軟啟動(dòng)裝置在氯堿化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

戚少庸，張鐵飛

（杭州電化集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 311228）

交流鼠籠式電動(dòng)機(jī)在氯堿化工企業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，如用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等負(fù)載。但啟動(dòng)時(shí)沖擊電流很大，在電機(jī)容量較大時(shí)，會(huì)對電網(wǎng)及其他負(fù)載造成干擾甚至危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行。為了解決這個(gè)問題，采用多種降壓啟動(dòng)方式，如早期的串聯(lián)電抗或電阻啟動(dòng)方式、自耦變壓器降壓啟動(dòng)方式、星-三角轉(zhuǎn)換啟動(dòng)器等。

軟啟動(dòng)是集電子技術(shù)、微處理技術(shù)及模糊控制技術(shù)于一體的具有先進(jìn)的科技水平，運(yùn)行安全可靠的電機(jī)控制裝置（國內(nèi)稱為soft starter），它具有很多傳統(tǒng)電機(jī)啟動(dòng)裝置無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)制作的軟啟動(dòng)器則是從20世紀(jì)70年代開始推廣的，其后，美國宇航局工程師諾瓦又把功率因數(shù)控制技術(shù)結(jié)合進(jìn)去，以及采用微電腦代替模擬控制電路，發(fā)展成現(xiàn)代的智能化軟啟動(dòng)器。

1 軟啟動(dòng)器工作原理分析

軟啟動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間。主電路圖見圖1（僅畫一相）。

圖1 軟啟動(dòng)器主電路圖

如圖1所示，軟啟動(dòng)器主要由電壓檢測回路、電流檢測回路、微處理器、存儲(chǔ)器、可控硅（SCR）、觸發(fā)電路、內(nèi)置接觸器（JC）、顯示器和輸入鍵盤等組成。使用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，CPU調(diào)用相關(guān)程序和數(shù)據(jù)，通過改變觸發(fā)脈沖的移相角，控制SCR的導(dǎo)通角，使晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，啟動(dòng)過程結(jié)束，軟啟動(dòng)器自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動(dòng)過程相反。當(dāng)電動(dòng)機(jī)軟停止時(shí)，SCR投入工作，電流切換到SCR回路。接觸器JC的觸點(diǎn)無流斷開，CPU通過控制SCR的導(dǎo)通角，使電機(jī)電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

2 軟啟動(dòng)裝置的開、停車方式

軟啟動(dòng)方式主要有2種：（1）電壓斜坡啟動(dòng)，見圖2。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電壓迅速上升到初始電壓U1，然后依設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間 t（t1，t2，t3）逐漸上升，直至電網(wǎng)額定電壓 Ue。 圖中 U1、t可調(diào)。 （2）限流啟動(dòng)見圖 3。 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，輸入電壓從零迅速增加，直到輸出電流上升到設(shè)定的限流值Iq，然后，在保證輸出電流不大于Iq下，電壓逐漸上升，電機(jī)加速，完成啟動(dòng)過程。啟動(dòng)電流根據(jù)負(fù)載情況在電機(jī)額定電流的1.5～4.0倍之間選擇。

圖2 電壓斜坡啟動(dòng)示意圖

圖3 泥流起動(dòng)示意圖

軟停車主要通過控制電壓的下降時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的緩慢下降。

3 選用軟啟動(dòng)器的注意事項(xiàng)

目前市場上常見的軟啟動(dòng)器有旁路型、無旁路型、節(jié)能型等。根據(jù)負(fù)載的特性選擇不同類型的軟啟動(dòng)器。

（1）旁路型。在電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的軟啟動(dòng)器，降低晶閘管的熱損耗，提高其工作效率。也可以用1臺(tái)軟啟動(dòng)器去啟動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。

（2）無旁路型。晶閘管處于全導(dǎo)通狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)工作于全壓方式，忽略電壓諧波分量，經(jīng)常用于短時(shí)重復(fù)工作的電動(dòng)機(jī)。

（3）節(jié)能型。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷較小時(shí)，軟啟動(dòng)器自動(dòng)降低施加于電動(dòng)機(jī)定子上的電壓，減少電動(dòng)機(jī)電流勵(lì)磁分量，提高電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)。

4 軟啟動(dòng)器在氯堿生產(chǎn)中的應(yīng)用

鑒于軟啟動(dòng)器在電機(jī)拖動(dòng)中啟動(dòng)和停機(jī)環(huán)節(jié)中顯示的優(yōu)異的性能，杭州電化集團(tuán)有限公司在技術(shù)改造和新建項(xiàng)目中，逐步采用性能更為優(yōu)異的軟啟動(dòng)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的啟動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)大電機(jī)的控制，現(xiàn)通過對污水泵和壓縮機(jī)2個(gè)不同的負(fù)載特性來說明。

4.1 軟啟動(dòng)器在排污納管項(xiàng)目中應(yīng)用

所謂排污納管，就是將化工廠區(qū)內(nèi)的所有的工業(yè)污水匯集在一個(gè)污水池內(nèi)，當(dāng)水位高于某一設(shè)定值時(shí)，控制儀表發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)水泵，將污水排到污水總管內(nèi)，由污水處理廠統(tǒng)一進(jìn)行處理；當(dāng)水位低于某一設(shè)定水位時(shí)，水泵自動(dòng)停止。對于這類的負(fù)載特性來講，電動(dòng)機(jī)主要存在2個(gè)問題：其一，污水量較大時(shí)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁，特性電機(jī)和接觸器的使用壽命縮短。其二，因工藝的要求，污水管道采用塑料材質(zhì)，管道連接采用塑料焊接，其機(jī)械強(qiáng)度遜于鐵制管道。因而，開停泵時(shí)所產(chǎn)生的“水錘效應(yīng)”易使管道產(chǎn)生滲漏而影響環(huán)保。采用軟啟動(dòng)器裝置的軟啟動(dòng)和軟停車的功能可以有效防止這類情況的發(fā)生。

在電氣接線的設(shè)計(jì)中，軟啟動(dòng)器選用旁路型，電機(jī)控制具有自動(dòng)、關(guān)斷和手動(dòng)3種方式。自動(dòng)控制信號(hào)由來自儀表液位的接點(diǎn)信號(hào)來控制。軟啟動(dòng)器外接端子X1、X2為軟啟輸入端，接點(diǎn)閉合啟動(dòng)，斷開停止。端子X3、X4為軟停輸入端，接點(diǎn)瞬間閉合停止。端子X22、X23為斜坡到頂信號(hào)。當(dāng)啟動(dòng)過程完成，內(nèi)置觸點(diǎn)閉合控制繼電器KA4，啟動(dòng)旁路接觸器KM。當(dāng)發(fā)出停車信號(hào)時(shí)，內(nèi)置觸點(diǎn)便會(huì)斷開，電動(dòng)機(jī)按軟停車方式停車。

控制參數(shù)的設(shè)置是，啟動(dòng)器按旁路模式，啟動(dòng)方式為限電流啟動(dòng)方式，根據(jù)水泵的負(fù)載特性，限流值取4Ie。

通過一段時(shí)間的運(yùn)行，表明該裝置可靠性高，性能完善，能滿足生產(chǎn)要求。主要體現(xiàn)在：（1）使用軟啟動(dòng)器后，啟動(dòng)電流明顯降低，減少配電容量與增容投資；（2）軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)，對水泵及管道無沖擊，提高供電可靠性和供水可靠性；（3）采用軟停車方式減少對機(jī)械的沖擊，防止水錘效應(yīng)，延長水泵及其相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

4.2 軟啟動(dòng)器在壓縮冷凝工序中應(yīng)用

壓縮冷凝工序的主要作用是在聚合釜出料后，將殘余的氣相氯乙烯經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮和冷凍后還原成液態(tài)的氯乙烯回收利用。目前，一班（8 h）出料頻率一般為5釜，因而壓縮機(jī)（132 kW）啟動(dòng)頻率較高。由于供電容量寬余，原設(shè)計(jì)采用直接啟動(dòng)的方式。產(chǎn)生的沖擊電流使得交流接觸器的觸頭極易損壞，后改用框架式的空氣斷路器控制電動(dòng)機(jī)，效果也不明顯，甚至發(fā)生過因開關(guān)觸頭粘牢，不得不拉開上一級(jí)開關(guān)才得以停車的現(xiàn)象。因而決定采用軟啟動(dòng)裝置，設(shè)計(jì)采用一拖二方案，即1臺(tái)軟啟動(dòng)器帶2臺(tái)壓縮機(jī)，可以依次啟動(dòng)，停止2臺(tái)壓縮機(jī)。一拖二方案主要特點(diǎn)是節(jié)約1臺(tái)軟啟動(dòng)器，減少了投資，充分體現(xiàn)了方案的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性。

（1）啟動(dòng)過程。首先選擇1臺(tái)電動(dòng)機(jī)在軟啟動(dòng)器拖動(dòng)下按所選定的啟動(dòng)方式逐漸提升輸出電壓，達(dá)到工頻電壓后，旁路接觸器接通。然后，軟啟動(dòng)器從該回路中切除，啟動(dòng)下一臺(tái)電機(jī)。

（2）停止過程。先啟動(dòng)軟啟動(dòng)器與旁路接觸器并聯(lián)運(yùn)行，然后，切除旁路，最后，軟啟動(dòng)器按所選定的停車方式逐漸降低輸出電壓直到停止。

5 結(jié)語

軟啟動(dòng)裝置在化工生產(chǎn)中已逐漸得到廣泛的應(yīng)用，并顯示出優(yōu)點(diǎn)。（1）可減小電動(dòng)機(jī)硬啟動(dòng)（即直接啟動(dòng)）引起的電網(wǎng)電壓降，使之不影響共網(wǎng)的其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行；（2）可減小電動(dòng)機(jī)的沖擊電流，沖擊電流會(huì)造成電動(dòng)機(jī)局部溫升過大，降低電動(dòng)機(jī)壽命；可減小硬啟動(dòng)帶來的機(jī)械沖力對所傳動(dòng)機(jī)械（軸、嚙合齒輪等）的磨損；（3）減少?zèng)_擊電流以電磁波的形式電氣儀表正常運(yùn)行的干擾；（4）軟啟動(dòng)使電動(dòng)機(jī)可以起停自如，減少空轉(zhuǎn)，提高作業(yè)率，因而，有節(jié)能作用。