軟啟動器在煤礦井下大功率水泵起動中的應用

【摘要】給出了三相異步電動機的幾種起動方式，重點分析軟起動器的啟動特性。本文的目的旨在解決煤礦井下水泵的起動，并給出大功率水泵采用軟啟動器啟動的合理性。

【關鍵詞】水泵，起動，軟起動器，特性

Soft starter the big power water pump starts under the coal mine well in of application

CUI Jingmin， WANG Kexuan(XINyi Coal mine ，YIma Object， XIN’an，471821，China) 

【Abstract】Give three dissimilitudes tread electric motor of several kinds start a way， the point analysis is soft to start the start characteristic of the machine.The textual purpose aim is solving the coal mine well watering to pump of start， and give a big power water pump use the rationality that the soft starter start.

【Keywords】The water pump；Start；Soft start a machine；Characteristic

義煤集團新義煤業有限公司，是一家核定年生產能力為120萬噸的現代化礦井為主題的股份制企業，主井井筒深度為673m，副井井筒深度為698 m，自35KV變電所4條回路采用MYJV22-6000 3×240電纜，供向井下中井變電所，主排水泵采用8臺為1400KW電機拖動，每條回路供兩臺大泵運行。

三相異步電動機從發明以來，經歷了100多年的歷程，在這漫長的歲月里，它為奠定與發展這項經典的傳動技術豎立了豐碑。由于其具有結構簡單、運行可靠、維護方便、價格低廉，而廣泛作用于煤礦電力拖動系統中的動力，有大量的應用。然而，電動機的起動特性卻一直舉步艱難。這是因為電動機在恒壓下直接起動，其起動電流約為額定電流的4-7倍，其轉速要在很短時間內從零升至額定轉速，會在起動過程中產生沖擊，很容易使電力拖動對象的傳動機構等造成嚴重磨損甚至損壞。在起動瞬間大電流的沖擊下，將引起電網電壓降低，影響到全礦電網內其它設備的正常運行。同時由于電壓降低，電動機本身起動也難以完成，造成電機堵轉，嚴重時，可能燒壞電動機。因而如何減少異步電動機起動瞬間的大電流的沖擊，是電動機運行中的首要問題。為此必須設法改善電動機的起動方法，使達到電動機的平滑無沖擊的起動，于是各種限流起動方法也就應運而生。

1電機傳統的起動方法

1.1定子串接電抗器或電阻降壓起動對于鼠籠式異步電機一般采用定子回路串電抗器分級起動，繞線式異步電機則采用轉子回路串電抗器起動。定子邊串電抗器起動，即增加定子邊電抗值，可理解為降低定子實際所加電壓，其目的是減少起動電流。此起動方式屬降壓起動，缺點是起動轉矩隨定子電壓的降低而成平方關系下降，外串電阻中有較大的功率損耗。又由于是分級起動，起動特性不平滑。

1.2Y-Δ起動起動時定子繞組Y形連接，運行時則接成Δ形連接。對于運行時定子繞組為Y形的鼠籠型異步電動機則不能用Y-Δ起動，在電動機繞組Y形連接時，電動機電流僅為三角形連接的1/3，遺憾的是電動機的轉矩也同樣降低到三角形接線時的1/3，為了使電動機在額定轉速時達到它的額定轉矩，在經歷了預先設定的時間后，又從星形接線轉換到三角形接線，在轉換過程中會出現二次沖擊電流。Y-Δ起動方法簡單，價格便宜，因此在輕載啟動條件下，應優先采用。我國采用Y-Δ起動方法的電動機額定電壓都是380V繞組是Δ接法。

1.3自耦變壓器起動當電動機起動時，電動機的定子通過自耦變壓器接到三相電源上。當電機轉速升高到一定值時，自耦變壓器被切除，電動機定子直接接到電源上，電動機進入正常運行狀態。同直接起動時相比，當電壓降到W2/W1倍時，起動電流和起動轉矩降到(W2/W1)2倍(W2/W1為自耦變壓器的變比)。這種起動方式的優點是起動時定子電壓的大小可調。比起定子串電抗起動，當限定的起動電流相同時，起動轉矩損失較少。要使變壓器的容量和耐壓水平提高，將使得變壓器的體積增大，成本高，且不允許頻繁起動，同樣也不能帶重負載起動。

1.4頻敏變阻器起動對于繞線式異步電機來說，如果僅僅是為了限制起動電流、增大起動轉矩，則一般采用轉子回路串頻敏變阻器起動方式。但此起動方式在頻繁起動下，易發生溫升，且結構復雜，不常用。

由此可知上述幾種起動方式的共同特點是控制電路簡單，起動轉矩基本固定不可調，起動中都存在二次沖擊電流，對負載機械有沖擊轉矩，且受電網電壓波動的影響，一旦出現電網電壓下降，會造成電機堵轉，起動困難，且上述幾種起動方法，在停機時都是瞬間停機，遇到負載較重時會造成劇烈的機械沖擊，在煤礦中均不宜采用。

2軟起動器啟動

所謂軟起動是指裝置輸出電壓按一定規律上升，使被控電動機的電壓由零升到全電壓，轉速相應的由零平滑加速到額定轉速的過程。它是電力電子技術與自動化控制技術的綜合，是將強電和弱電結合起來的控制技術。在軟起動器中三相電源與被控電機之間串入三相反并聯晶閘管，采用反并聯接線的晶閘管接在電動機的每相，利用晶閘管移相控制原理，控制其內部晶閘管的導通角，電動機起動時，用調節6個晶閘管的不完全導通來控制電動機的供電電源。換言之，起動時只有三相正弦波形的一部分向電動機供電。高壓軟起動器在結構上分為如下幾個部分：主回路，旁路，反饋回路和控制回路。

2.1主回路由三路晶閘管系統組成，每一路包括輸入接線端子（接電源）和輸出接線端子（接負載）。

2.2旁路主要部件是高壓真空接觸器，輸入和輸出端子分別跨接在三路晶閘管的電源和負載之間。

2.3反饋回路主要部件是分壓電阻總成和反饋板，為控制器提供反饋信號。

2.4控制回路以SMC控制器件為核心部件，以接口板，驅動板等為外圍部件，構成軟起動器的控制系統。

運行方式接通主電源，根據外部所給信號（如：按鈕，PLC等）起動控制器，控制器通過內部運算按照設定的程序開通晶閘管驅動負載。控制器通過對起動曲線和轉速的監測和運算，投入旁路真空控制器，切除晶閘管系統，完成軟起動過程。當需要停車時，通過外部信號（比如：按鈕，PLC等）停止控制器工作。軟起動的優點是起動特性曲線好，使晶閘管的導通角從零度開始，逐漸前移，電機的端電壓從零開始逐漸上升，直至達到額定電壓，起動電流從零線性上升至設定值，從而滿足水泵起動轉矩的要求，保證起動成功。但由于我們主要用于井下水泵的起動，一旦速度達到了1/3全速，可以控制相應的接觸器，使它們切換到隔爆型高壓真空饋電開關，在軟起動器作用下完成，此次起動結束。因為此時電壓相對較小，切換的過程中，不會有很大的沖擊電流。由于采用無環流控制方式，有換流死區，所以輸出波形有一點畸變。可以采用快速的，比較好的零電流檢測方法來減小死區時間。

3結束語

傳統起動方式將逐漸被軟啟動器所替代，隨著這一技術相對成本的不斷降低，人們節能意識的不斷深入，該技術在礦井水泵的啟動中的應用必將迎來一個全新的改革時期。

4參考文獻

1張勇.電機拖動與控制[M].機械工業出版社，2000