1引言

　　交流異步鼠籠電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)的過程中，將產(chǎn)生5~7倍于電動(dòng)機(jī)額定電流的起動(dòng)電流，過大的起動(dòng)電流嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)、接觸器的使用壽命；同時(shí)，由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，增加了轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損和額外維護(hù)；另外，還會(huì)造成很大的電網(wǎng)壓降，影響廠用電的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是在事故情況下，可能造成事故擴(kuò)大。所以，需要在電網(wǎng)和電機(jī)之間加入軟起動(dòng)器來解決以上問題。

　　隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，晶閘管軟起動(dòng)裝置應(yīng)運(yùn)而生。三相異步電動(dòng)機(jī)的起停技術(shù)發(fā)生了劃時(shí)代的變化。晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品問世不過30年左右的時(shí)間，而其主要性能卻大大優(yōu)于磁控軟起動(dòng)、液阻軟起動(dòng)等傳統(tǒng)軟起動(dòng)方式。它的體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，幾乎免維護(hù)，功能齊全，起動(dòng)重復(fù)性好，保護(hù)周全，目前已成為軟起動(dòng)領(lǐng)域中佼佼者。

　　結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，本文詳細(xì)介紹了晶閘管軟起動(dòng)器在水泵上的應(yīng)用。

　　2晶閘管方式軟起動(dòng)

　　2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　晶閘管軟起動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示。在圖1中，QS為高壓隔離開關(guān)，QF1、QF2為真空斷路器，SCR為（普通）晶閘管，M為中壓電動(dòng)機(jī)。QF1伺職主電路的通斷，QF2伺職電力器件的旁路。

　　在SCR軟起動(dòng)裝置里，SCR共6組，每組含（根據(jù)電壓的高低和可控硅的耐壓值來確定m的值）個(gè)相串的SCR。

　　圖1晶閘管軟起動(dòng)器主電路原理圖

　　2.2系統(tǒng)基本工作原理

　　利用晶閘管的開關(guān)特性，通過晶閘管的觸發(fā)角來改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制到電機(jī)的輸出電壓，達(dá)到控制電機(jī)的起動(dòng)特性。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)過程完畢后，就讓交流接觸器吸合（如圖1所示意，即QF2吸合），短路所有的晶閘管，是電動(dòng)機(jī)直接連到電網(wǎng)上。

　　2.3起動(dòng)方式

　　1、電壓斜坡軟起動(dòng)

　　電壓斜坡軟起動(dòng)方式下的軟起動(dòng)器的輸出電壓并不是由0上升至額定電壓Ue，而是由一個(gè)起始電壓U0開始的。因?yàn)殡姍C(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，所以電壓過低則電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也很小。如果電機(jī)的的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電機(jī)并不能運(yùn)行，反而會(huì)使電機(jī)發(fā)熱，因此電壓斜坡軟起動(dòng)方式下的軟起動(dòng)器的輸出電壓是從某起始電壓U0開始的。起始電壓U0要根據(jù)負(fù)載的特性設(shè)定出能使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最小電壓值。

　　2、斜坡恒流軟起動(dòng)

　　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)定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短。

　　3、階躍起動(dòng)

　　開機(jī)，即以最短時(shí)間，使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，即為階躍起動(dòng)。通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速起動(dòng)效果。

　　4、電壓雙斜坡起動(dòng)

　　在起動(dòng)過程中，電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加，在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓Us，Us根據(jù)負(fù)載可調(diào)，將Us調(diào)到大于負(fù)載靜磨擦力矩，使負(fù)載能立即開始轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輸

　　出電壓從Us開始按一定的斜率上升(斜率可調(diào))，電機(jī)不斷加速。當(dāng)輸出電壓達(dá)到達(dá)速電壓Ur時(shí)，電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。軟起動(dòng)器在起動(dòng)過程中自動(dòng)檢測(cè)達(dá)速電壓，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使輸出電壓達(dá)到額定電壓。

　　5、限流起動(dòng)

　　就是電機(jī)的起動(dòng)過程中限制其起動(dòng)電流不超過某一設(shè)定值(Im)的軟起動(dòng)方式。其輸出電壓從零開始迅速增長，直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后保持輸出電流I這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整。對(duì)電網(wǎng)影響小，其缺點(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。

　　6、突跳起動(dòng)

　　在起動(dòng)開始階段，讓晶閘管在極短的時(shí)間內(nèi)全導(dǎo)通后回落，再按原設(shè)定的值線性上升，進(jìn)入恒流起動(dòng)，該起動(dòng)方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。

　　以上多種控制方式中比較有代表性的是電壓斜坡和限流軟起動(dòng)。

　　2.4停止模式

　　1、自由停車

　　當(dāng)要停止的時(shí)候，按啟動(dòng)按鈕，旁路接觸器斷開，晶閘管不工作，讓電機(jī)自由停止。

　　2、軟停止

　　軟停止，相當(dāng)于軟起動(dòng)的逆過程。當(dāng)停止時(shí)，斷路器先斷開，然后由晶閘管將額定電壓緩慢降低到一定電壓值。

　　3、制動(dòng)停車

　　制動(dòng)是使運(yùn)行中的機(jī)車、車輛及其他運(yùn)輸工具或機(jī)械等停止或減低速度的動(dòng)作。制動(dòng)停車，就是讓設(shè)備迅速停止。

　　3水泵

　　3.1概述

　　水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加，主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。

　　3.2分類

　　根據(jù)泵的工作原理劃分為離心泵、旋渦泵、混流泵、軸流泵、電動(dòng)泵、蒸汽泵、齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵、滑片泵、噴射泵、升液泵、電磁泵、潛水泵等。

　　3.3水泵主要特性

　　1、揚(yáng)程特性

　　水泵的揚(yáng)程是指水泵能夠揚(yáng)水的高度，通常用H表示，單位是m。揚(yáng)程以葉輪中心線為基準(zhǔn)，分由兩部分組成。從水泵葉輪中心線至水源水面的垂直高度，即水泵能把水吸上來的高度，叫做吸水揚(yáng)程，簡稱吸程；從水泵葉輪中心線至出水池水面的垂直高度，即水泵能把水壓上去的高度，叫做壓水揚(yáng)程，簡稱壓程。即水泵揚(yáng)程=吸水揚(yáng)程+壓水揚(yáng)程。

　　揚(yáng)程特性，以管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明在某一轉(zhuǎn)速下，供水揚(yáng)程與流量見的關(guān)心特性，稱為揚(yáng)程特性。養(yǎng)成特性反映了用戶用水量大小對(duì)供水揚(yáng)程的影響，即用戶的用水量越大，則管道中的摩擦損耗以及增大流速所需揚(yáng)程也越大，故供水揚(yáng)程越小。所以，揚(yáng)程特性說明供水揚(yáng)程是全揚(yáng)程減去損失揚(yáng)程的結(jié)果。揚(yáng)程特性與轉(zhuǎn)速有關(guān)，水泵的轉(zhuǎn)速下降，其供水能力也下降，揚(yáng)程特性將下移。

　　2、管阻特性

　　管阻是閥門和管道系統(tǒng)對(duì)水流的阻力，其與管路的直徑和長度、管路各部分的阻力系數(shù)，以及液體的流速等因數(shù)有關(guān)。

　　管阻特性，以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，供水揚(yáng)程與流量之間的關(guān)系，稱之為管阻特性。管阻特性實(shí)際上是管道系統(tǒng)的負(fù)載特性，他表明為了在管路內(nèi)得到一定量的流量，水泵必須提供的揚(yáng)程。如果供水揚(yáng)程小于靜揚(yáng)程，將不能供水。當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，管阻系數(shù)將增加，管阻也將增大，在揚(yáng)程相同的情況下，流量將減小，管阻特性曲線將上揚(yáng)。

　　3、供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)

　　揚(yáng)程特性和管阻特性的交點(diǎn)，稱之為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，在這一點(diǎn)上，供水系統(tǒng)既符合了揚(yáng)程特性，又符合了管阻特性，因此供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。

　　3.4水錘效應(yīng)

　　水錘效應(yīng)是指在水管內(nèi)部，管內(nèi)壁光滑，水流動(dòng)自如。當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉，水流對(duì)閥門及管壁，主要是閥門會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，迅速達(dá)到最大，并產(chǎn)生破壞作用。壓力的沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲，猶如錘子敲擊管子一般，稱為“水錘效應(yīng)”。在水利管道建設(shè)中都要考慮這一因素。相反，關(guān)閉的閥門在突然打開后，也會(huì)產(chǎn)生水錘，叫負(fù)水錘，也有一定的破壞力，但沒有前者大。

　　4實(shí)際應(yīng)用

　　4.1工況

　　某自來水廠電網(wǎng)的余量比較小，為了保證在起動(dòng)過程中不影響其他設(shè)備運(yùn)行，對(duì)水泵起動(dòng)電流要求很嚴(yán)格。

　　4.2工作原理

　　1、起動(dòng)

　　水泵由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)瞬間要克服軸承摩擦轉(zhuǎn)矩（為額定轉(zhuǎn)矩的30%～50%），在泵流體輸送管道中控制閥門的開放和關(guān)閉會(huì)造成靜壓，影響起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

　　水泵屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于通常慣性較大，且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的提高而增大，起動(dòng)之初不需要多大轉(zhuǎn)矩，因此而利用軟起動(dòng)將其起動(dòng)，優(yōu)先采用轉(zhuǎn)矩類起動(dòng)方式。因?yàn)殡姍C(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，所以此現(xiàn)場(chǎng)采用電壓斜坡起動(dòng)，能夠更容易控制起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，更好的發(fā)揮軟起的作用，避免水錘效應(yīng)。

　　2、停車

　　在水泵的停止過程中，同樣會(huì)產(chǎn)生水錘效應(yīng)。當(dāng)采用自由停車時(shí)，水泵電機(jī)立即斷電，系統(tǒng)失去驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，水頭會(huì)迅速超過電機(jī)慣量，使泵電機(jī)快速停止。這種狀況會(huì)引起管道及閥門的壓力突生，易引起管道及閥門的損壞。因此，在水泵的停止過程中應(yīng)采用軟停止，延長停止時(shí)間，減緩沖擊。

　　4.3起動(dòng)運(yùn)行記錄

　　某自來水廠的電機(jī)為6KV/900KW異步電機(jī)，其采用晶閘管軟起動(dòng)器后的起動(dòng)記錄如表1：

　表1軟起動(dòng)器運(yùn)行記錄

　　5結(jié)束語

　　軟起動(dòng)器在不同的場(chǎng)所應(yīng)根據(jù)負(fù)載的類型，有針對(duì)性的選擇起動(dòng)方式，這樣才能使軟起動(dòng)器的性能更好的發(fā)揮。

　　作者簡介

　　高鵬宇男電氣工程師，現(xiàn)就職于亞泰集團(tuán)哈爾濱水泥有限公司動(dòng)力部,負(fù)責(zé)電氣設(shè)備和工程管理。