船舶電力系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，通常其容量相對陸地上的電網(wǎng)來說是較小的。負載的投入和切除會影響船舶電網(wǎng)的頻率和電壓，特別是突加和突卸較大的負荷時會引起船舶電網(wǎng)頻率和電壓較大的波動，影響供電質量，嚴重時會引起船舶電站主開關跳閘事故。在船舶電站負荷中，泵類負載占有很大一部分比例,而這些負載幾乎都是由鼠籠式三相異步電動機帶動的。鼠籠式三相異步電動機的起動電流是其額定電流的6～7倍，如果泵類負載采用直接啟動的辦法，就會影響船舶電站的供電質量；另外這些泵類負載傳送的通常是液體，如果突然啟動或者突然停車會造成液擊，損壞管道系統(tǒng)。因此，很有必要在船上應用一種裝置保證泵類負載軟啟動和軟停車，避免上述不利情況產生。本文以西門子3RW30型軟啟動器為例，講述了3RW30型軟啟動器的軟啟動和軟停車等功能在船舶上的應用。 1　軟啟動器概述 目前市場上出售的啟動器有兩種類型：軟啟動型和硬啟動型。所謂硬啟動,就是在電動機啟動過程中，其繞組上所加的電壓是突變的，例如“Y△”降壓啟動等;所謂軟啟動,就是使用調壓裝置在規(guī)定時間內,自動將啟動電壓連續(xù)平滑地上升,直到達到電機額定電壓。軟啟動器按結構分有磁控軟啟動器、晶閘管軟啟動器、液阻軟啟動器等 幾種類型。其中以電力電子晶閘管式軟啟動器應用最為廣泛, 3RW30型軟啟動器就屬于該種類型。 1. 1　電力電子軟啟動器的工作原理 如圖1所示，在三相電源與電機間串入3對反并聯(lián)的晶閘管，利用晶閘管移相控制原理，改變晶閘管的觸發(fā)角從而改變軟啟動器的輸出電壓。 [align=center] 圖1　軟啟動器的工作原理[/align] 啟動時,電動機端電壓隨著晶閘管的導通角增大而逐漸上升，轉速也隨著增大，直到達到電機的額定電壓，從而結束啟動過程。停車時，軟啟動器內晶閘管導通角從大逐漸減小，使輸出的電壓逐漸減小到零,電機轉速也隨著降為零,從而完成停車過程。 1. 2　電力電子軟啟動器的啟動方式 1）電壓雙斜坡軟啟動式。在啟動過程中將軟啟動器的輸出電壓由小到大沿斜坡線型上升，電機輸出力矩隨電壓增加而增加。3RW30型軟啟動器就屬于該種啟動方式。 2）限流啟動式。這是一種在電機的啟動過程中限制其啟動電流使其不超過設定值的軟啟動方式。該方式主要應用于輕載啟動場合。 3）轉矩控制啟動式。它是將電動機的啟動轉矩由小到大線型上升,是最優(yōu)的重載啟動方式。 4）脈沖突跳啟動式。這是在電機啟動開始階段讓晶閘管在極短時間內全導通后回落,再按原設定的值線性上升,進入恒流啟動。這種啟動方式適用于重載并需要克服較大摩擦力的場合。 2　3RW 30型軟啟動器的相關說明 1） 3RW30型軟啟動器的可調參數(shù)。3RW30型軟啟動器為西門子軟啟動器系列中的一種，該產品適用于單速電動機。在該裝置上能對啟動電壓，啟動時間以及停止時間分別進行單獨設定。啟動時間在0～20 s范圍內可調,啟動電壓在電動機的額定電壓約30% ～100%范圍內可調，停止時間在0～20 s范圍內可調。 2） 3RW30型軟啟動器適用場合。3RW30型軟啟動器可適用船上泵類及其他裝置，降低啟動電流和避免管道內液體壓力聚變，延長管道系統(tǒng)的使用壽命。它最大的優(yōu)點是軟啟動、軟停車，不間斷轉換時無電流峰值。 3）選用準則。3RW30型軟啟動器必須按電動機的額定電流來選擇相應的軟啟動器。軟啟動器的額定電流必須大于或等于電動機的額定電流。 4） 3RW30型軟啟動器不需另配旁路接觸器。3RW30型軟啟動器在通電的過程中，大功率半導體元件始終有一個耗散功率,從而引起自身發(fā)熱。為了減少這種耗散功率，在電動機啟動后用軟啟動器內部繼電器的觸頭將半導體元件旁路掉。這樣既解決了散熱問題，又不需要在軟啟動器外部另設旁路接觸器。 5） 3RW30型軟啟動器結構經(jīng)濟性。3RW30型軟啟動器,可利用兩相控制方法，就可獲得良好的啟動。兩相中使用晶閘管，第三相由軟啟動器內部線路旁路，這樣可減少器件的材料費用，增加經(jīng)濟性。 3　3RW 30型軟啟動器在船上應用的可行性分析 　　 1）適合船舶電站容量有限的特點。由于船舶電站容量有限，大功率負載如果是硬啟動，由于鼠籠式三相異步電動機的啟動電流是其額定電流的6～7倍，船舶電網(wǎng)的電壓、頻率就會出現(xiàn)較大波動,嚴重時會造成跳閘事故。國家規(guī)定在電機啟動時，其電網(wǎng)壓降不能超過15%，這必須要采用電站增容的辦法，或者采用降壓啟動電機的辦法來解決問題。如果負載采用3RW30型軟啟動器軟啟動，電動機的啟動電流由零平滑地增大，這樣對電網(wǎng)的沖擊較小，電網(wǎng)的頻率和電壓波動也不會過大，這就適合船舶電站容量有限的特點。 2）適合船上泵類負載特點。在船上泵類機械占有船舶機艙設備中很大一部分比例,這些泵類負載傳送的都是液體。對水泵、油泵等泵類負載,由于其流量Q與轉速n成正比,泵系統(tǒng)的負載轉矩M與液流壓力P和轉速有以下基本關系式： 由此可見，泵轉速的微小變化將引起負載轉矩和液流壓力較大幅度的變化。在泵類電動機直接啟動和停車的過程中，都將引起轉矩突變而導致產生“水錘效應”，液體產生巨大沖擊力，破壞管路系統(tǒng)設施。而3RW30型軟啟動器有軟啟動和軟停車功能，完全消除了上述現(xiàn)象。 3）有著較強的經(jīng)濟性。節(jié)能型軟啟動器節(jié)電率在14% ～22%之間，如按節(jié)電率18%計算,一臺7. 5 kW的電動機,按每天工作8 h計算，一年可省電3 942 （kW·h），按0. 25元/ （kW·h）計算，折合人民幣986元，實際上船舶很多泵類負載工作時間多于8 h，特別是為主機和發(fā)電機服務的泵類，也就是說節(jié)約的資金還要大于這個數(shù)字。而一臺7. 5kW的3RW30型軟啟動器的市場價格約為1 200元，一年多就可收回成本。另外由于采用軟啟動和軟停車,泵類負載系統(tǒng)內不會形成液擊，船舶設備檢修成本也降低了。 4　3RW 30型軟啟動器在船上的應用實例 某老齡船舶在修船時，新增加了一臺壓載泵，·27·由于壓載泵功率較大，電站又老化，壓載泵一啟動，電站主開關就會跳閘，維修人員經(jīng)過分析決定對控制線路進行改造，采用3RW30型軟啟動器進行控制，如圖2所示。 [align=center] 圖2　3RW 30型軟啟動器控制線路[/align] 改造完后，電站、壓載泵等工作正常。圖2中13、14兩點間觸頭工作狀態(tài)是在軟啟動器通電時就閉合，斷電時斷開； 23、24兩點間觸頭工作狀態(tài)是電動機達到額定電壓時閉合，其余時間斷開。 5　結束語 3RW30型軟啟動器的軟啟動和軟停車等功能適合船舶電站容量有限的特點，有效降低了液體對泵類負載管道系統(tǒng)的破壞力，大大改善了電動機的運行條件。3RW30型軟啟動器應用到船舶中，有著較強的實用性和經(jīng)濟性，值得推廣。