晶閘管軟起動技術的應用分析

杜勝祥

摘要：針對某單位醫學研究大樓消防系統中噴淋泵、消火栓泵起動控制柜進行改造的實例，依據設備的現狀及運行中存在的問題，通過比較、分析，提出了采用晶閘管軟起動技術的解決方案。為電動機起動方式的選擇提供了可借鑒的方法。

關鍵詞：電動機；晶閘管軟起動技術；應用

交流鼠籠型異步電動機是目前應用最為廣泛的電氣設備，他們的起動通常采用電阻降壓起動、Y/Δ起動、自耦變壓器降壓起動等方式。這些傳統起動設備價格低廉，是通過降低電動機的起動電壓來降低起動電流，起動方式采用分步跳躍上升的恒壓起動，起動過程中產生較大起動電流，影響供電電壓的質量，造成供電線路損耗增大，對機械設備產生沖擊。對于容量較大的電動機，這些危害尤為嚴重。電動機軟起動智能化技術的應用成功地解決了上述問題。某單位醫學研究大樓消防系統的噴淋泵、消火栓泵原采用自耦變壓器降壓起動，現改為晶閘管軟起動器起動，改造后起動平穩，運行可靠，保證了消防系統的有效、安全運行。

1概況及存在的問題 某單位醫學研究大樓消防系統現有噴淋泵2臺、消火栓泵2臺，功率皆為37Kw，原采用自耦變壓器降壓起動，自1999年4月投入運行，到改造前已運行了10余年，因使用時間較長，起動系統中空氣開關、接觸器等老化嚴重，空氣開關短路保護（瞬時及短延時）不能可靠動作，接觸器有時有拒動現象，自耦變壓器起動時發熱嚴重，不能連續起動，設備亟待更新。發生火災時如果噴淋泵、消火栓泵不能及時起動，火情不能及時撲救，將危及樓內人員和設備的安全，損失嚴重。

2解決方案

針對噴淋泵、消火栓泵起動柜存在的問題，為保證消防系統的可靠運行，必須對起動柜進行改造，改造時電動機的起動應滿足以下條件：

a. 電動機的輸出力矩滿足機械系統對起動力矩的要求，保證平滑加速，平穩過渡，避免破壞性力矩沖擊；

b. 起動電流滿足電動機承受能力的要求，避免電動機過熱，造成絕緣破壞或燒毀；

c. 起動電流滿足電網電能質量相關規范、標準的要求，減少電壓暫降幅度，減少高次諧波含量等。

為此，將目前常用的電動機起動方式進行了比較：

表1 常用的電動機起動方式比較表

序號 起動方式 特點 適用范圍

1 電阻降壓起動 1、起動電流較大，起動轉矩小。

2、允許起動次數由起動電阻容量決定。

3、起動變阻器的耗電量較大，不節能。 適用于小容量（7.5Kw及以下）電動機的起動。

2

Y/△起動 1、起動時為分步跳躍上升的恒壓起動，起動電流小，但二次沖擊電流較大；起動轉矩較小。

允許起動次數較高。

3、設備價格較低，應用較廣。 適用于定子繞組為三角形接線的中、小容量電機的起動。

3 自耦變壓器降壓起動 1、通過降低電壓（60%Ue、80%Ue），恒壓起動。起動電流小，起動轉矩較大。

2、不能頻繁起動，允許連續起動2~3次。

3、設備價格較Y/△起動高，但性價比較優，得到廣泛應用。 適用于大、中容量電動機的起動。

4 變頻器軟起動 1、在低速時可以任意調節電動機轉矩，起動轉矩可達150%的額定轉矩，也可以恒轉矩起動電動機，起動電流可限制在1.5倍額定電流以內?？梢攒浲＼嚒?/p>

2、缺點是：運行時在電源測產生諧波電流，使電壓、電流波形畸變，影響電能質量，干擾電子設備的正常工作。

3、設備價格比Y/△起動、自耦減壓起動、晶閘管軟起動設備高。 適用于需要調速的、起動轉矩大的電動機。起動及運行過程中一直工作。

5 晶閘管軟起動 1、通常為斜坡電壓起動，也可突跳起動；起動電流、起動轉矩、上升下降的時間可調，有多種控制方式 ；可帶多種保護。

2、允許起動次數較高；可以使電機“柔性”起動， “柔性”停止，是一種電動機電壓平滑上升的無級減壓起動模式，減緩了起動時造成的機械和電氣沖擊。

3、設備價格僅次于變頻器軟起動 適用于不需要調速的、起動轉矩大的電動機的起動。起動時工作，起動后退出，短時工作。

通過以上比較，并結合現有設備的情況：消火栓泵、噴淋泵功率較大（37kW），且運行中不需要調速，起動設備具有“軟停車”功能，可以防止“水鍾”效應，同時比較了各種改造方案的費用，最終確定改造方案：采用晶閘管軟起動器作為消防系統中噴淋泵、消火栓泵的起動設備。

通過市場調查研究，選擇了雷諾爾JJR系列電動機軟起動器。

雷諾爾JJR系列全數字軟起動控制器以先進的微處理器為核心，控制大功率晶閘管組件，該起動器具有斜坡升壓起動、斜坡恒流起動、軟停車功能，參數均可根據負載自行設定。軟起動裝置輸出電壓按設定規律上升，使受控電動機轉矩按優化的加速曲線完成起動過程后，關斷晶閘管組件，旁路交流接觸器閉合，為電動機供電。

3雷諾爾JJR系列電動機軟起動器的工作原理及功能

3.1工作原理

圖1JJR系列軟起動器控制原理圖

如圖1 雷諾爾JJR系列軟起動器采用三對反并聯的晶閘管串聯于電動機三相供電電路上，利用晶閘管的電子開關特性，通過控制其電壓的大小以達到控制電動機的軟起動過程。當電動機起動完成并達到額定電壓，三相旁路接觸器吸合，使電動機直接投入運行，由于JJR系列電動機軟起動器采用了雙單片機控制，可根據負載特性設置各種起動參數，因此有較強的負載適應性。

軟起動一般有以下幾種形式：

a．斜坡升壓軟起動。這種起動方式是通過設定電動機的輸入電壓的上升速率來完成電動機的起動過程，由于電壓從初始值上升變化（初始值可保證電動機的最大起動力矩），所以整個起動過程可以保證電動機平穩的起動，該值的設定范圍可在電動機的額定電壓的30%~80%之間選擇。

b．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電流逐漸增加，當電流達到預先設定的值后保持恒定，直至起動完畢。起動過程中，電流上升變化的速率可以根據電動機負載調整設定。電流上升速率大，則起動轉矩大，起動時間短。該起動方式是應用最多的起動方式，尤其適用于風機、泵類負載的起動。

c．階躍起動。開機即以最短時間，使起動電流迅速達到設定值，即為階躍起動。通過調節起動電流設定值，可以達到快速起動的效果。

d．脈沖沖擊起動。在起動初始階段，讓晶閘管在極短時間內以較大電流導通一段時間后回落，再按原設定值線性上升，進入恒流起動。該起動方法，在一般負載中較少應用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動場合。

雷諾爾JJR系列軟起動器主要有斜坡恒流起動（圖2）、斜坡升壓起動（圖3）兩種控制模式。

圖2 斜坡恒流起動電流變化圖

說明：Ie 為電動機的額定電流。Im為電動機起動時預先設定的限流值，可根據用戶電網容量及電動機負載情況確定，Im的設定范圍為（1.5~5.0）Ie。

圖3 斜坡升壓起動電壓變化圖

說明：Ue為電動機的額定電壓。

JJR系列軟起動器的停車方式有兩種：

a.自由停車：靠負載慣性自由停車。

b.軟停車：如圖4，晶閘管在得到停車指令后，從全導通逐漸減小導通角，經過一段時間過渡到全關閉的過程。停車時間可根據需要在0~120s間調整。

圖4軟停車電壓變化圖

3.2功能

雷諾爾JJR系列全數字式軟起動器具有全面的工作狀態LED顯示功能，友好的人機對話界面，控制單元功能范圍覆蓋5.5~500kW的電動機。該起動器還具有以下功能：