）中的一款軟啟動(dòng)器替代原全壓啟動(dòng)方式能同事解決幾個(gè)問題。①全壓啟動(dòng)給電網(wǎng)，電機(jī)和機(jī)器設(shè)備帶來的影響在軟啟動(dòng)器的幫助下，能夠讓電壓平緩的上升和下降，不會(huì)產(chǎn)生由突升突降的巨大電壓差造成的巨大應(yīng)力影響電機(jī)、機(jī)器設(shè)備，甚至影響到運(yùn)輸帶上的物品。②由于港口的潮濕氣候，有些減壓的啟動(dòng)機(jī)器無法適應(yīng)，而軟啟動(dòng)器受到的影響較小，不需要經(jīng)常檢查和維修。軟啟動(dòng)機(jī)的價(jià)格雖然比全壓動(dòng)機(jī)器昂貴一些，但是它所帶來的好處絕對超過了多出的這一點(diǎn)價(jià)格，相比于變頻器之類便宜不少，整體來說是有性價(jià)比的改造。③軟啟動(dòng)器不僅保證了運(yùn)輸帶上物品的完整性，還減少了原啟動(dòng)方式對電網(wǎng)、電機(jī)和機(jī)器設(shè)備造成的損耗，等于減少了檢查和維修所消耗的財(cái)力、物力和人力，為企業(yè)節(jié)省了費(fèi)用。

雖然有比軟啟動(dòng)器更適合大功率電機(jī)的自耦減壓啟動(dòng)和星三角型減壓啟動(dòng)，及更加高級的變頻器，但港口的潮濕環(huán)境自耦減壓和星三角減壓不適應(yīng)，變頻器的控制速度也不是港口皮帶機(jī)所需要的，而且變頻器的價(jià)格昂貴，因此，使用軟啟動(dòng)器是適合港口實(shí)際情況的改進(jìn)措施，也是收益最大的選擇。

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