污水廠等應用大功率電機軟啟動理論分析

摘 要：基于PLC的軟啟動技術可以廣泛應用于污水處理廠、自來水廠、泵站以及大型企業的空壓氣站、冷凍站等，不僅可以減小電網電壓的波動，不影響其他設備正常工作，還可以節省設備投入的費用，提高生產效率，降低生產成本。

關鍵詞：電機； 軟啟動

中圖分類號：TM343.3 文獻標識碼：B 文章編號：1006-3315（2012）04-180-001

軟啟動技術不僅可以減小電網電壓的波動，不影響其他設備正常工作，還可以節省設備投入的費用，提高生產效率，降低生產成本。基于PLC的軟啟動技術可以廣泛應用于污水處理廠、自來水廠、泵站以及大型企業的空壓氣站、冷凍站等，具有推廣價值。

一、傳統啟動方式與軟啟動方式

1.傳統啟動方式概述

由于交流異步電動機具有體積小、結構簡單、運行可靠、經濟性強、方便維修、運行率高、工作特性好等優點，因此在電力拖動平臺中應用廣泛。在電動機的運轉過程中，大多場合都推薦直接啟動方式，這是由于直接啟動方式的啟動轉矩最大，只需要電網容量許可。但是在這種直接啟動方式下，啟動電流會達到電動機額定電流的4-7倍，較大的啟動電流會帶來線路降壓，造成電網的波動性過大，對電網中并聯的其他設備產生影響。

2.軟啟動方式的優勢

與傳統的啟動方式相比，電子式軟啟動具有諸多優點，主要體現在以下幾點：

2.1延長設備使用壽命。電動機的無階躍式平滑啟動或制動可延長機械設備的使用壽命，避免傳動元件產生的沖擊。例如軟啟動器在水泵控制系統中的應用，可減少水阻現象。這樣可減少檢修設備的時間，延長使用壽命。

2.2提高加速與減速特性。選擇電壓斜坡或者電流限幅啟動方式，可實現負荷特性曲線的優化配置。對于靜摩擦阻力比較大的負荷量來說，可采用脈沖突跳式啟動。電動機的制動方式方面，可以選擇直接切斷電源或者軟制動斜坡形式，同時向電動機定子中注入直流的節能型制動形式也具有可行性。

2.3保證運行可靠性。由于軟啟動控制系統中的數字化信號處理是在高性能單片機基礎上完成的，因此提高了啟動的可靠性。并避免傳統啟動形式下過多調整模擬線路的情況，進而獲得更好的準確度并提高處理效率。

2.4實現功能全面保護。軟啟動技術既具備過載保護功能，還可對操作故障狀態提供保護，例如對電動機堵轉、輸入/輸出缺相、晶閘管短路等故障的保護。

2.5極大降低噪音污染。由于控制單元和供電進線聯系緊密，因此在線路電網的干擾噪音時刻存在，但是由于軟啟動控制單元中，對控制信號采取光電隔離處理，并設置了不同級別的抗噪，因此可有效降低各種噪音干擾，對控制系統的影響降到最低。

二、電動機軟啟動器的選擇

通過前文對傳統啟動方式與軟啟動方式的對比，不難看出在工程設計與改造過程中，若想提高工藝自動化水平，降低企業成本、提高效益，必須選擇先進的電動機啟動設備——電子軟啟動器。在選擇電子軟啟動器時應根據其性能，針對實際情況。

1.限流啟動

限流啟動也就是對限制電動機的啟動電流，主要利用輕載啟動的負載來降低啟動降壓，但是這種方法在啟動時很難事先知道啟動降壓，無法充分利用降壓空間，造成啟動力矩的損失，對電動機應用十分不利。

2.轉矩控制啟動

這種方式主要應用于重載啟動中，將電動機的啟動轉矩由小向大呈線性趨勢上升，這種方法的優點為柔性好、啟動平穩，可更好保護拖動系統，并延長拖動系統的使用壽命，同時降低電機啟動瞬間對電網產生的沖擊。轉矩控制啟動是最佳重載啟動選擇方式，但是其缺點為啟動時間過長。

3.斜坡電壓啟動

這種方法是電壓由小至大呈斜坡線性上升趨勢，將傳統的降壓啟動形式由有級轉化成無級，多應用于重載啟動中。這種方式的缺點為初始轉矩小，由于轉矩的特性拋物線以線性上升趨勢，對拖動系統不利，過長的啟動時間也對電機帶來損耗。

4.轉矩加突跳起動

它與轉矩控制啟動方式相似，也應用于重載啟動中，但是這種方式在啟動瞬間采取突跳轉矩方式克服了電機靜轉矩，再保證轉矩的平滑上升，有效減少了啟動時間。但是在突跳時會向電網發送尖脈沖，對其他負荷有所干擾。

5.電壓控制啟動

電壓控制啟動應用于輕載起動中，在確保降低啟動壓的同時，發揮電動機的最大啟動轉矩，并縮短啟動時間，是輕載軟啟動的最佳選擇形式。

三、電動機軟啟動技術的具體應用

1.構成斷路器、旁路接觸器、控制電機以及軟啟動器組成的電動機控制中心，這是當前我國軟啟動技術應用最多的電動機軟啟動方式。在啟動與停車時，晶閘管工作，開始軟啟動。當啟動結束后，接觸器的觸點閉合，晶閘管實現短接，此時電機通入全電壓，開始正常運轉。這種應用方式的優點在于：設備運行期間電動機和電網直接相連，旁路接觸器可當作備用手段，在緊急情況下或者晶閘管發生故障時，可使電動機直接啟動，提高運行可靠性。

2.軟啟動器和PC結合的復合功能。將一臺PC程控器和兩臺或兩臺以上的軟啟動器結合，完成多套備用方案。與PC的結合應用，可實現軟啟動、軟停車、有用有備，并和中央控制室共同構成遙控監視系統。

3.污水廠電氣控制中的應用。在實際應用過程中，故障點的電流尚未形成短路電流時，可關閉主功率單元。軟啟動器與電動機的接線應提高注意，大多產品是3根出線，但也有一些產品采用6根出線形式。可將軟啟動器安裝在具備功率因素補償器系統中，但是電容器必須處于軟啟動器電源的進線一側，防止電容器放電造成的啟動器晶閘管損壞，還應在電源與電容之間連接電感線圈。一般使用的軟啟動器是不允許長期在額定負載情況下運行，應以旁路接觸器的形式，啟動完畢后實現短接。在煤礦實際應用過程中，工藝條件允許的情況下，可選擇多臺電動機使用一臺軟啟動器的形式，有效節約投資成本，軟啟動器則以其中最大電動機的容量進行選擇。

參考文獻：

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