经济型船用电动机启动器的改进与应用研究

经济型船用电动机启动器的改进与应用研究

纪繁祥

驻哈尔滨地区某代表室   黑龙江省哈尔滨市   150000

摘要：晶闸管交流调压技术出现于 20 世纪 70 年代，电子启动器便随之跟着这项技术出现在是市场上。 该设备现在已经被人们广泛关注， 因为其性能良好，可以快速的启动， 并且进行更加细致的开发和优化，争取达到最好的应用状态。 目前很多领域都在使用电子启动器， 因为这个设备独特的优势和操作的便捷，还可以对控制的发动机进行很好的保护工作，更深度的对设备进行性能的优化和开发。

关键词：船用电动机启动器；改进；应用；

一、关于国内启动器的研究

启动器在我国的发展相对来说比较晚，因此在基础方面也就略微薄弱，与国外的产品相比，在技术和可靠性能方面还有一定的差距。我国生产启动器的公司有上海雷诺尔科技股份有限公司。变频器出现在启动的市场中，对启动器的发展造成了一定影响，两者在市场的环境下形成了巨大竞争，影响了启动器的发展进程，在一定长度上对启动器的发展造成了冲击， 但是启动器的优点和优秀的性能，在实际使用过程中有着变频器不能比拟的工作特性，所以依然在市场有着强大的竞争能力和抵抗冲击的能力，同时由于启动器还是有价格低廉和启动性能良好的优势，致使它在对调速没有需求的领域依旧很有优势。 如今现代的控制理论不断发展，以及各个国家技术人员的研究也越来越深入，启动器必然会出现更加优异的性能。 现在看来，启动器的发展方向有：

（1）体积变小。新型的功率半导体不断研发和应用，会让生产出来的产品的体积以及系统的消耗降低，就会使启动器的运行效率提高。

（2）智能化。集成电正在飞速的发展，更为强大的数据处理能力将是新型处理器的发展目标，对于控制的高水平的追求也能提高启动器的精度以及智能化的水平高度。

（3）转矩的趋势化。启动技术中的变频启动将成为主流。 降压启动时的转矩都是在启动时浪费的， 对于节能十分不利。 但是变频启动器启动时的矩大而且广，十分利于启动器的发展。

二、经济型船用电动机启动器的改进与应用

1.船舶辅机中的甲板机械和机舱设备中的泵类、风机和空压机中，负载不同驱动电动机的形式也不同。由于启动属于降压启动的范畴，而异步电动机启动转矩与电压的平方成正比，因此，启动只适合轻载启动的船舶设备，并需根据负载的性质选择具有合适功能和启动方式的启动器。而对需要重载启动的船用设备，通常采用直流电动机和绕线式异步电动机。对水泵、油泵等泵类负载，由于其流量转速成正比，泵系统的负载转矩与液流压力和转速有以下基本泵转速的微小变化将引起负载转矩和液流压力较大幅度的变化。在泵类电机直接启动和停车的过程中，都将引起转矩突变而导致液流冲击，产生“水锤效应”。使泵系统产生喘振和噪声，严重时使管道和支架晃动，甚至使管道和阀门破裂。常用的启动能够改善泵系统的启动性能，降低喘振和噪声，但常用的线性斜坡降压停的方式不能有效地改善泵系统停车时的性能。因此对泵类电机的停需采用特殊的停控制方式。启动器就具有专门的泵控制功能。通过监视电压、电流的反馈信号降低电动机的速度，以避免转矩的突变，因而使泵系统的喘振和冲击降低到最小限度。

2.电动机的空载和轻载运行时功率因数和效率均比较低。当通过启动器降低定子线圈的电压，从而减少定子电流中的无功分量，使电动机的功率因数上升达到节能的目的。启动器采用以电压和电流之间的相位差来获得功率因数角的方式，以功率因数作为控制器的控制量，既能反映电动机轴上负载的变化，又能反映供电电压的波动。由于电动机轻载降压运行在负载不变的情况下有功电流有所增加，对本身效率的提高比较有限，且由于船舶电力系统结构比较简单，输电线路短，养活电动机的无功电流提高其功率因数，对系统的节能效果并不明显。考虑到采用启动器降压运行高次谐波对电动机本身及对船舶电网等不利因素，不建议采用该节能模式。电动机定子三相绕组存在断开、定子绕组电流存在中断的问题，需对普通星三角启动电路进行改进，在其中增加三个续流/限流电阻和一个交流接触器。当电动机定子绕组接成星形启动后，先接入三个电阻分别与定子三相绕组并联，且三个电阻之间采用跨接形式以便于不断开就可转换成三角形；然后将定子三相绕组星形中性点断开，三相绕组各自串联一个电阻转换为三角形连接；最后将各相绕组串联的电阻短接，定子三相绕组连接成三角形。至此，星三角启动完成。相比于普通星三角启动，改进后的方案在星三角切换过程中，通过接入三个续流/限流电阻，与电机定子三相绕组先后并联、串联最后旁路切除，实现了在整个电机启动过程中，定子三相绕组始终未断开不断电、定子绕组电流始终连续，从而避免了普通星三角切换过程中因电机定子绕组瞬间断开再上电而产生的二次冲击电流，电机启动过程中瞬态电压降造成的影响也相应被消除。

3．由于启动器在启动、停车和轻载节能运行中，都是靠改变双向晶闸管的导通角来控制输出电压，电机电压和电流的波形都为非正弦波，其中的高次谐 n波和波电流对电动机及船舶电网都将带来不利影响，特别是对船上无线电通信设备带来一定的干扰。接触器短接启动器，使启动器仅在启动和停车短时间内使用，可将不利影响减至最小。将若干台电动机用PLC构成控制逻辑组合，可实现一台启动器启动多台电动机，从而提高控制系统的利用率和经济性。由于启动器中的晶闸管等发热需要一定的恢复时间，各厂家产品对启动频率，即每小时的启动次数都有严格的限制条件，应严格遵守。由于船舶机舱环境条件差，如高湿热、盐雾、摇摆、振动等，启动器在应用中应加强通风散热及防振方面的措施，确保在产品厂家所要求的条件下运行，以提高启动器的使用寿命和控制系统的可靠性。电动机软启动器对改善电机启动对船舶电网的冲击，减轻泵类电机停机时“水锤效应”的影响，改善电动机的运行条件和控制电器的维护工作均有积极的意义。转矩控制启动主要利用了 PI 调节， 可以控制电机启动和停机的时间，在这一期间里负载特性的变化会导致电磁转矩发生变化。 PID 控制器有两个输入变量：一个是通过电路输入的电压电流的动态值经过计算之后得到的实时的转矩；而另一个则是理想的程序设定转矩值，一般通过实践检测来获得这一数值。

三、展望

现在低压领域很多企业都在使用晶闸管和磁控启动技术，涉及到高压领域时，晶闸管启动器需要借助一些原件进行辅助工作，如 SCR 器件等，同时改进晶闸管启动器的开关控制系统，在最大程度上提高SCR器件的抗压力能力和启动速度。 在一段时间内，晶闸管启动器由于拥有较好的性能、较低的成本，使晶闸管启动器在市场的发展中站稳脚步， 使其更加具有市场竞争力。 从长远发展的角度来看，随着技术的发展，变压器的成本会慢慢降低，同时价格也会随之降低，变频启动器将会是未来启动市场的主流技术。 因为这种启动技术更具优点和特色， 可以在对电流进行限制的条件下迅速得到强力的启动转矩， 同时还能够实现各种启动功能，这是晶闸管启动器不具备的。

结束语：实际操作中，启动器的应用解决了船舶电动机的启动中电流过大而冲击船舶电站，以及启动时间过长的问题。即使在旧船舶花很少的钱，可用上先进性的产品，这样电动机降压起动采用启动有望告别传统的接触器和继电器系统。

参考文献：

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[3]魏俊林.谈电机启动器的应用[J].山西建筑，2019，39(02):135-136.