煤矿中软启动器的应用探究

刘凤富 LIU Feng-fu；邵长龙 SHAO Chang-long；田拥军 TIAN Yong-jun

（枣矿集团田陈煤矿，滕州 277523）

摘要： 软启动器是一种集合了启动、停车、节能、保护等多种功能的电机控制装置。这种控制装置具有操作性强、成本低、稳定性高等优点，因此在各个领域中都有广泛的应用，近两年，这种控制设备在煤矿的电气系统中进行了应用，获得了良好的应用效果。本文对软启动器的工作原理、工作方式等进行了介绍，并例举了软启动器在煤矿生产中的应用实例。

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关键词 ： 煤矿；软启动；应用

中图分类号：TM573 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）17-0099-02

作者简介：刘凤富（1973-），男，山东枣庄人，工程师，注册安全工程师，研究方向为安全技术管理工作；邵长龙（1972-），男，山东枣庄人，副总经理，助理工程师，研究方向为机械制造加工、机电修理、采煤支架修复、矿井支护用品加工等。

0 引言

随着我国煤矿产业的现代化建设工作的不断加快，我国煤矿产业也越来越依赖于电气控制系统的发展了。电机启动是一种经济、高效的启动方式，但其启动的能耗量较大，是一般启动方式的5-7倍左右。由于启动方式采用的是交流电供电的方式，在启动的过程中容易引发电压的大幅度变化，影响电网的整体运行，导致电路设备受到破坏，灵敏度降低，使用寿命下降，不仅如此，启动方式中产生的大电流还会产生极大的热量，伤害电机绝缘，降低电机寿命，另外，全压启动模式由于作用在设备上的压力比较大，容易对机械设备造成伤害。要想提高电子系统的安全稳定性，必须寻找一种新型的启动方式，弥补启动方式存在的弊端，软启动器就是在这种形势下应运而生的，它具有操作性强、成本低、稳定性高等优点，已经被广泛应用在了各个领域当中，尤其是煤矿行业。

1 软启动器的工作原理

软启动器是集电机软启动、软停车、轻载节能、多种保护功能于一体的电机控制装置，它一般是在电源与电机间置入软启动器而进行降压启动的方式与过程。软启动器中最重要的构成部分是单片机，它主要起到了降低启动瞬间电压的作用。在单片机的作用下，发动机的转数会逐渐下降，最终减小到零，从而有效避免了因启动功率过大而对系统造成破坏的情况。其具体工作原理图如图1所示。软启动器被广泛应用到了风机、水泵等设备中。根据适用的范围不同，软启动器还可以分为不同的类型，较为常见的有软管启动器、液态启动器、固态启动器、磁控启动器等。软启动器可以通过单片机控制，也可以采用多机联合控制，可以进行远程控制也可以本地控制，还可以与其他设备进行串联，进行过载保护、过热保护等。

软启动器具体分为调压启动和调频启动两种启动方式。在调压启动中，单片机起到了主要的控制作用。单片机可以进行触角大小的调整，并对电路中的电压进行控制，从而起到调节发动机转速的作用。在启动时，导管的触角会逐渐变大，带动电压的逐渐增大，当电压增大的一定数值时，电动机的转速也开始变大，电动机开始从零逐渐加速，直到所有的导管开通。调频启动的模式中，主要通过控制器来控制启动的过程。控制器可以控制导管触角的大小以及线路联通的顺序。当电路中的电流频率较低时，可以使电机在较低的电压下进行高速的运转，从而使发动机获得较大的转速，克服在转动过程中产生的摩擦阻力。当电动机的转速频率到达50核磁时，电动机就可以完成启动过程。

2 软启动的主要启动方式

2.1 斜坡升压软启动 这是最为常规的一种启动方式，其启动电压曲线如图2所示。它通过对导管触角的调节来使得电流进行函数增加。但这种启动方式对于电流的控制不易把握，容易使电流产生瞬时的增加，对晶体管产生破坏。

2.2 斜坡恒流软启动 这种启动方式采用的是在启动初始阶段逐渐增大电流的方式。当电流达到预定设置的值时，需要保持一段时间，当启动完成后才能逐渐减小电流。在增大电流的过程中，可以通过调节电动机功率的方式来进行电流大小的控制。当电流增大速率过快时，就适当减小电动机功率，当电流增速缓慢时，则应当适当增加电动机功率。这种启动方式通常用于风机、泵这一类功率较大的机器上。

2.3 阶跃起动 阶跃式启动能够在最短的时间内完成对电机设备的启动，并且能够通过电流的调节来起到较好的启动效果。

2.4 脉冲冲击起动 这种启动方式也能在较短的时间内完成启动进程。在启动的初始阶段需要使晶体管处于完全接通的状态，当线路中的通角变小时，再进行电流恒定状态下的软启动。这种启动方式适用于一些摩擦力较大的设备的启动。

2.5 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。

3 软启动器在煤矿生产中的应用

软启动器具有体积小，安装、操作简单，维修便捷等特点，并且在煤矿中能够根据实际的启动要求进行启动方式的调整，对于控制启动电流、启动功率等都有较好的效果。在启动过程中，能够有效避免对电网产生不良的影响和损害，提高了电网整体的稳定性和可靠性，确保了企业的经济效益。

3.1 胶带输送机 胶带传输机对于启动的稳定性要求较高，而软启动的方式恰好具备稳定性高、冲击力小的特点，因而被有效地应用在了胶带机的启动中。软启动方式的应用有效解决了传统启动方式中刷边、跑偏等问题，提高了传输机运行的有效性。此外，软启动取消了限矩型或调速型液力偶合器，而避免油污染、漏油、起火等不安全隐患，有效降低了设备运行的耗油量，还延长了皮带的使用年限。

3.2 刮板输送机 刮板输送机在启动的过程中容易出现过载停车、启动难、刮板等问题，而软启动方式的应用最大程度的解决了这些问题。软启动的方式能够有效地消除启动过程中对设备产生的冲击力，从而防止滚建、断齿的情况发生。此外，通过单片机的应用，能够有效地控制力矩的大小和启动功率的大小。能解决刮板输送机点动紧链位移难控制的问题；对使用双速电机的刮板输送机，利用软启动器可以取消一根工作面电缆、一根顺槽电缆，变双速电机为单速电机，有效地提高了设备运行的可靠性。

3.3 泵类负载 泵类负载在启动过程中容易出现水锤效应，而软启动模式能够有效避免这种情况的发生，还能减少外力对水泵和管道产生的冲击力。此外，软启动的方式还被广泛应用到了通风机的启动中，极大的减少了风力对风筒的冲击，提高了风筒运行的安全性和稳定性。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55kW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。

在软启动器应用的过程中，应考虑以下几点：①由于软启动器的调压调速效率低，差动功率损耗大，谐波影响大等，因此可以适当的提高软启动器选择容量，一般控制在容量的30％～50％即可。②为了避免过大惯性力导致输送带上发生煤块滑移，以及滚筒和输送带打滑现象，需要设置合理的加速度，减少动载荷，通常情况下，需要把加速度控制在0.1m/s2-0.3m/s2。如果输送机的距离比较长时，可以适当降低加速度。同样也可以对软启动器的启动时间进行估算，假如输送机加速度a=0.2m/s2，速度Vt=2.0m/s，可以通过t=Vt/a+δ=2.0/0.2+5=15s来设置软启动器的启动时间，式中δ为时间系数，一把取值为3s～6s。③输送机在多点驱动的情况下，应控制各电机的负荷大小，以避免单个电机出现过载现象。该过程中需要把头部软启动器设定为主机，其余设为从机，由主机控制速度，保证输出功率平衡。多台软启动器的驱动点距离一般为1.2km。

4 使用软启动器驱动输送机时应注意的问题

为适应不同设备的启动要求，我国当前研发出了多种不同类型的软启动系统，如液力耦合软启动、变频调速软启动等。在软启动器使用的过程中有几点需要进行注意：首先，应当考虑到软启动器使用过程中的功率损耗问题。由于电路中谐波的存在，在软启动的过程中容易发生功率损耗的问题。因此在软起动器容量的设置时，应当在限定的功率值上适当增加一定的容量，一般以超出30%左右为宜。其次，在软启动过程中应当适量减少动载荷，以避免启动过程中产生过大的冲力对输送带、输送机等设备产生破坏。若输送距离较长，可以适量地减小电动机的加速度。第三，在启动的过程中应当确保各个电机的负荷均匀、平衡。为此，可以将头部的软起动器作为主机，实现对速度的控制，其他设备可以作用辅机，对软启动器的运行起到一定的辅助作用，保证输出功率保持平衡。多台软启动器之间以RS485通讯协调工作。

5 结语

软启动器具有操作性强、成本低、稳定性高等优点，通过在煤矿电气系统中广泛应用软启动器这种新型启动方式，有效地解决了启动方式存在的启动过程中电压不稳、伤害电机绝缘、伤害电机、伤害机械设备的问题，能够改善煤矿机械设备和系统的运行效率，降低设备的耗用，延长设备的使用寿命，实现节能和降耗的目的，促进企业的发展。但软启动器在具体应用中，一定要在工程设计、改造中，注重提高自动化水平，可进一步降低煤矿企业的成本,提高煤矿企业生产的效率和效益。

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参考文献：

[1]陈忠诚.软启动的原理及其在煤矿电气系统中的应用[J].科技博览，2011（31）：83-87.

[2]刘书平.软启动在煤矿电气控制系统中的应用[J].江西煤炭科技，2010（02）：70-71.

[3]刘红英.软启动在煤矿电气控制系统中的应用探讨[J].城市建设，2012（22）：55-58.