晶閘管軟起動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用分析

杜勝祥

摘要：針對(duì)某單位醫(yī)學(xué)研究大樓消防系統(tǒng)中噴淋泵、消火栓泵起動(dòng)控制柜進(jìn)行改造的實(shí)例，依據(jù)設(shè)備的現(xiàn)狀及運(yùn)行中存在的問題，通過比較、分析，提出了采用晶閘管軟起動(dòng)技術(shù)的解決方案。為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式的選擇提供了可借鑒的方法。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；晶閘管軟起動(dòng)技術(shù)；應(yīng)用

交流鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的電氣設(shè)備，他們的起動(dòng)通常采用電阻降壓起動(dòng)、Y/Δ起動(dòng)、自耦變壓器降壓起動(dòng)等方式。這些傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備價(jià)格低廉，是通過降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓來降低起動(dòng)電流，起動(dòng)方式采用分步跳躍上升的恒壓起動(dòng)，起動(dòng)過程中產(chǎn)生較大起動(dòng)電流，影響供電電壓的質(zhì)量，造成供電線路損耗增大，對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生沖擊。對(duì)于容量較大的電動(dòng)機(jī)，這些危害尤為嚴(yán)重。電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)智能化技術(shù)的應(yīng)用成功地解決了上述問題。某單位醫(yī)學(xué)研究大樓消防系統(tǒng)的噴淋泵、消火栓泵原采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，現(xiàn)改為晶閘管軟起動(dòng)器起動(dòng)，改造后起動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)行可靠，保證了消防系統(tǒng)的有效、安全運(yùn)行。

1概況及存在的問題 某單位醫(yī)學(xué)研究大樓消防系統(tǒng)現(xiàn)有噴淋泵2臺(tái)、消火栓泵2臺(tái)，功率皆為37Kw，原采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，自1999年4月投入運(yùn)行，到改造前已運(yùn)行了10余年，因使用時(shí)間較長(zhǎng)，起動(dòng)系統(tǒng)中空氣開關(guān)、接觸器等老化嚴(yán)重，空氣開關(guān)短路保護(hù)（瞬時(shí)及短延時(shí)）不能可靠動(dòng)作，接觸器有時(shí)有拒動(dòng)現(xiàn)象，自耦變壓器起動(dòng)時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重，不能連續(xù)起動(dòng)，設(shè)備亟待更新。發(fā)生火災(zāi)時(shí)如果噴淋泵、消火栓泵不能及時(shí)起動(dòng)，火情不能及時(shí)撲救，將危及樓內(nèi)人員和設(shè)備的安全，損失嚴(yán)重。

2解決方案

針對(duì)噴淋泵、消火栓泵起動(dòng)柜存在的問題，為保證消防系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，必須對(duì)起動(dòng)柜進(jìn)行改造，改造時(shí)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)應(yīng)滿足以下條件：

a. 電動(dòng)機(jī)的輸出力矩滿足機(jī)械系統(tǒng)對(duì)起動(dòng)力矩的要求，保證平滑加速，平穩(wěn)過渡，避免破壞性力矩沖擊；

b. 起動(dòng)電流滿足電動(dòng)機(jī)承受能力的要求，避免電動(dòng)機(jī)過熱，造成絕緣破壞或燒毀；

c. 起動(dòng)電流滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)機(jī)起動(dòng)方式進(jìn)行了比較：

表1 常用的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式比較表

序號(hào) 起動(dòng)方式 特點(diǎn) 適用范圍

1 電阻降壓起動(dòng) 1、起動(dòng)電流較大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。

2、允許起動(dòng)次數(shù)由起動(dòng)電阻容量決定。

3、起動(dòng)變阻器的耗電量較大，不節(jié)能。 適用于小容量（7.5Kw及以下）電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

2

Y/△起動(dòng) 1、起動(dòng)時(shí)為分步跳躍上升的恒壓起動(dòng)，起動(dòng)電流小，但二次沖擊電流較大；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。

允許起動(dòng)次數(shù)較高。

3、設(shè)備價(jià)格較低，應(yīng)用較廣。 適用于定子繞組為三角形接線的中、小容量電機(jī)的起動(dòng)。

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

2、不能頻繁起動(dòng)，允許連續(xù)起動(dòng)2~3次。

3、設(shè)備價(jià)格較Y/△起動(dòng)高，但性價(jià)比較優(yōu)，得到廣泛應(yīng)用。 適用于大、中容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

4 變頻器軟起動(dòng) 1、在低速時(shí)可以任意調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)150%的額定轉(zhuǎn)矩，也可以恒轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流可限制在1.5倍額定電流以內(nèi)?？梢攒浲＼?。

2、缺點(diǎn)是：運(yùn)行時(shí)在電源測(cè)產(chǎn)生諧波電流，使電壓、電流波形畸變，影響電能質(zhì)量，干擾電子設(shè)備的正常工作。

3、設(shè)備價(jià)格比Y/△起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、晶閘管軟起動(dòng)設(shè)備高。 適用于需要調(diào)速的、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)及運(yùn)行過程中一直工作。

5 晶閘管軟起動(dòng) 1、通常為斜坡電壓起動(dòng)，也可突跳起動(dòng)；起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、上升下降的時(shí)間可調(diào)，有多種控制方式 ；可帶多種保護(hù)。

2、允許起動(dòng)次數(shù)較高；可以使電機(jī)“柔性”起動(dòng)， “柔性”停止，是一種電動(dòng)機(jī)電壓平滑上升的無級(jí)減壓起動(dòng)模式，減緩了起動(dòng)時(shí)造成的機(jī)械和電氣沖擊。

3、設(shè)備價(jià)格僅次于變頻器軟起動(dòng) 適用于不需要調(diào)速的、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)工作，起動(dòng)后退出，短時(shí)工作。

通過以上比較，并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備的情況：消火栓泵、噴淋泵功率較大（37kW），且運(yùn)行中不需要調(diào)速，起動(dòng)設(shè)備具有“軟停車”功能，可以防止“水鍾”效應(yīng)，同時(shí)比較了各種改造方案的費(fèi)用，最終確定改造方案：采用晶閘管軟起動(dòng)器作為消防系統(tǒng)中噴淋泵、消火栓泵的起動(dòng)設(shè)備。

通過市場(chǎng)調(diào)查研究，選擇了雷諾爾JJR系列電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器。

雷諾爾JJR系列全數(shù)字軟起動(dòng)控制器以先進(jìn)的微處理器為核心，控制大功率晶閘管組件，該起動(dòng)器具有斜坡升壓起動(dòng)、斜坡恒流起動(dòng)、軟停車功能，參數(shù)均可根據(jù)負(fù)載自行設(shè)定。軟起動(dòng)裝置輸出電壓按設(shè)定規(guī)律上升，使受控電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩按優(yōu)化的加速曲線完成起動(dòng)過程后，關(guān)斷晶閘管組件，旁路交流接觸器閉合，為電動(dòng)機(jī)供電。

3雷諾爾JJR系列電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器的工作原理及功能

3.1工作原理

圖1JJR系列軟起動(dòng)器控制原理圖

如圖1 雷諾爾JJR系列軟起動(dòng)器采用三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)于電動(dòng)機(jī)三相供電電路上，利用晶閘管的電子開關(guān)特性，通過控制其電壓的大小以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)過程。當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成并達(dá)到額定電壓，三相旁路接觸器吸合，使電動(dòng)機(jī)直接投入運(yùn)行，由于JJR系列電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器采用了雙單片機(jī)控制，可根據(jù)負(fù)載特性設(shè)置各種起動(dòng)參數(shù)，因此有較強(qiáng)的負(fù)載適應(yīng)性。

軟起動(dòng)一般有以下幾種形式：

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

b．斜坡恒流軟起動(dòng)。這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值后保持恒定，直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過程中，電流上升變化的速率可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短。該起動(dòng)方式是應(yīng)用最多的起動(dòng)方式，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的起動(dòng)。

c．階躍起動(dòng)。開機(jī)即以最短時(shí)間，使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，即為階躍起動(dòng)。通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速起動(dòng)的效果。

d．脈沖沖擊起動(dòng)。在起動(dòng)初始階段，讓晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)以較大電流導(dǎo)通一段時(shí)間后回落，再按原設(shè)定值線性上升，進(jìn)入恒流起動(dòng)。該起動(dòng)方法，在一般負(fù)載中較少應(yīng)用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。

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

圖2 斜坡恒流起動(dòng)電流變化圖

說明：Ie 為電動(dòng)機(jī)的額定電流。Im為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)預(yù)先設(shè)定的限流值，可根據(jù)用戶電網(wǎng)容量及電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況確定，Im的設(shè)定范圍為（1.5~5.0）Ie。

圖3 斜坡升壓起動(dòng)電壓變化圖

說明：Ue為電動(dòng)機(jī)的額定電壓。

JJR系列軟起動(dòng)器的停車方式有兩種：

a.自由停車：靠負(fù)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(dǎo)通逐漸減小導(dǎo)通角，經(jīng)過一段時(shí)間過渡到全關(guān)閉的過程。停車時(shí)間可根據(jù)需要在0~120s間調(diào)整。

圖4軟停車電壓變化圖

3.2功能

雷諾爾JJR系列全數(shù)字式軟起動(dòng)器具有全面的工作狀態(tài)LED顯示功能，友好的人機(jī)對(duì)話界面，控制單元功能范圍覆蓋5.5~500kW的電動(dòng)機(jī)。該起動(dòng)器還具有以下功能：