软启动器及其在煤矿生产中的应用

摘要：本文介绍了软启动器的原理和特点，并介绍了它的功能，即软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能。最后举例说明了软启动器在煤矿生产中的应用。

关键词：煤矿；起动方式；软启动器；功能；应用

Abstract: this paper introduces the principle of the soft starter and characteristics, and introduces its function, namely, soft soft start, stop and energy saving and light load of protection function. The last illustrates the soft starter in coal mine production application.

Keywords: coal; Start-up mode; The soft starter; Function; application

中图分类号：O741+.2文献标识码：A 文章编号：

0引言

电动机全压起动是最简单、最经济、最可靠的起动方式，但其直接起动的电流通常约为额定电流的5～7倍。当电动机功率较大时，直接起动的浪涌电流会对电网造成很大的冲击，影响同一电网中其他负载的工作。因此考虑到电网及变电所供配电设备的限制，大多数的大功率电动机都采取降压起动以限制起动电流。

传统的降压起动方式有：Y一换接起动、串电阻(电抗)器起动、自耦补偿器起动、延边三角形起动等。以上的几种降压起动方式虽然电压降有所减小，但其起动电压均为跳跃式加入，起动电流也会对电网及供配电设备造成一定的冲击，对电动机及负载都会带来一定的损害，影响它们的使用寿命。

从二十世纪八十年代开始，国内有不少研究机构开发研制了软起动技术，这种技术的出现较好地解决了上述的一些问题，随着软起动技术的逐步推广使用，出现了各种软启动器。

1软启动器的原理及分类

软启动器是一种新的电动机控制装置，它可以实现电动机的软起动、软停车，还可以实现轻载节能及多种保护功能。它的基本结构是串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。通过参数设定，CPU控制晶闸管的导通角，从而控制软起动器的输出电压和电流，使被控电动机的输入电压按不同的要求而发生变化，从而实现不同的功能。

软启动器分为四类：固态晶闸管软启动器、液态软启动器(俗名叫液阻柜、水阻柜)、磁控软启动器和变频调速启动器。

2软启动器的功能

2．1软起动

在电动机的起动过程中，通过软启动器的电子控制电路对晶闸管的导通角进行控制，使电动机的输入电压从零以设定的函数关系逐渐上升，直至起动过程结束，给电动机加以全电压，即为软起动。在软起动过程中，电动机的起动电流和起动方式均可按照要求任意进行选择与调整，使电动机始终处于最佳的起动过程，起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加，同时减少起动过程中的功率损耗。交流电动机的软起动主要有以下几种方式：

2.1.1斜坡电压软起动。这种软起动方式是最简单的。早期的软启动器多数以起动电压为控制对象进行控制，整个起动过程中仅控制晶闸管的导通角，使电压与时间成一定的函数关系增加，而不具备电流闭环的控制。其缺点是，在电动机的起动过程中，电流不加限制，有时会产生较大的冲击性电流，不仅损坏晶闸管，而且对电网也有较大的影响，因此实际已很少应用。

2.1.2脉冲恒流起动。起动开始有一个较大的冲击电流，以产生较大的冲击转矩去克服负载较大的阻转矩，使设备能够起动；然后进入恒流起动阶段，直至起动过程结束。冲击电流的大小和维持时间是可以任意设定的。这种起动方式适用于重载起动的场合，如皮带输送机。

2.1.3恒流软起动。开机后以最短时间使起动电流迅速达到设定值并保持恒定，直至起动过程结束，即在整个起动过程中限定起动电流。电流的限定值通常在电动机额定电流的1．5倍～4．5倍之间选择。通过改变限定值的大小，可以控制电动机的起动时间。这种方式一般适用于惯性大的负载快速起动。

2.1.4斜坡恒流软起动。在电动机的起动初期使电流以一定速率平稳增加，当起动电流达到设定值后保持恒定直至起动过程结束。起动电流的上升变化率和恒流值都是可以任意设定的，一般根据负载情况与生产要求来设定。这种软起动方式实际中应用最多，尤其适用于风机类、泵类负载的起动。

2．2轻载节能

电动机在空载或轻载运行时功率因数和效率都比较低，但软启动器可解决上述问题。通过监测电动机负载的变化，使软启动器根据变化来改变晶闸管的导通角，这样电动机的工作电压在空载或轻载时会自动降低，从而减少损耗，提高功率因数，达到轻载节能的目的。

2．3软停车

在高层建筑的供水系统中，电动机的瞬间停车将会产生巨大的“水锤”效应，使管道及水泵遭到破坏。因此拖动水泵类负载的电动机在停车时，常常通过电子控制电路使晶闸管经过0～120 s的延时从全导通状态逐渐过渡到全关闭状态，从而实现电动机的安全停车。

2．4故障检测及保护

软起动器引入电流闭环系统后，可以通过检测电动机电流的变化，对过载、缺相等故障发出报警，并作出相应保护，从而大大提高了电动机工作的可靠性。

3软启动器在煤矿生产中的应用举例

软启动器工作安全、可靠，体积小、价格低、免维护，给用户带来很大的方便，在煤矿的应用也日益广泛。

3．1在排水水泵上的应用

井下排水也是煤矿生产中的主要工作之一。排水系统是煤矿生产中的耗电大户，占全部生产用电的13％一18％。因此有效地控制排水系统，使其高效低耗、经济可靠地运行对煤矿安全生产意义重大。近年来，随着煤矿开采深度的增加，许多煤矿需要进行改扩建，井下用电负荷量成倍增长，但由于已经形成的地面供电系统容量小，往往难以满足像高压排水泵等井下大功率(1 000 kw以上)高压电机的起动要求。

采用软启动器控制高压排水泵有明显的技术优势，在排水泵运行过程中使用软启动器，具有起动电流小、起动速度平稳、起动性能可靠、对电网冲击小等优点，同时它还具有软停机、低速制动、轻载节能及多种保护功能，为矿井排水系统的安全可靠性运行提供了保障。

3．2在通风机上的应用

煤矿因生产的特殊性，巷道的通风系统在煤矿的安全生产中起着至关重要的作用。矿井巷道的通风是否顺畅，风量的足否都直接的关系到矿山的安全生产。而随着开采及掘进的不断延伸，巷道延长，所需的风量也将不断增加，风机的功率也将加大。四季的交替，冷热的变化，所需的风量也需不断调节。传统的调节系统，是根据风量所需的多少，靠调节风门来实现的，不但浪费电能，调节起来也不方便。原电控系统一般采用直接或降压起动，对大功率电机(一般在55 kW以上)来说，起动时间长，起动电流大，对电网也造成较大的冲击，甚至引起供电系统跳闸。而且对电机的各种保护也不齐全，很容易烧毁电机。

风机可以借助于软启动器或者变频器完成其起动过程。目前由于变频器价格比较高，所以软启动器就发挥了它的优点。软启动器不但能实现平稳起动，而且调节风量时节能效果也显著，同时还集成了很多保护功能，比如缺相、过流、短路、三相电流不平衡等保护功能。这不仅大大提高了矿井生产的安全性，降低了生产成本，提高了自动化程度，而且节省了资金方便工人使用。

4结束语

随着电动机软启动技术和电力电子器件的不断发展，出现了各种不同的电动机软起动方式，例如磁控软起动、SCR软起动和液阻软起动等等。现在人们为了控制方便，往往将软启动器、开关、控制电路以及计量设备等设计在一个整体安装的柜体中，构成电动机控制中心(M0tor Control Center)，简称MCC，以实现对电动机的各种控制及故障的监测和报警。软启动器可以和可编程控制器(PLC)组合，使电动机的控制更加方便、可靠和灵活，实现控制的数字化；还可以和计算机网络技术相结合，使电动机的控制智能化和网络化。随着煤矿各种监测监控系统的逐步建立，煤矿企业的自动化水平不断提高，人们现在可以在中央控制室里检测和控制井下的风机、水泵等设备。

参考文献

[1]李艳丽．隔爆高压电软启动器在煤矿井下的应用[J].西北煤炭，2008，03．

[2]许军．软起动器在煤矿的应用[J]．陕西煤炭，2008，04．