摘要：論述了鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的幾種傳統(tǒng)起動(dòng)方式和軟啟動(dòng)器起動(dòng)方式及其優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)介紹了軟啟動(dòng)器在魯布革電廠的滲漏水排水泵運(yùn)用的情況。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；起動(dòng)特性；起動(dòng)方式；軟啟動(dòng)器
鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛采用的一種動(dòng)力機(jī)械。作為拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的電動(dòng)機(jī)，對(duì)其起動(dòng)眭能的主要要求是：①具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；②具有較小的起動(dòng)電流；③起動(dòng)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；④起動(dòng)過程中能量損耗越小越好。
1 電機(jī)起動(dòng)的傳統(tǒng)方式
鼠籠型電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)時(shí)的大電流在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂，引起電機(jī)故障；大電流還會(huì)產(chǎn)生大量的熱，損傷繞組絕緣，減少電機(jī)壽命�？刹捎迷龃笈潆娙萘炕蛳拗齐姍C(jī)起動(dòng)電流的方法來解決上述問題。如果僅僅為起動(dòng)電機(jī)而增大配電容量，這樣并不經(jīng)濟(jì)。因此，通常配備限制電機(jī)起動(dòng)電流的起動(dòng)設(shè)備。常用的方法有：
1）定子串接電抗器或者電阻起動(dòng)。定子串電抗器起動(dòng)，降低了起動(dòng)電流，但也降低了起動(dòng)電壓，使得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低得更多。因此，定子串電抗器降壓起動(dòng)只適用于電動(dòng)機(jī)的輕載起動(dòng)。
2）丫一△降壓起動(dòng)。丫一△降壓起動(dòng)也是適用于電動(dòng)機(jī)的輕載起動(dòng)，而且限于正常運(yùn)行為△接法的電動(dòng)機(jī)。魯布革電廠低壓空氣壓縮機(jī)電機(jī)就是采用此種方式。
3）自耦變壓器降壓起動(dòng)。采用自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)，與直接起動(dòng)相比較，起動(dòng)電壓降低得很多（為額定電壓的1／4—1／7），而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低得更多；且自耦變壓器不允許頻繁起動(dòng)，因而限制了它的廣泛使用。
4）延邊三角形降壓起動(dòng)。延邊三角形起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)制成后，抽頭不能隨意變動(dòng)，從而限制了延邊三角形起動(dòng)方法的應(yīng)用。
這些起動(dòng)方式都屬于有級(jí)減壓起動(dòng)，存在明顯缺點(diǎn)，即起動(dòng)過程中出現(xiàn)二次沖擊電流。
2 軟啟動(dòng)器起動(dòng)
2．1 軟啟動(dòng)器工作原理
軟起動(dòng)器是一種集軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的電機(jī)控制裝置。它不僅實(shí)現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)過程中無(wú)沖擊而平滑的起動(dòng)電流，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來調(diào)節(jié)起動(dòng)過程中的參數(shù)，如限流值、起動(dòng)時(shí)間等。此外，它還具有對(duì)電機(jī)的保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備的諸多弊端。
軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路，主電路圖見圖1。
使用軟啟動(dòng)器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)速逐漸下降到零，避免了自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。
2．2 軟啟動(dòng)器的起動(dòng)方式
2．2．1 限流起動(dòng)
在起動(dòng)過程中，限制其起動(dòng)電流不超過某一設(shè)定值（Im），然后保持輸出電流;Im的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓；使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。
2．2．2 斜坡電壓起動(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，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。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。
2．2．3 轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)
轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)用在重載起動(dòng)，它是將電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升。它的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑，柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有更好的保護(hù)，它的目的是保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，延長(zhǎng)拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。
2．2．4 轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(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)。轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)相仿也是用在重載起動(dòng)，不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動(dòng)時(shí)間。
2．2．5 電壓控制起動(dòng)
電壓控制起動(dòng)是用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，在保證起動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟起動(dòng)方式。
3 軟啟動(dòng)器在魯廠的應(yīng)用
3．1 軟啟動(dòng)器起動(dòng)、停止特性
對(duì)水泵類負(fù)荷來說，電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)，水流會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到全速，在遇到管路拐彎時(shí)，高速的水流沖擊到管壁上，產(chǎn)生很大的沖擊力，形成水錘效應(yīng)，會(huì)破壞管道。如果水泵前面的管路比較長(zhǎng)，當(dāng)水泵電機(jī)突然停止時(shí)，高速的水流會(huì)沖擊到水泵的葉輪上，產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)使葉輪變形或損壞。
魯廠1號(hào)、2號(hào)水泵房承擔(dān)地下廠房的滲漏水排出任務(wù)。1號(hào)水泵房6臺(tái)電機(jī)額定功率為110KW，額定電流202．2 A；2號(hào)水泵房3臺(tái)電機(jī)額定功率為75 kW，額定電流140 A。水泵在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題有：1號(hào)水泵房的1號(hào)檢修深井泵，由于停泵時(shí)的水錘過大，致使原鑄鐵的逆止閥爆裂，現(xiàn)在雖然更換成了緩閉逆止閥，緩解了水錘效應(yīng)，但是水錘仍會(huì)把電機(jī)的制動(dòng)止逆盤損壞。2號(hào)水泵房的2號(hào)低壓泵，水錘效應(yīng)使水泵的葉輪損壞。
2005年4月魯廠對(duì)1號(hào)、2號(hào)水泵房9臺(tái)水泵的控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將系統(tǒng)由以前的繼電器控制改成可編程控制器控制。水泵電機(jī)改造前為直接起動(dòng)，現(xiàn)用ABB公司的 PSI軟起動(dòng)器起動(dòng)。通過對(duì)軟啟動(dòng)器各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置使電機(jī)獲得較好的起動(dòng)性能。升壓時(shí)間：3s，起始電壓：60％，限流倍數(shù)：4Ie。
電機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電壓60％Ue，當(dāng)起動(dòng)電流達(dá)到4倍額定電流時(shí)，輸出電壓保持穩(wěn)定，直到電流下降到限制值以下，升壓過程才會(huì)繼續(xù)，保證了起動(dòng)電流始終小于4倍額定電流，見圖2。
水泵停轉(zhuǎn)時(shí)，水錘作用造成系統(tǒng)噪聲大，振動(dòng)大，常出現(xiàn)逆止閥斷裂、水泵使用壽命過短甚至管路破裂等故障，在供水系統(tǒng)中最難解決的問題就是水泵停機(jī)時(shí)水錘造成的危害，軟起動(dòng)器優(yōu)良的軟停功能正好從根本上解決這一難題。通過對(duì)軟啟動(dòng)器各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置使水泵獲得較好的制動(dòng)性能。降壓時(shí)間：t2一t1=3 s，結(jié)束電壓：60％Ue。
3．2 軟啟動(dòng)器其他功能
軟啟動(dòng)器還提供以下保護(hù)功能：電機(jī)過載保護(hù)，轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)保護(hù)，電機(jī)欠載保護(hù)，三相失衡保護(hù)，大電流保護(hù)，逆相保護(hù)，電機(jī)溫度保護(hù)。
3．3 軟啟動(dòng)器在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及解決方法
2006年2月，魯廠2號(hào)泵房2號(hào)低壓水泵軟啟動(dòng)器報(bào)“欠載保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，是由于水泵進(jìn)水管的過濾器堵塞，使得水泵上水量減小，流過軟啟動(dòng)器中的電流小于0．4 Ie，在到達(dá)一定時(shí)限時(shí)，軟啟動(dòng)器電機(jī)欠載保護(hù)及時(shí)將電機(jī)切除，控制系統(tǒng)起動(dòng)備用水泵。這樣既保護(hù)了電機(jī)，又能及時(shí)排水。
由于軟啟動(dòng)器保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，必需到現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)備故障原因，才能現(xiàn)場(chǎng)復(fù)歸信號(hào)；否則軟啟動(dòng)器不會(huì)實(shí)現(xiàn)再次啟動(dòng)。這給實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制的魯廠帶來了一些不便，但是從保護(hù)設(shè)備來說，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)歸信號(hào)是必要的。
魯廠在2005年參加了緬甸邦朗電站的運(yùn)行維護(hù)工作，在邦朗電站就有8臺(tái)軟啟動(dòng)器燒壞，其原因是由于緬甸的電壓極不穩(wěn)定造成的。把軟啟動(dòng)器的控制電壓由原來的380 V改為220 V，并更改接線和軟啟動(dòng)器參數(shù)后，軟啟動(dòng)器就沒有出現(xiàn)燒壞現(xiàn)象。
4 結(jié)語(yǔ)
軟啟動(dòng)器在魯廠運(yùn)行兩年多，可靠性高，性能完善，能滿足生產(chǎn)要求。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①使用軟啟動(dòng)器后，啟動(dòng)電流明顯降低，減少配電容量與增容投資。②軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)，對(duì)水泵及管道無(wú)沖擊，提高供電可靠性和排水可靠性。③采用軟停車方式減少對(duì)機(jī)械的沖擊，防止水錘效應(yīng)，延長(zhǎng)水泵及其相關(guān)設(shè)備的使用壽命。④多種起動(dòng)動(dòng)模式及保護(hù)功能融于一體，防止事故的產(chǎn)生。⑤起動(dòng)時(shí)間稍長(zhǎng)。
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