1 引言
在供水系統(tǒng)中，籠型交流異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最廣泛的電氣設(shè)備。傳統(tǒng)的電機(jī)起動(dòng)設(shè)備如星－三角起動(dòng)器、自耦減壓起動(dòng)器等都是有級(jí)起動(dòng)，它存在著明顯的缺點(diǎn)，如在起動(dòng)過(guò)程中存在著起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)和負(fù)載的沖擊，降低了負(fù)載的可靠性及使用壽命;特別是在起停車過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使供水管網(wǎng)、水泵遭到損壞。隨著我國(guó)基本建設(shè)的不斷發(fā)展及供水設(shè)備的大量應(yīng)用，傳統(tǒng)的電機(jī)起動(dòng)設(shè)備亟待改進(jìn)。軟起動(dòng)器將是傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備的絕好替代品。
2 軟起動(dòng)器
軟起動(dòng)器是新型的電機(jī)起動(dòng)設(shè)備，它采用大功率晶閘管作主回路開關(guān)元件，通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)電壓的平穩(wěn)升降和無(wú)觸點(diǎn)通斷。起動(dòng)電流可根據(jù)負(fù)載和工況任意設(shè)定，與傳統(tǒng)的直接起動(dòng)、星－三角起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)相比，軟起動(dòng)器可以減小起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。
由于泵類負(fù)載的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加，而軟起動(dòng)器也使起動(dòng)電流逐漸增加，從而使泵類負(fù)載的機(jī)械特性與軟起動(dòng)器供電特性相吻合，減小了起動(dòng)電流對(duì)泵類負(fù)載的沖擊，提高了泵類負(fù)載的可靠性，延長(zhǎng)了其使用壽命。同時(shí)，軟起動(dòng)器具有過(guò)載、斷相、三相不平衡、過(guò)電壓、欠電壓等保護(hù)功能，不需加裝任何保護(hù)元件。特別是天津諾爾哈頓電器制造有限公司生產(chǎn)的內(nèi)置旁路型在線運(yùn)行軟起動(dòng)器，在其內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)專用接觸器與可控硅并聯(lián)，減少了旁路型軟起動(dòng)器的外部聯(lián)接接觸器及保護(hù)元器件，使軟起動(dòng)器形成一個(gè)整體，減少了成套設(shè)備的復(fù)雜線路，使控制設(shè)備更簡(jiǎn)潔，使用更方便。
3 軟起動(dòng)器的起動(dòng)方式及停車方式
3.1 軟起動(dòng)器的起動(dòng)方式主要有以下幾種:
（1）斜坡恒流起動(dòng)方式
斜坡恒流起動(dòng)方式如圖1所示:
圖1 斜坡恒流起動(dòng)方式
這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的電流值后保持恒定，直至起動(dòng)完畢。這種方式主要用在輕載起動(dòng)。在起動(dòng)過(guò)程中，電流上升變化的速率可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載進(jìn)行調(diào)整和設(shè)定。電流上升速率大，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短。此種起動(dòng)方式的缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動(dòng)力矩，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。
（2）斜坡升壓起動(dòng)方式
斜坡升壓起動(dòng)方式如圖2所示:
圖2 斜坡升壓起動(dòng)方式
這種起動(dòng)方式最簡(jiǎn)單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，使之與時(shí)間成一定函數(shù)關(guān)系增加。這種方式主要用在重載起動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有利，起動(dòng)平滑，柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有更好的保護(hù)，延長(zhǎng)拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。其缺點(diǎn)是，由于不限流，在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對(duì)電網(wǎng)影響較大（天津諾爾哈頓電器制造有限公司生產(chǎn)的軟起動(dòng)器在電壓斜坡起動(dòng)方式下對(duì)電流的限定值是額定電流的4.5倍）。
（3）突跳加電壓斜波起動(dòng)方式
突跳加電壓斜波起動(dòng)方式如圖3所示:
圖3 突跳加電壓斜波起動(dòng)方式
突跳加電壓斜坡（又稱轉(zhuǎn)矩加突跳控制）起動(dòng)是在斜坡升壓起動(dòng)方式的基礎(chǔ)上加一個(gè)電壓突跳（又稱轉(zhuǎn)矩突跳），它是在靜慣量較大時(shí)用電壓斜坡起動(dòng)比較困難的場(chǎng)所，如風(fēng)機(jī)負(fù)載。該起動(dòng)方法，在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。
3.2 軟起動(dòng)器的停車方式:
軟起動(dòng)器的停車方式主要有軟停車和自由停車兩種。
在供水系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的起動(dòng)裝置因突然停車和起動(dòng)會(huì)產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使管道，甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應(yīng)，需要電機(jī)逐漸停機(jī)，即軟停車，采用軟起動(dòng)器能滿足這一要求。軟起動(dòng)器的軟停車特性消除了由于自由停車帶來(lái)的拖動(dòng)系統(tǒng)反慣性沖擊，是需要軟停車設(shè)備的最佳控制裝置。
4 軟起動(dòng)器在供水系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例
4.1 設(shè)備情況
河北文豐鋼鐵有限公司除塵加壓泵組供水系統(tǒng)有2臺(tái)160kw水泵，一備一用，原來(lái)采用的起動(dòng)設(shè)備是自藕式減壓起動(dòng)設(shè)備，所以水泵在起動(dòng)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊很厲害，同時(shí)，沖擊轉(zhuǎn)矩和“水錘”效應(yīng)使得電機(jī)和水泵的壽命大大降低、電氣元件的故障率很高，給供水管網(wǎng)也帶來(lái)了危害。通過(guò)技術(shù)改造，選用了天津諾爾哈頓電器制造有限公司生產(chǎn)的tjnr1系列160kw內(nèi)置旁路型在線運(yùn)行軟起動(dòng)器作為起動(dòng)設(shè)備后，收到了良好的效果:
（1）良好地改善了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)給電網(wǎng)及傳動(dòng)機(jī)械帶來(lái)的沖擊，使得電機(jī)起動(dòng)平滑，柔性好，提高了傳動(dòng)機(jī)械的使用壽命;
（2）通過(guò)使用軟起動(dòng)器的軟起動(dòng)和軟停車功能，減少和防止了供水系統(tǒng)中的“水錘”效應(yīng)，降低了電氣控制設(shè)備的成本和故障率;
（3）因本軟起動(dòng)器的內(nèi)置方式，使得控制線路比旁路方式相比，控制線路更簡(jiǎn)單，使用更方便，大大節(jié)省了成套設(shè)備的空間;
（4）特別是本軟起動(dòng)器的微功耗設(shè)計(jì)，使得產(chǎn)品的電損耗和發(fā)熱量極低。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，當(dāng)軟起動(dòng)器運(yùn)行達(dá)到熱平衡時(shí)，測(cè)得室內(nèi)的空氣溫度在攝氏30℃時(shí)，其軟起動(dòng)器產(chǎn)品的表體溫度只有攝氏40℃。
4.2 技術(shù)說(shuō)明
下面就以上述供水系統(tǒng)中采用一用一備控制方式的實(shí)例來(lái)加以說(shuō)明:
（1）軟起動(dòng)器的主控制圖
軟起動(dòng)器的主控制圖如圖4所示。
圖4 軟起動(dòng)器的主控制圖
（2）軟起動(dòng)器的參數(shù)設(shè)定如下:
電動(dòng)機(jī)額定電流:314a；
起動(dòng)方式:斜坡升壓起動(dòng)方式；
軟起動(dòng)時(shí)間:12s；
軟停車時(shí)間:6s；
起動(dòng)間隔時(shí)間:120s；
最大工作電流:100%ie；
起動(dòng)限制電流:350%ie；
軟停限制電流:80%ie；
編程輸出起點(diǎn):開始起動(dòng)。
（3）控制原理圖
控制原理圖如圖5所示。
圖5 控制原理圖
（4）方案說(shuō)明
本方案為兩臺(tái)軟起動(dòng)器拖動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)一用一備，當(dāng)一路控制回路出現(xiàn)故障時(shí)，另一路將自動(dòng)投切進(jìn)去，保證供水系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。
該方案柜體安裝在供水站現(xiàn)場(chǎng)，柜體上設(shè)控制按鈕，遠(yuǎn)控帶運(yùn)行信號(hào)燈;每臺(tái)軟起動(dòng)器的智能鍵盤均在柜體上增設(shè)一個(gè)，能顯示電機(jī)的運(yùn)行電流，同時(shí)能修改軟起動(dòng)器的各項(xiàng)參數(shù)。
4.4 控制說(shuō)明
其中rq為tjnr1系列內(nèi)置旁路型在線運(yùn)行軟起動(dòng)器，ka為中間繼電器，1sa為選擇自動(dòng)投切還是手動(dòng)投切的轉(zhuǎn)換開關(guān)，2sa為選擇備用回路的轉(zhuǎn)換開關(guān)，k為遠(yuǎn)控輸入接點(diǎn)，kt為時(shí)間繼電器，sb為接通按鈕，ss為斷開按鈕，hr為運(yùn)行指示燈。1、2為軟起動(dòng)器的編程輸出端子，7、8、9、10為軟起動(dòng)器的外控起停控制端子。
（1）自動(dòng)轉(zhuǎn)換
將軟起動(dòng)器編程輸出設(shè)置為起動(dòng)時(shí)閉合，即當(dāng)軟起動(dòng)器起動(dòng)時(shí)，編程輸出端子1、2閉合。
1sa打到自動(dòng)轉(zhuǎn)換位置，2sa選擇2＃回路作為備用回路，當(dāng)遠(yuǎn)程控制接點(diǎn)k閉合時(shí)，按通1ka，起動(dòng)1＃軟起動(dòng)器，使1＃水泵工作，同時(shí)通過(guò)kt延時(shí)繼電器延時(shí)后使2＃軟起動(dòng)器作好投切準(zhǔn)備。在1＃軟起動(dòng)器起動(dòng)時(shí)，輸出端子1、2閉合，通過(guò)2ka切斷2＃軟起動(dòng)器的起動(dòng)回路，形成互鎖。
當(dāng)回路1發(fā)生故障時(shí)，1＃軟起動(dòng)器停車，斷開2ka線圈，使2ka的常閉點(diǎn)閉合，起動(dòng)2＃軟起動(dòng)器。
反之亦然。
（2）手動(dòng)轉(zhuǎn)換
當(dāng)一臺(tái)水泵工作不能滿足供水要求時(shí)，可通過(guò)選擇手動(dòng)切換方式，將1sa轉(zhuǎn)換開關(guān)打到手動(dòng)轉(zhuǎn)換位置，通過(guò)手動(dòng)的起動(dòng)按鈕和停止按鈕分別控制兩臺(tái)軟起動(dòng)器的起動(dòng)和停車，以滿足大量供水的需要。
5 結(jié)束語(yǔ)
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