1引言

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

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

　　結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，本文詳細介紹了晶閘管軟起動器在水泵上的應(yīng)用。

　　2晶閘管方式軟起動

　　2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　晶閘管軟起動系統(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為中壓電動機。QF1伺職主電路的通斷，QF2伺職電力器件的旁路。

　　在SCR軟起動裝置里，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）個相串的SCR。

　　圖1晶閘管軟起動器主電路原理圖

　　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通時間，從而控制到電機的輸出電壓，達到控制電機的起動特性。當電機起動過程完畢后，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，是電動機直接連到電網(wǎng)上。

　　2.3起動方式

　　1、電壓斜坡軟起動

　　電壓斜坡軟起動方式下的軟起動器的輸出電壓并不是由0上升至額定電壓Ue，而是由一個起始電壓U0開始的。因為電機的起動轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，所以電壓過低則電機的起動轉(zhuǎn)矩也很小。如果電機的的起動轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，則電機并不能運行，反而會使電機發(fā)熱，因此電壓斜坡軟起動方式下的軟起動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)負載的特性設(shè)定出能使電機運轉(zhuǎn)的最小電壓值。

　　2、斜坡恒流軟起動

　　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(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至起動完畢。起動過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動機負載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則起動轉(zhuǎn)矩大，起動時間短。

　　3、階躍起動

　　開機，即以最短時間，使起動電流迅速達到設(shè)定值，即為階躍起動。通過調(diào)節(jié)起動電流設(shè)定值，可以達到快速起動效果。

　　4、電壓雙斜坡起動

　　在起動過程中，電機的輸出力矩隨電壓增加，在起動時提供一個初始的起動電壓Us，Us根據(jù)負載可調(diào)，將Us調(diào)到大于負載靜磨擦力矩，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Ur時，電機也基本達到額定轉(zhuǎn)速。軟起動器在起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。

　　5、限流起動

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

　　6、突跳起動

　　在起動開始階段，讓晶閘管在極短的時間內(nèi)全導通后回落，再按原設(shè)定的值線性上升，進入恒流起動，該起動方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動場合。

　　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。

　　2.4停止模式

　　1、自由停車

　　當要停止的時候，按啟動按鈕，旁路接觸器斷開，晶閘管不工作，讓電機自由停止。

　　2、軟停止

　　軟停止，相當于軟起動的逆過程。當停止時，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、制動停車

　　制動是使運行中的機車、車輛及其他運輸工具或機械等停止或減低速度的動作。制動停車，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械。它將原動機的機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、揚程特性

　　水泵的揚程是指水泵能夠揚水的高度，通常用H表示，單位是m。揚程以葉輪中心線為基準，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，叫做壓水揚程，簡稱壓程。即水泵揚程=吸水揚程+壓水揚程。

　　揚程特性，以管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻髟谀骋晦D(zhuǎn)速下，供水揚程與流量見的關(guān)心特性，稱為揚程特性。養(yǎng)成特性反映了用戶用水量大小對供水揚程的影響，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程也越大，故供水揚程越小。所以，揚程特性說明供水揚程是全揚程減去損失揚程的結(jié)果。揚程特性與轉(zhuǎn)速有關(guān)，水泵的轉(zhuǎn)速下降，其供水能力也下降，揚程特性將下移。

　　2、管阻特性

　　管阻是閥門和管道系統(tǒng)對水流的阻力，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，供水揚程與流量之間的關(guān)系，稱之為管阻特性。管阻特性實際上是管道系統(tǒng)的負載特性，他表明為了在管路內(nèi)得到一定量的流量，水泵必須提供的揚程。如果供水揚程小于靜揚程，將不能供水。當閥門關(guān)小時，管阻系數(shù)將增加，管阻也將增大，在揚程相同的情況下，流量將減小，管阻特性曲線將上揚。

　　3、供水系統(tǒng)的工作點

　　揚程特性和管阻特性的交點，稱之為供水系統(tǒng)的工作點，在這一點上，供水系統(tǒng)既符合了揚程特性，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，水流動自如。當打開的閥門突然關(guān)閉，水流對閥門及管壁，主要是閥門會產(chǎn)生一個壓力。由于管壁光滑，后續(xù)水流在慣性的作用下，迅速達到最大，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，也會產(chǎn)生水錘，叫負水錘，也有一定的破壞力，但沒有前者大。

　　4實際應(yīng)用

　　4.1工況

　　某自來水廠電網(wǎng)的余量比較小，為了保證在起動過程中不影響其他設(shè)備運行，對水泵起動電流要求很嚴格。

　　4.2工作原理

　　1、起動

　　水泵由靜止狀態(tài)起動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)閉會造成靜壓，影響起動轉(zhuǎn)矩。

　　水泵屬于平方轉(zhuǎn)矩負載，由于通常慣性較大，且起動轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的提高而增大，起動之初不需要多大轉(zhuǎn)矩，因此而利用軟起動將其起動，優(yōu)先采用轉(zhuǎn)矩類起動方式。因為電機的起動轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，所以此現(xiàn)場采用電壓斜坡起動，能夠更容易控制起動轉(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，同樣會產(chǎn)生水錘效應(yīng)。當采用自由停車時，水泵電機立即斷電，系統(tǒng)失去驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，水頭會迅速超過電機慣量，使泵電機快速停止。這種狀況會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，延長停止時間，減緩沖擊。

　　4.3起動運行記錄

　　某自來水廠的電機為6KV/900KW異步電機，其采用晶閘管軟起動器后的起動記錄如表1：

　表1軟起動器運行記錄

　　5結(jié)束語

　　軟起動器在不同的場所應(yīng)根據(jù)負載的類型，有針對性的選擇起動方式，這樣才能使軟起動器的性能更好的發(fā)揮。

　　作者簡介

　　高鵬宇男電氣工程師，現(xiàn)就職于亞泰集團哈爾濱水泥有限公司動力部,負責電氣設(shè)備和工程管理。