泵站高壓電機裝置啟動方式研究

楊衛健

摘 要：高壓電機的軟啟動以其對電機損害小，能夠延長機組使用壽命等優點，得到了快速的發展。本文結合某泵站工程實例，對各種高壓電機裝置軟啟動方式進行了介紹，并分析比較了各種軟啟動的工作原理及技術特點，最終選擇了適合本工程的晶閘管高壓軟啟動方式。

關鍵詞：泵站；電機；軟啟動裝置

0 引言

隨著我國經濟的快速發展及工業化進程的不斷加快，高壓電機在各類企業及工程中的應用也越來越多，高壓電機的啟動方式也日益受到重視。在高壓電機啟動中，直接啟動高壓電機，會導致電網電壓的急劇下降，對電網中其他電器設備的正常運行造成影響，同時還會引起電機過熱，對電機造成損害，縮短電機的使用壽命。而高壓電機的軟啟動能夠減少對電網的沖擊，延長機組的使用壽命，得到了越來越廣泛的應用。

1 軟啟動裝置分類

軟啟動指在電動機啟動過程中，電壓由零慢慢平滑、無級地提升到額定電壓，其全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的啟動運行。軟啟動裝置是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新型電機控制裝置?？煞譃橛屑壓蜔o級兩類。傳統的軟啟動均是有級的，如星/角變換軟啟動，自耦變壓器軟啟動、電抗器軟啟動等。

2 各種軟啟動裝置簡介

（1）高壓變頻軟啟動器：通過利用現代變頻調速SPWM技術，在保持電機為恒定的情況下啟動，可以在限流同時保持高的啟動轉矩。其啟動性能很好，是比較理想的一種軟啟動裝置，價格貴是制約其推廣應用的主要因素。

（2）磁控軟啟動：從電抗器軟啟動衍生出來的，用三相電抗器串在電動機定子上實現降壓是兩者的共同點，磁飽和軟啟動不同于電抗器軟啟動的主要區別是其限流作用的強弱變化可控。

（3）高壓液態電阻軟啟動：采用高壓液態電阻軟啟動裝置，可無級控制，啟動性能好、價格低廉，但液阻箱容積大，必須定期補水，受環境影響大，且制作、運輸、安裝困難。

（4）晶閘管高壓軟啟動將電力電子技術和微機控制技術應用在軟啟動器上，以晶閘管和控制電路為主電路、以單片機為中央控制器來完成測量及各種控制算法，使軟啟動器具備很強的功能和靈活性，達到全方位的軟啟動器性能，同時還能實現直接計算機通訊控制。

3 不同軟啟動裝置比較

不同軟啟動裝置比較情況見表1。

表1 高壓電機軟啟動裝置比較

4 晶閘管高壓軟啟動

4.1 晶閘管高壓軟啟動裝置概述

軟啟動裝置以計算機控制技術和電力電子技術相結合，主回路的開關元件采用高壓大功率晶閘管，通過改變晶閘管的導通角來控制電動機啟停電壓的平穩升降和無觸點通斷，實現電動機的平穩啟停。

4.2 晶閘管高壓軟啟動裝置技術特點

（1）串聯晶閘管設有可靠的靜態、動態均壓保護措施，具有技術先進、結構緊湊、安全可靠、維護方便等特點。

（2）采用先進的光纖傳輸技術、電流變換技術，對晶閘管的觸發檢測與低壓控制回路之間進行有效控制。

（3）采用雙CPU結構，以16位數字信號處理器DSP執行核心控制，使設備控制實時高效、穩定性好。

（4）采用信號多級處理及隔離技術，系統具有很強的抗干擾能力。

（5）控制系統能準確地采集高壓主回路的同步信號和電流信號，有效地實現閉環控制。

（6）軟啟動裝置具有旁路功能，啟動完成后自動切到旁路運行，并能提供實時監控和保護信號。

（7）軟啟動裝置具備自檢、保護功能。如：缺相及欠壓保護、可控硅組件保護、啟動超時保護、三相電流不平衡保護、運行過流保護、電源過壓保護、聯鎖控制保護，分別輸出無源硬接點，送至后臺監控。

（8）軟啟的控制回路能滿足設計需要，通過轉換開關可順利地在“軟啟動/直接啟動”之間切換。其中旁路真空開關具有機械保持的操作機構，能直接啟動交流電動機。

（9）顯示。顯示屏為LCD，具有背光、屏幕保護功能；采用中文顯示，菜單操作簡單，人機界面良好。

4.3 控制原理與技術性能

4.3.1 控制原理

控制原理如圖1所示。

圖1 控制原理

4.3.2 技術性能

（1）采用先進的光纖傳輸技術，實現高壓晶閘管的觸發檢測與低壓控制回路之間的隔離。

（2）采用雙CPU結構。用先進的數字信號處理器DSP執行核心控制，用單片機對數據及通信進行管理，使設備控制實時高效、顯示直觀、可靠性高、穩定性好。

（3）采用信號多級處理、隔離技術，使系統具有很強的抗干擾能力。

（4）采用大屏中文顯示、薄膜按鍵設置的控制器，操作簡單，人機界面良好。

（5）具有RS—485標準接口，可與上位機或集中控制中心進行通訊。

4.3.2.1 控制方式可選

（1）斜坡電壓控制。給予一定的初始輸出電壓U0和軟啟時間，軟啟按設定的起始電壓開始工作。電機在啟動過程中，電壓隨時間線性上升，直至電機達到額定轉速，軟啟檢測到電流下降，發出旁路信號，啟動過程完成。初始電壓U0為全電壓的20%～85%，大小可隨負載類別而調整，重負載初始電壓適當高一些。

（2）限流控制。給予一定的限流系數I0（限流系數指電機額定電流的倍數），電機在啟動過程中，按限流控制方式輸出電壓，電機啟動電流限制在Imax內，直至電動機完成啟動。

（3）恒壓控制。給予一定的輸出電壓U0，當電壓被限制在恒壓值U0時，電壓將被限制在一定范圍內，在限制的時間內，電流平穩上升，直至電動機完成啟動。

（4）軟停控制。使電機從額定轉速線性平穩地下降為零即為“軟停車”。通過控制晶閘管的“導通角”即可實現“軟停車”功能，可防止“水錘”效應。

4.3.2.2 啟動方式可選

（1）現場按鈕啟動。從軟啟裝置控制界面選擇“現場按鈕啟動”菜單，啟動和停止信號由外部送入。啟動信號要求是自復位式無源常開觸點（如有特殊要求需在運行設計時指明）。

（2）鍵盤按鍵啟動。從軟啟裝置控制界面選擇“鍵盤按鍵啟動”菜單，電機的啟動和停止均可從軟啟動裝置的控制鍵操作。

（3）上位機遙控啟動。從軟啟裝置控制界面選擇“上位機遙控啟動”菜單，通過RS485通訊接口與上位機進行通訊，電機的啟動和停止均由上位機控制。

（4）組合啟動。從軟啟裝置控制界面選擇“組合啟動”菜單，“外部按鈕啟動”、“上位機遙控啟動”、“鍵盤按鈕啟動”三種控制方式均可以對電機進行啟?？刂?。

5 結語

綜上所述，高壓電機的軟啟動克服了電機直接啟動的弊端，限制了啟動電流和電壓，并降低了對電機的損害，得到了越來越廣泛的應用。在工程高壓電機軟啟動方式選擇中，相關技術人員要綜合分析、評價各種軟啟動方式的工作原理、技術特點及經濟可靠性，選擇最適合的軟啟動方式，從而提高工程的社會經濟效益。

參考文獻

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