1.软起动器的适用场合
软起动器主要适用在以下场合:①要求降低电动机起动电流的场合;②要求较小配电容量或电动机起动时供电线路维持一定电压的场合;③要求避免出现电动机起动时产生过大转矩冲击的场合;④不允许电动机自由停止的场合,如高层建筑的水泵系统;⑤要求控制起停加速时间的场合;⑥负载经常变化,需要方便地调节起动特性的场合;⑦对起动、制动和运行均有一定要求的场合;⑧需要频繁起停的场合。
选用软起动器需要考虑设备现场的电网容量、设备起动负载的轻重、起动频繁程度等具体条件。对于泵类起动负载较轻的设备,可选择功能简单、价格较低、操作方便的软起动器。因为这类负载根据电动机额定功率,选用样本规定的相同容量的软起动器就能满足需要。对于大型风机、破碎机等起动负载比较重的设备,应该选用起动功能比较多、有转矩起动功能、自身保护比较齐全的软起动器。尤其是功率比较大的设备(200kW以上),最好选用起动功能较全的高性能软起动器。
2.软起动器的使用类型
用户根据自身的应用,在选择软起动器时需要考虑软起动器的使用类型。根据国标GB14048.6—2008的规定,软起动设备的使用类型的定义在前述章节已经给出,共分为六类,而标准使用类型是前四类。四种标准使用类型相应的严酷度等级见表16-22。
表16-22 相应的严酷度等级
表中X表示过电流倍数,Ie表示额定电流,tx表示最小过电流耐受时间,F表示负载因数,S表示每小时操作循环次数。当(XIe)2tx的最大值出现在多于一个XIe值时,采用XIe最大值。FS的最大值出现在多于一个S值时,采用S的最大值。(XIe)2tx的最大值出现在多于一个的截止时间时,采用截止时间最小值。
使用类别AC代表交流电动机。代号的第一位数5表示软起动装置。第二位数代表典型用途,表示的意义前述章节中已经给出。后缀a表示能够实现装置的软起动性能,后缀b表示装置的性能限于tx时间内自截止。
3.机械负载类型和工作制
软起动器的应用不仅与起动器本身有关,还与电动机和负载有关。需要关注电动机、负载的工作制以及负载的类型。
按负载转矩与转速的关系TL=f(n)来划分,负载类型可以分为四类:二次方转矩负载、比例转矩负载、恒转矩负载、恒功率负载。
1)二次方转矩负载的负载转矩与转速的二次方成正比,即TL∝n2。这类负载的特性是,电动机起动时转速低、阻转矩小、易起动。在额定转速附近时,较小的转速变化将使机械转矩有大的变化。工业设备中,这类负载对应的代表机械是离心式水泵和离心式风机。
2)比例转矩负载的负载转矩与转速成正比,即TL∝n。这类负载的代表机械有压延机械、纺织和纸张的压光机械、平整机械、螺旋输出设备等。
3)恒功率负载的负载转矩与转速成反比,即TL∝1/n。车床等机械在粗加工时,切削量大、阻转矩也大、速度低,呈现恒转矩特点。而在精加工时,速度越高,切削量越小,阻转矩也越小,此时负载转矩与速度成反比。恒功率负载是指一定速度范围内,当速度很低时,受机械强度限制,TL不可能无限制增大,在低速区转为恒转矩性质。恒功率负载的代表机械有球磨机、车床、旋转机械、压缩和剥皮机械。
4)恒转矩负载的负载转矩与转速无关,即TL=k,在任何转速下,TL总保持恒定或大致恒定。恒转矩负载多数呈反抗特性,即负载转矩总是与转速方向相反。主要的机械有带式输送机、活塞泵、包装机械等。
负载的工作制有长期工作制,短期工作制和重复周期工作制。
长期工作制根据负载施加方式不同可以分为三类。
1)平稳负载。该类负载转矩长时间不变或变化不大,负载对传动装置的要求简单,只要有足够的起动转矩即可。
2)波动或重复短时负载。负载长期施加,但大小长期波动或周期性重复。该类负载除要求电气传动装置有足够的功率和起动转矩外,还要有足够的过载转矩。
3)短时负载。施加负载时间短,在负载周期中所占比例小。这类负载通常有很大的飞轮力矩,施加负载时,速度略降低,飞轮发出能量做功,电动机功率可适当减少。对电气传动装置的要求是要有足够的起动转矩和过载转矩。(www.xing528.com)
短期工作制下生产机械经常间隔起停或加减速。例如起停式剪切机械要求电动机的起动和过载转矩大于负载转矩。类似于长期工作制的短期负载,但区别在于短期工作制的生产机械对于起制动时间有要求。
重复工作制下负载周期性的起停或加减速间隔时间较短,它除了要求有足够的起制动转矩和过载能力外,还要进行发热校验。电动机的工作制可以分为10类,见表16-23。
表16-23 电动机工作制
这10类工作制中:S1工作制可以按照电动机铭牌给出的连续定额做长期运行。S2工作制中,电动机应在冷态下起动,并在规定时限内运行,短时定额的时限一般为10min、30min、60min、90min。S3、S6工作制每一周期的时限为10min。S3、S4、S5、S6、S8工作制负载持续率为15%、25%、40%、60%。S4、S5、S7、S8工作制每小时起动次数一般为150次、300次或600次,并应给出电动机转动惯量和折算到电动机轴上的全部外加转动惯量。
4.软起动器的结构形式
用户应根据自身应用需求选择相应结构形式的软起动器。如前述章节中所述,软起动器的主电路结构形式分为三相制和两相制。根据安装、防护等因素可以分为:无内置旁路接触器的柜内安装型、内置旁路接触器的柜内安装型、墙挂型、柜型、防爆型、户外型等。墙挂型通常具有较高的防护等级,可以允许直接安装在电气控制盘、柜外部。柜型设备是将软起动器和相应的外围设备按照一定的电路方案完整地安装于电气控制柜内。
5.软起动器的防护等级
软起动设备的防护等级按照国标GB 4208—2008《外壳防护等级(IP代码)》规定,用户可以根据自身对防护等级需求进行设备选取。防护等级由字母加数字表示,例如IP23CS。其中IP为国际防护的英文缩写,2为第一位特征数字(不规定时用X代替),3为第二位特征数字(不规定时用X代替),C为附加字母,S为补充字母。各数字和字母的具体含义见表16-24~表16-27。
表16-24 第一位特征数字所代表的防护等级
表16-25 第二位特征数字所代表的防护等级
表16-26 附加字母代表的防护等级
表16-27 补充字母及其含义
设备防护等级的选择主要从对人身安全的保护、安装场所的环境条件以及设备本身的重要程度等因素来考虑。对于软起动设备通常从防止人身直接接触和防止外来固态侵入出发,一般要求最低防护等级为IP2X,而对于断路器等需要经常接触的设备最低防护等级为IP4X。不同工作场所对各种电控设备的最低防护等级要求见表16-28。
表16-28 不同工作场所要求电控设备的最低防护等级
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