軟起動器在供水系統(tǒng)中的應用

1　引言

　　在供水系統(tǒng)中，籠型交流異步電動機是應用最廣泛的電氣設備。傳統(tǒng)的電機起動設備如星－三角起動器、自耦減壓起動器等都是有級起動，它存在著明顯的缺點，如在起動過程中存在著起動電流對電網(wǎng)和負載的沖擊，降低了負載的可靠性及使用壽命;特別是在起停車過程中，會產生巨大的“水錘”效應，使供水管網(wǎng)、水泵遭到損壞。隨著我國基本建設的不斷發(fā)展及供水設備的大量應用，傳統(tǒng)的電機起動設備亟待改進。軟起動器將是傳統(tǒng)起動設備的絕好替代品。

2　軟起動器

　　軟起動器是新型的電機起動設備，它采用大功率晶閘管作主回路開關元件，通過改變晶閘管的導通角來實現(xiàn)電動機電壓的平穩(wěn)升降和無觸點通斷。起動電流可根據(jù)負載和工況任意設定，與傳統(tǒng)的直接起動、星－三角起動、自耦減壓起動相比，軟起動器可以減小起動電流對電網(wǎng)的沖擊。

　　由于泵類負載的起動轉矩是隨著轉速的增加而增加，而軟起動器也使起動電流逐漸增加，從而使泵類負載的機械特性與軟起動器供電特性相吻合，減小了起動電流對泵類負載的沖擊，提高了泵類負載的可靠性，延長了其使用壽命。同時，軟起動器具有過載、斷相、三相不平衡、過電壓、欠電壓等保護功能，不需加裝任何保護元件。特別是天津諾爾哈頓電器制造有限公司生產的內置旁路型在線運行軟起動器，在其內部設置了一個專用接觸器與可控硅并聯(lián)，減少了旁路型軟起動器的外部聯(lián)接接觸器及保護元器件，使軟起動器形成一個整體，減少了成套設備的復雜線路，使控制設備更簡潔，使用更方便。

3　軟起動器的起動方式及停車方式

　　3.1　軟起動器的起動方式主要有以下幾種：

　　（1）斜坡恒流起動方式

　　斜坡恒流起動方式如圖1所示：

　　這種起動方式是在電動機起動的初始階段起動電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的電流值后保持恒定，直至起動完畢。這種方式主要用在輕載起動。在起動過程中，電流上升變化的速率可以根據(jù)電動機負載進行調整和設定。電流上升速率大，則起動轉矩大，起動時間短。此種起動方式的缺點是在起動時難以知道起動壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動力矩，對電動機不利。

　　（2）斜坡升壓起動方式

　　斜坡升壓起動方式如圖2所示：

　　這種起動方式最簡單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調整晶閘管的導通角，使之與時間成一定函數(shù)關系增加。這種方式主要用在重載起動。優(yōu)點是起動轉矩特性拋物線型上升對拖動系統(tǒng)有利，起動平滑，柔性好，對拖動系統(tǒng)有更好的保護，延長拖動系統(tǒng)的使用壽命。其缺點是，由于不限流，在電機起動過程中，有時會產生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網(wǎng)影響較大（天津諾爾哈頓電器制造有限公司生產的軟起動器在電壓斜坡起動方式下對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方式

　　突跳加電壓斜波起動方式如圖3所示：

　　突跳加電壓斜坡（又稱轉矩加突跳控制）起動是在斜坡升壓起動方式的基礎上加一個電壓突跳（又稱轉矩突跳），它是在靜慣量較大時用電壓斜坡起動比較困難的場所，如風機負載。該起動方法，在一般負載中較少應用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動場合。

　　3.2　軟起動器的停車方式：

　　軟起動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)的起動裝置因突然停車和起動會產生巨大的“水錘”效應，使管道，甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應，需要電機逐漸停機，即軟停車，采用軟起動器能滿足這一要求。軟起動器的軟停車特性消除了由于自由停車帶來的拖動系統(tǒng)反慣性沖擊，是需要軟停車設備的最佳控制裝置。

4　軟起動器在供水系統(tǒng)中的應用實例

　　4.1　設備情況

　　河北文豐鋼鐵有限公司除塵加壓泵組供水系統(tǒng)有2臺160kw水泵，一備一用，原來采用的起動設備是自藕式減壓起動設備，所以水泵在起動時，對電網(wǎng)的沖擊很厲害，同時，沖擊轉矩和“水錘”效應使得電機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)也帶來了危害。通過技術改造，選用了天津諾爾哈頓電器制造有限公司生產的tjnr1系列160kw內置旁路型在線運行軟起動器作為起動設備后，收到了良好的效果：

　　（1）良好地改善了電動機起動給電網(wǎng)及傳動機械帶來的沖擊，使得電機起動平滑，柔性好，提高了傳動機械的使用壽命;

　　（2）通過使用軟起動器的軟起動和軟停車功能，減少和防止了供水系統(tǒng)中的“水錘”效應，降低了電氣控制設備的成本和故障率;

　　（3）因本軟起動器的內置方式，使得控制線路比旁路方式相比，控制線路更簡單，使用更方便，大大節(jié)省了成套設備的空間;

　　（4）特別是本軟起動器的微功耗設計，使得產品的電損耗和發(fā)熱量極低。通過現(xiàn)場測試，當軟起動器運行達到熱平衡時，測得室內的空氣溫度在攝氏30℃時，其軟起動器產品的表體溫度只有攝氏40℃。

　　4.2　技術說明

　　下面就以上述供水系統(tǒng)中采用一用一備控制方式的實例來加以說明：

　　（1）軟起動器的主控制圖

　　軟起動器的主控制圖如圖4所示。

　　（2）軟起動器的參數(shù)設定如下：

　　電動機額定電流：314a；

　　起動方式：斜坡升壓起動方式；

　　軟起動時間：12s；

　　軟停車時間：6s；

　　起動間隔時間：120s；

　　最大工作電流：100%ie；

　　起動限制電流：350%ie；

　　軟停限制電流：80%ie；

　　編程輸出起點：開始起動。

　　（3）控制原理圖

　　控制原理圖如圖5所示。

（4）方案說明

　　本方案為兩臺軟起動器拖動兩臺電機一用一備，當一路控制回路出現(xiàn)故障時，另一路將自動投切進去，保證供水系統(tǒng)的連續(xù)運行。

　　該方案柜體安裝在供水站現(xiàn)場，柜體上設控制按鈕，遠控帶運行信號燈;每臺軟起動器的智能鍵盤均在柜體上增設一個，能顯示電機的運行電流，同時能修改軟起動器的各項參數(shù)。

　　4.4　控制說明

　　其中rq為tjnr1系列內置旁路型在線運行軟起動器，ka為中間繼電器，1sa為選擇自動投切還是手動投切的轉換開關，2sa為選擇備用回路的轉換開關，k為遠控輸入接點，kt為時間繼電器，sb為接通按鈕，ss為斷開按鈕，hr為運行指示燈。1、2為軟起動器的編程輸出端子，7、8、9、10為軟起動器的外控起停控制端子。

　　（1）自動轉換

　　將軟起動器編程輸出設置為起動時閉合，即當軟起動器起動時，編程輸出端子1、2閉合。

　　1sa打到自動轉換位置，2sa選擇2＃回路作為備用回路，當遠程控制接點k閉合時，按通1ka，起動1＃軟起動器，使1＃水泵工作，同時通過kt延時繼電器延時后使2＃軟起動器作好投切準備。在1＃軟起動器起動時，輸出端子1、2閉合，通過2ka切斷2＃軟起動器的起動回路，形成互鎖。

　　當回路1發(fā)生故障時，1＃軟起動器停車，斷開2ka線圈，使2ka的常閉點閉合，起動2＃軟起動器。反之亦然。

　　（2）手動轉換

　　當一臺水泵工作不能滿足供水要求時，可通過選擇手動切換方式，將1sa轉換開關打到手動轉換位置，通過手動的起動按鈕和停止按鈕分別控制兩臺軟起動器的起動和停車，以滿足大量供水的需要。

5　結束語

　　通過上面控制方案的實施及軟起動器的應用，大大改善了原來自耦減壓起動方式給電網(wǎng)、傳動機械帶來的沖擊，延長了傳動機械的壽命，減少和消除了供水系統(tǒng)中的“水錘”效應，特別是內置旁路型在線運行軟起動器較之其他同類產品有著體積小、重量輕、造價低、控制功能強大及控制線路簡單等諸多優(yōu)點，是目前階段最先進的軟起動器，也最有實際應用價值和極高的性價比。