某烧结工程主抽风机软起动过程分析

张水龙

（中冶华天工程技术有限公司安徽马鞍山243005）

某烧结工程主抽风机软起动过程分析

张水龙

（中冶华天工程技术有限公司安徽马鞍山243005）

结合具体工程实例详细分析了同步电动机在起动过程中的特性。利用起动过程中的电流变化，配合软起动设备性能，风机选择重起动方式，完成大风机起动。

同步电机软起动分析

同步机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高、对电网有无功补偿作用等独特的特点［1］。在现代钢铁企业中大功率传动领域独占鳌头，是驱动大型风机、轧机、压缩机的首选机型。在烧结工程中基本上是选择同步电机来作为主抽风机的驱动。在本工程中，主抽风机配套2台5 400 kW同步电机。

1 同步电机起动特性分析

同步电机是没有原起动能力的。在同步电动机的定子三相绕组中通入频率为50 Hz的三相对称电流时，气隙中所产生的旋转磁场以同步转速n1=60f1/P旋转。转子尚未牵入同步前，功角可以在0°～360°之间连续不断的变化，同步转矩的平均值为零，只能引起转子的振动，不能用来给转子加速。所以，同步转矩不能用来起动。

同步电机的启动必须采用其他方法(辅助电机启动法、异步启动法、变频启动法)。现在多数都是采用异步启动法。

2 主抽风机采用高压磁控调压器软启动

主抽风机采用高压磁控调压器软启动，其启动控制系统由业主委托给风机厂家成套设计供货，系统方案图见图1。

按照图1方案实施，2010年12月16日4点07分2号主抽风机带负载起动，起动约3 s，高压柜跳闸。检查结果为微机保护器显示套管零序过流动作，电机绕组对地绝缘阻值2 500 MΩ,电机绕组直流电阻三相平衡，电机正常，软启动设备内部调压器A相、B相绕组开路。判定故障为调压器内部绕组烧坏。联系厂家更换损坏元件，12月27日再次试车，2号主抽风机带负载起动，试车正常（启动时间53 s，起动电流1 510 A），运转2 h后停机；再次试车1号主抽风机，试车正常(起动时间51s,起动电流1505A)，运转4 h后停机。12月28日，再次启动2号主抽风机,高压柜跳闸。检查结果与12月16日相同，软启动设备内部调压器一次侧B相绕组开路，调压器内部绕组烧坏。

图1 主抽风机系统主接线图

从图1可知道，主接线图是一个变压器降压启动。它的工作原理是利用电磁控制柜调控起动变压器副边电压，通过磁控原理，使得电机端电压发生变化，达到软起动的目的。

（1）同步电机的启动分析。同步电机在异步起动时，分为两个阶段：异步起动和牵入同步。异步起动过程：同步电动机转子磁极上都装有笼型绕组，用来产生起动转矩。同步电动机的异步起动过程依靠这种异步起动转矩将转子加速到准同步转速以上。在异步起动过程中，励磁绕组中不能通入直流电流，避免直流磁势在定子绕组中产生附加电流，增加定子绕组的损耗和发热。在异步起动过程中也不能使励磁绕组开路，避免高的感应电压损坏励磁绕组的绝缘。在异步起动的低速区间，励磁绕组既不允许通入直流又不允许开路，唯一的办法是将励磁绕组短路。励磁绕组短接后相当于一个单相绕组，它在定子旋转磁场作用下产生电势和电流，从而产生转子上的磁势。如果单纯的将转子绕组直接短接，启动过程中也回在绕组中产生较大的电流，应串接一定阻值（通常为转子绕组电阻值的5～10倍）的电阻后可靠闭合，以防止启动失败或损坏转子绕组的绝缘。启动时只在定子上加上三相对称电压以产生旋转磁场。当电机的转速达到电机的亚同步转速（n=0.95n0）时，异步起动过程完成。牵入同步过程：当同步机转速到亚同步时,此时应将转子励磁绕组打开，通入直流电流，开始牵入过程。此时，由于励磁电流的突然加入，电动机的运行状态发生突变，通常称为机械上的“飞车”。状态上的突变需要吸收大量能量来补充，所以，此时在电机定子会有一个瞬间的大电流产生。供给转子直流励磁的方法有两种：一种是在电动机降压加速到准同步转速后，供给直流励磁电流，使转子牵入同步，然后投入全电压，这种方法称为“轻起动”，该方法牵入转矩较小；另一种是在降压加速到一定转速时，投入全电压加速到准同步转速后，接入直流励磁牵入同步，该方法称为“重起动”，牵入转矩较大。

从同步电机的启动分析可知，在大中型同步机的启动过程中强调要在转子绕组中串接电阻后可靠闭合，主要是需要大电阻的抑制电流能力。变压器降压启动却只有降压能力，没有抑流能力。这也是变压器降压起动时起动电流小，电磁转矩小的特点。虽然在这个过程中也有成功起动风机的经历，但风机起动电流烧坏了调压器内部绕组，所以，这种软启动型式并不能适应这种主抽风机的场合。

经与软起动厂家商议，甲方决定更换软起动设备，改为高压固态软起动。这中固态软起动以CPU为管理中心、ASIC专用集成电路为核心组成的控制系统和晶闸管(可控硅)等电子原件组成，由微处理器发出“触发”脉冲加到6只晶闸管的触发极上，以控制晶闸管的导通角，使晶闸管的输出电压电流受“触发”脉冲的相位角控制，因此，可以用微处理器控制晶闸管的输出电压，实现电动机的软起动。更换后的系统接线图见图2。

接受以前的教训，决定这次风机起动过程中的牵入过程采用“重起动”，即先采用软起动降压起动，电机到接近亚同步转速，甩开软起动，投全压，亚同步转速接入直流励磁，靠同步转矩制动牵入同步。起动过程电流见图3。

图2 更换后的主抽风机系统主接线图

图3 风机启动过程电流示意图

图3中A点为起动电流波峰值，为电机额定电流（365 A）的3.7倍，基本符合电机起动要求。B点为投全压点，判断依据主要是根据转子上的电压，即转子电压接近0时,软起动星点柜合闸，甩开软起动，全压加速。电动机转速接近亚同步（n=0.95n0）时，即图3中C点，脱离软起动2 s后，励磁绕组通入直流电源。这个时候电动机会瞬间高速旋转，回路中有强大的电流，但是软起动已经脱离回路，所以不会对软起动造成冲击。这个过程很短暂，冲击电流也基本上在电动机的可承受范围内（未达到电动机全压起动6～7倍电流），也未对电网造成大的影响，软起动成功。

3 结论

（1）主抽风机同步电动机的软起动应该根据风机起动过程电流选择能同时降压抑流的设备，软起动也同时要求能经受得住大电流的考验。

（2）根据所定软起动设备情况，及时调整起动时间，选择正确牵入同步方式，以保护电动机和软起动设备。

［1］《钢铁企业电力设计手册》编委会编.钢铁企业电力设计手册［M］.北京：冶金工业出版社，1996.

（编辑：苗运平）

Abstract：The characteristics of synchronous motor starting are analysesed in building with the engineering example.Basing on the current changing of the motor starting and property of softstarter,it can choose the way of motor restarting,to finish the process of blower starting.

Key words：synchronous motor,soft-starting,analysis

Analysis about Soft-starting of Main Exhaust Blower in Sintering

ZHANG Shuilong
（Huatian Engineering&Technology Corporation,Ma′anshan 243005，China）

TF046.4

A

2011－02－15

1672-1152（2011）01-0055-02

张水龙（1978-），男，在中冶华天工程技术有限公司自动化所工作，工程师。Tel：13855507709，E-mail: yinjie1015@163.com