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范相林

1  前言
在水電廠，大量機(jī)械設(shè)備的拖動(dòng)大都采用交流異步鼠籠電動(dòng)機(jī)，例如壓油泵、消防供水泵、排水泵等。交流異步鼠籠電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)的過程中，將產(chǎn)生5~8倍于電動(dòng)機(jī)額定電流的起動(dòng)電流，過大的起動(dòng)電流嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)、接觸器的使用壽命；同時(shí)，由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，增加了轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損和額外維護(hù)；另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率較大時(shí)，造成很大的電壓降，影響廠用電的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是在事故情況下，可能造成事故擴(kuò)大。所以，較大容量的電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用降壓起動(dòng)。
傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方法有Y/△轉(zhuǎn)換和自耦變壓器降壓起動(dòng)。雖然這兩種起動(dòng)方法均可以降低起動(dòng)電流，但是在降壓起動(dòng)過程完成后的分檔投切和加全壓的瞬間，仍將產(chǎn)生數(shù)倍額定電流的尖峰電流，也會(huì)影響廠用電源的安全及電氣、機(jī)械設(shè)備的使用壽命。而電子軟起動(dòng)器的誕生則解決了上述問題，它作為一種降壓起動(dòng)元件，既能改變電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性，保護(hù)所拖動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，更能降低起動(dòng)電流，保護(hù)電氣設(shè)備，減小電動(dòng)機(jī)起動(dòng)對電源系統(tǒng)的沖擊，是理想的電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)選擇。
2  軟起動(dòng)器幾種接線方式的比較
軟起動(dòng)器按其主回路的接線方式大致可分為典型接線方式（如圖1所示）、帶旁路接觸器接線方式（如圖2所示）、帶隔離接觸器接線方式（如圖3所示）等幾種，各種接線方式比較見表1。
筆者認(rèn)為，在水電廠使用軟起動(dòng)器時(shí)，比較適合采用典型控制接線方式，一方面是其接線簡單，檢修維護(hù)方便，并能充分發(fā)揮其全面的內(nèi)置保護(hù)功能。另外，水電廠使用的異步電動(dòng)機(jī)數(shù)量較少，而且，大多數(shù)為間歇運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間較短，其產(chǎn)生的高次諧波對電網(wǎng)的影響并不足以影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

表1  三種接線方式比較

3  軟起動(dòng)器控制功能介紹及應(yīng)用
在軟起動(dòng)器的應(yīng)用中，除了選擇合適的接線方式，主要是要根據(jù)負(fù)荷特征選擇其起動(dòng)性能，現(xiàn)在，大多數(shù)品牌的軟起動(dòng)器提供以下幾種起動(dòng)方式：
(1)  軟起動(dòng)
該方式是最常用的起動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)得到預(yù)設(shè)定的初始轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩可在轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的0%~90%范圍內(nèi)，由用戶調(diào)節(jié)。在按斜坡加速期間，輸出給電動(dòng)機(jī)的電壓，從初始轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的電壓開始無級(jí)地增加。加速度時(shí)間從0~30秒，可由用戶調(diào)節(jié)。在電壓升高的過程中，當(dāng)軟起動(dòng)器檢測到電動(dòng)機(jī)已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，輸出電壓將會(huì)自動(dòng)切換到全電壓。其起動(dòng)過程如圖4所示。 

(2)  突跳起動(dòng)
該功能為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)提供一個(gè)提升電壓以克服負(fù)載的慣性，該負(fù)載需要一個(gè)附加的高轉(zhuǎn)矩方能起動(dòng)。其起動(dòng)過程如圖5所示，它能提供的附加電流是滿載電流的550%。由用戶調(diào)節(jié)的可選擇突跳起動(dòng)時(shí)間范圍從0.0秒至2.0秒。 

(3)  限流起動(dòng)
該方式為電動(dòng)機(jī)提供一個(gè)固定電壓的減壓起動(dòng)。當(dāng)必須限制最大起動(dòng)電流時(shí)，可使用該方式。電流限制水平可由用戶在電動(dòng)機(jī)滿載電流的50%~600%之間調(diào)節(jié)，如圖6所示，同時(shí)限流時(shí)間可從0~30秒由用戶調(diào)節(jié)。在限流起動(dòng)方式中，一旦軟起動(dòng)器檢測到電動(dòng)機(jī)已達(dá)到額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)，輸出電壓將會(huì)自動(dòng)切換成全壓輸出。 

可以看出，軟起動(dòng)方式是非常優(yōu)秀的降壓起動(dòng)方式，八盤峽水電廠的軟起動(dòng)器全部采用軟起動(dòng)方式，調(diào)整初始轉(zhuǎn)矩為30%，起動(dòng)時(shí)間為10秒，使用效果良好。
4  水電廠在使用軟起動(dòng)器時(shí)應(yīng)注意的問題
(1)  由于軟起動(dòng)器本身沒有短路保護(hù)，為保護(hù)其中的晶閘管，應(yīng)該采用快速熔斷器（自動(dòng)空氣開關(guān)的開斷時(shí)間較長，為0.1秒，不能有效地保護(hù)晶閘管）。設(shè)計(jì)時(shí)可依據(jù)廠家提供的產(chǎn)品樣本，根據(jù)軟起動(dòng)器的額定電流選擇相應(yīng)的快熔斷器。
(2)  當(dāng)軟起動(dòng)器使電機(jī)停機(jī)時(shí)，只是晶閘管不導(dǎo)通，在電機(jī)與電源之間并沒有形成電氣隔離。如果此時(shí)檢修軟起動(dòng)器之后的線路、電機(jī)，那是不安全的。所以在電機(jī)一次控制回路中應(yīng)在軟起動(dòng)器之前增加斷路器。
(3)  軟起動(dòng)器具有多種內(nèi)置的保護(hù)功能，如失速及堵轉(zhuǎn)測試、相間平衡、欠載保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)等，對電機(jī)而言起到了進(jìn)一步的保護(hù)作用。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況通過編程來選擇保護(hù)功能或使某些保護(hù)功能失效。例如在消防泵控制系統(tǒng)中，由于消防泵是消防應(yīng)急負(fù)荷，它是在消防救火的緊要關(guān)頭工作的。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，最重要的問題是消防泵能可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)打水，而對消防泵電機(jī)的保護(hù)就不是重要問題。所以上面提到的某些保護(hù)功能可以通過編程使它失效，或者使保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)而不是作用于使消防泵電機(jī)停機(jī)。前面提到的過載保護(hù)功能也只應(yīng)動(dòng)作于信號(hào)。
(4)  軟起動(dòng)器在通過電流時(shí)將會(huì)產(chǎn)生熱耗散，安裝時(shí)應(yīng)注意在其上、下方留出一定空間，以使空氣能流過其功率模塊。當(dāng)軟起動(dòng)器額定電流較大時(shí)，要采用風(fēng)機(jī)降溫。風(fēng)機(jī)的電源可取自電機(jī)控制系統(tǒng)的二次回路。
5  結(jié)語
總之，軟起動(dòng)器是一種新型的、性能優(yōu)良的起動(dòng)裝置，是交流異步電機(jī)起動(dòng)器的首選產(chǎn)品。但是由于目前的軟起動(dòng)器主要為進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格較高，一般為150~200元/千瓦。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)功率、拖動(dòng)設(shè)備對電機(jī)起動(dòng)性能的要求、對電源的影響等多方面的因素，確定是否使用軟起動(dòng)器。也希望將有越來越多價(jià)廉物美的產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上，以使軟起動(dòng)器能夠取代傳統(tǒng)的起動(dòng)器，使其應(yīng)用迅速推廣并發(fā)揮效益。