電子軟啟動器在墾利水庫泵站中的應用

1 工程概況及啟動器的選用
　　山東墾利水庫位于黃河南展滯洪區(qū)末端，緊靠黃河，設計蓄水能力為2500萬m3。水庫自臨黃大堤樁號216+181處的路莊引黃閘引水，經(jīng)沉沙池沉沙后由路東干渠輸水至入庫泵站，然后提水入庫。調(diào)蓄水庫總庫容2500萬m3，有效庫容2200m3，圍壩總長9．26km，設計蓄水位13．81m（黃海。下同），死水位8．4m。新建入庫泵站位于水庫西圍壩，設計流量6．1m3／s。設計揚程6．74m，采用軸流泵4臺，其中1臺備用，配套電機為4臺三相鼠籠式異步電動機，功率為180kW，額定電壓為380V。泵站電源為當?shù)剞r(nóng)用網(wǎng)電。經(jīng)技術分析及經(jīng)濟比較，本工程水泵電機啟動設備選用“雷諾爾”JJR1180軟啟動器。JJR系列電機軟啟動器，采用智能化數(shù)字式控制，以單片機為智能中心?？煽毓枘K為執(zhí)行元件對電動機進行全自動控制，它適用各種負載的異步電動機控制，使電動機在任何工況下均能平滑啟動，保護拖動系統(tǒng)，減少啟動電流對電網(wǎng)的沖擊，保護電動機可靠的啟動；并且軟啟動器使電機平滑減速停車，消除拖動系統(tǒng)的反慣性沖擊。電子軟啟動器具有完整的系統(tǒng)保護功能，延長拖動系統(tǒng)的使用壽命，降低系統(tǒng)造價，提高系統(tǒng)的可靠性，兼容了所有啟動設備的各種功能，是傳統(tǒng)啟動最理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品，因此在本工程中選用該產(chǎn)品。
2 各種啟動方式的性能比較
　　三相鼠籠式異步電動機傳統(tǒng)的啟動方式有全壓啟動和降匪啟動。全壓啟動時要產(chǎn)生較大的沖擊電流，特別是大容量電機直接啟動會對電網(wǎng)及其他負載造成干擾，甚至對電網(wǎng)的安全運行形成威脅：況且過大的啟動電流也加速了電機繞組絕緣的老化速度，縮短了電機的使用壽命。在停機時，如果拖動系統(tǒng)突然失去轉(zhuǎn)矩，靠系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩克服系統(tǒng)的慣性滑行停車，也給拖動系統(tǒng)帶來諸多問題，如水泵的水錘現(xiàn)象等。傳統(tǒng)的降壓啟動方式有“Y一△”啟動和自耦降壓啟動，這兩種啟動只能起到在電機啟動時降低啟動電流對電網(wǎng)的沖擊作用，能保證電動機的可靠啟動，但電動機仍不能平滑啟動和停車，沒有從根本上解決問題。
　　目前軟啟動有磁控降壓軟啟動器和電子軟啟動器。磁控降壓軟啟動器采用控磁限幅調(diào)壓方式對電動機啟動過程的電壓進行減壓調(diào)控，實質(zhì)就是電抗器降壓啟動。電子軟啟動器是一種集軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護于一體的新穎電機控制裝置。它不僅實現(xiàn)了在整個啟動過程中無沖擊而平滑地啟動電機，而且可根據(jù)電動機負載的特性來調(diào)節(jié)啟動過程中的參數(shù)，如限流值、啟動時間等。電子軟啟動與其他傳統(tǒng)啟動方式相比，具有良好的軟啟動能力，它既能保證電動機在負載要求的啟動特性下平滑啟動，又能降低對電網(wǎng)的沖擊，同時，電子軟啟動器一般采用16位單片機智能化控制，能實現(xiàn)直接計算機通信控制。由于具有啟動電流小、對電網(wǎng)無沖擊、保護功能齊全、節(jié)能、無機械觸點、穩(wěn)定可靠、整體結(jié)構(gòu)簡單、維護方便等優(yōu)點，所以深受用戶贊賞。電子軟啟動控制器是電動機啟動控制設備領域中的更新?lián)Q代產(chǎn)品，適合各種大功率電動機啟動控制使用。電子軟啟動與其他傳統(tǒng)啟動方式性能比較見表1所示。

3 電子軟啟動器的工作原理與運行特點
3，1 電子軟啟動器的工作原理
　　軟啟動器的工作原理是由串接于電源和被控電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管進行調(diào)壓．可通過調(diào)節(jié)晶閘管的導通角使電機的端子電壓從預先設定的值上升到額定電壓。其特點是電動機轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。用電子軟啟動器啟動電機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加。電動機逐漸加速，直至晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上。在選擇應用電子軟啟動器時應考慮它的啟動性能和停車性能，目前的電子軟啟動器有以下5種啟動方式：
　　（1）限流啟動。就是電機的啟動過程中限制其啟動電流不超過某一設定值（Im）的軟啟動方式。其輸出電壓從零開始迅速增長，直到輸出電流達到預先設置的電流限值Im，然后保持輸出電流，I 　　（2）斜坡電壓啟動。在啟動過程中，電機的輸出力矩隨電壓增加。在啟動時提供一個初始的啟動電壓Us，Us根據(jù)負載可調(diào)，將Us調(diào)到大于負載靜摩擦力力矩，使負載能立即開始轉(zhuǎn)動。這時輸出電壓從Us開始按一定的斜率上升（斜率可調(diào)），電機不斷加速。當輸出電壓達到達速電壓Us時，電機也基本達到額定轉(zhuǎn)速。軟啟動在啟動過程中自動檢測達速電壓，當電機達到額定轉(zhuǎn)速時，使輸出電壓達到額定電壓。它的優(yōu)點是將傳統(tǒng)的降壓啟動從有級變成了無級，主要用在重載啟動，它的缺點是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升，對拖動系統(tǒng)不利，且啟動時間長有損于電機。
　?。?）轉(zhuǎn)矩控制啟動。這種啟動方式用在重載啟動，它是將電動機的啟動轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，其優(yōu)點是啟動平滑，柔性好，對拖動系統(tǒng)有更好的保護，其目的是保護拖動系統(tǒng)，延長拖動系統(tǒng)的使用壽命，同時降低電機啟動時對電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載啟動方式。其缺點是啟動時間較長。
　?。?）轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動。在啟動開始階段，讓晶閘管在極短的時間內(nèi)全導通后回落，再按原設定的值線性上升，進入恒流啟動，該啟動方：式與轉(zhuǎn)矩控制啟動相仿也是用在重載并需克服較大靜摩擦的啟動場合，：同的是在啟動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升。縮短啟動時間。但是，突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其他負荷，應用時要特別注意。
　?。?）電壓控制啟動。這種啟動方式用在輕載啟動的場合，在保證啟動壓降下發(fā)揮電動機的最大啟動轉(zhuǎn)矩，盡可能地縮短了時間，是最優(yōu)的輕載啟動軟啟動方式。
3．2 電子軟啟動器的停機方式
　　停機方式有3種：一是自由停車，二是軟停車，三是制動停車。自由停車即慣性停車（斷電自停）；軟停車是軟啟動器將額定電壓按軟停車設定的時間緩慢降至起始電壓 后停止輸出的一種停車方式，它可以消除由于自由停車帶來的拖動系統(tǒng)反慣性沖擊；制動停車是向電機輸入直流電流，從而加快制動。制動時間可調(diào)，主要用于慣性力矩大的負載或需快速停機的場合，在一定的場合代替了反接制動停車。電子軟啟動器最大的停車優(yōu)勢就是軟停車和制動停車。軟停車消除了由于自由停車帶來的拖動系統(tǒng)反慣性沖擊。制動停車在一定的場合代替了反接制動停車。
3．3 電子軟啟動器的運行特點
　　它能使電機啟動電壓以恒定的斜率平穩(wěn)上升，啟動電流小，對電網(wǎng)無沖擊電流，減小負載的機械沖擊。啟動電壓上升斜率可調(diào)，保證了啟動過程的平滑性，啟動電壓可依據(jù)不同的負載在30％ ～70％ （ 為額定電壓）范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)?？筛鶕?jù)不同的負載設定啟動時間。在小范圍內(nèi)可用來調(diào)壓調(diào)速，運用節(jié)能模式可實現(xiàn)節(jié)能運行。平滑軟停功能，可消除慣性沖擊及水錘效應，具有短路、缺相、過熱、過載、欠壓保護等多種保護功能，且有通訊端口可實現(xiàn)網(wǎng)絡通訊與遠程控制。
4 電子軟啟動器的應用范圍
　　電子軟啟動器以其良好的啟動和停機性能以及完善的保護功能，在各行各業(yè)中已推廣應用，異步電動機凡不需要調(diào)速的各種應用場合均可使用，特別適用于需要軟啟動與軟停車的各種泵類負載或風機類負載。對于變負載工況，電動機長期處于輕載運行，只有短時或瞬間處于滿負荷運行的場合，應用電子軟啟動器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能效果。在水利行業(yè)它解決了水泵運行時很多難以解決的問題，而傳統(tǒng)的降壓啟動設備由于固有的弱點，已無法滿足現(xiàn)實要求的需要，所以選擇智能型電子啟動設備是必然的發(fā)展方向。
5 結(jié)論
　　在墾利水庫泵站工程設計和其他工程設計中，在選擇電動機的啟動設備時，為了提高工程質(zhì)量，降低成本，提高企業(yè)效益，便于工程管理，首先選用電子軟啟動器作為電動機啟動設備。現(xiàn)在墾利水庫泵站工程已竣工驗收，啟動器運行狀況良好。