馬艷陽，翟周科

（1.陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710300；2.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安710032）

軟起動(dòng)在污水處理上的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

馬艷陽1，翟周科2

（1.陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安710300；2.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西西安710032）

軟啟動(dòng)跟傳統(tǒng)的直接啟動(dòng)、自耦降壓?jiǎn)?dòng)相比，有很大的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)三種啟動(dòng)方式作了比較，介紹了軟啟動(dòng)在污水處理上的應(yīng)用，分析了軟啟動(dòng)器在應(yīng)用設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中應(yīng)注意的問題。

軟啟動(dòng)；污水處理；應(yīng)用設(shè)計(jì)；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

在某污水處理廠，有三臺(tái)排污電機(jī)，電機(jī)功率均為55 kW，AC380V，采用的是直接啟動(dòng)方式，在剛投入運(yùn)行時(shí)電機(jī)起動(dòng)正常，之后由于技術(shù)改進(jìn)增添了一些設(shè)備，電源總?cè)萘坑兴黾?，再啟?dòng)這三臺(tái)排污電機(jī)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)總開關(guān)跳閘的現(xiàn)象。經(jīng)分析技術(shù)改進(jìn)后總開關(guān)的容量正常運(yùn)行時(shí)也能滿足要求，但因這三臺(tái)排污泵的啟動(dòng)電流大，總造成總開關(guān)跳閘。針對(duì)這一問題，提出將這三臺(tái)泵的啟動(dòng)方式改為軟啟動(dòng)方式，設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)器，并現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，有效地解決這一問題。

1 幾種起動(dòng)方式比較

當(dāng)前非調(diào)速電機(jī)的啟動(dòng)方式一般分為：直接啟動(dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)和軟啟動(dòng)三種方式。

直接啟動(dòng)，即所謂的全電壓?jiǎn)?dòng)，起動(dòng)電流一般會(huì)達(dá)到電動(dòng)機(jī)額定電流的4~7倍，對(duì)用電設(shè)備和電網(wǎng)會(huì)造成很大的沖擊，一般小功率的電機(jī)（15kW以下）采用直接啟動(dòng)方式[3]。

降壓?jiǎn)?dòng)，對(duì)于大、中型功率的電機(jī)（45kW以下），當(dāng)其容量超過供電變壓器容量的25%時(shí)，采用降壓?jiǎn)?dòng)方式[4]。降壓?jiǎn)?dòng)分為星-三角啟動(dòng)和自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)兩種形式，啟動(dòng)電流相對(duì)比較低，但也存在沖擊電流，對(duì)用電設(shè)備和電網(wǎng)會(huì)造成一定的危害。

這兩種啟動(dòng)方式起動(dòng)電流都比較大，導(dǎo)致供電電網(wǎng)電壓壓降過大，干擾同一供電電網(wǎng)上的其他設(shè)備，對(duì)前端變壓器容量要求大。

軟啟動(dòng)器使用相角控制技術(shù)控制晶閘管，能有效克服直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)的缺點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)平緩起動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)及用電設(shè)備的沖擊相對(duì)較小。

2 軟啟動(dòng)器的設(shè)計(jì)

針對(duì)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)器時(shí)，主要要注意的是軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)方式的選擇、停車方式的選擇和電路設(shè)計(jì)時(shí)本地啟動(dòng)及遠(yuǎn)程啟動(dòng)兩種方式的切換。

2.1 啟動(dòng)方式選擇

軟啟動(dòng)器由三組反并聯(lián)的晶閘管串聯(lián)而成（如圖1所示），通過控制其觸發(fā)角的大小來改變電動(dòng)機(jī)輸入電壓，控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速。軟啟動(dòng)器一般的啟動(dòng)方式有限流啟動(dòng)和電壓斜坡啟動(dòng)兩種方式。

圖1 晶閘管反并聯(lián)圖

采用限流啟動(dòng)方式啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，輸出電壓逐步升高，使電動(dòng)機(jī)逐漸加速，電機(jī)輸出電流最大達(dá)到電流限幅值，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加速到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，其輸出電流迅速下降到電機(jī)額定電流Ie，完成整個(gè)啟動(dòng)過程。電流限幅值的大小可以根據(jù)實(shí)際負(fù)載的情況進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定范圍一般為電機(jī)額定電流Ie的0.2~4倍[2]。采用限流啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間和限流倍數(shù)大小有關(guān)，限流倍數(shù)越小，啟動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，反之則越短。一般在對(duì)啟動(dòng)電流有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合，特別是電網(wǎng)容量偏小，要限制啟動(dòng)容量時(shí)用限流啟動(dòng)模式，一般設(shè)定在2.5～3倍之間，設(shè)定太小也會(huì)造成不能正常啟動(dòng)。

電壓斜坡啟動(dòng)模式，當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)器的輸出電壓立刻達(dá)到初始電壓值，然后按所設(shè)定的斜波逐漸上升，電動(dòng)機(jī)隨著電壓的上升逐步加速，當(dāng)電壓達(dá)到電機(jī)額定電壓Ue時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，整個(gè)啟動(dòng)過程完成?？筛鶕?jù)負(fù)載情況設(shè)定初始電壓和啟動(dòng)時(shí)間，初始電壓的設(shè)定范圍為0～380 V，啟動(dòng)的斜波時(shí)間設(shè)定范圍為1～200 s.電機(jī)初始電壓設(shè)定的越大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩就越大，但是啟動(dòng)瞬間的沖擊也就越大。啟動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短只與設(shè)定的啟動(dòng)時(shí)間值及負(fù)載的輕重有關(guān)，和限流倍數(shù)無關(guān)。大慣性負(fù)載或?qū)?dòng)電流要求不嚴(yán)，而對(duì)啟動(dòng)平穩(wěn)性要求較高的場(chǎng)合適用選擇電壓斜坡啟動(dòng)模式，這種啟動(dòng)方式，可大大降低啟動(dòng)沖擊力。

針對(duì)本項(xiàng)目情況選擇限流起動(dòng)方式。

2.2 軟啟動(dòng)停車方式選擇

軟啟動(dòng)器的停機(jī)控制模式有自由停機(jī)及軟停機(jī)兩種方式，可以根據(jù)負(fù)載的大小及工況進(jìn)行選擇。

自由停機(jī)：當(dāng)軟啟動(dòng)器接收到PLC或外部端子發(fā)的停機(jī)指令后，首先斷開旁路接觸器，封鎖主回路晶閘管的輸出，電機(jī)根據(jù)負(fù)載的慣性逐步停機(jī)。

軟停機(jī)：當(dāng)選擇軟停車時(shí)，軟啟動(dòng)器接收到PLC或外部端子發(fā)的停機(jī)指令后，電動(dòng)機(jī)的供電由旁路接觸器轉(zhuǎn)換到主回路晶閘管，輸出電壓按設(shè)定的時(shí)間逐步降低，直到電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。停車時(shí)間可根據(jù)負(fù)載要求進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定范圍一般為1～100 s.

本項(xiàng)目選擇軟停機(jī)方式。

2.3 軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)

本次軟啟選用西普的STR055B數(shù)字式交流電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器，工作模式設(shè)計(jì)有本地和遠(yuǎn)程選擇由旋鈕SA1來選擇，本地時(shí)通過按按鈕SB1啟動(dòng)電機(jī)，SB2停止電機(jī)，遠(yuǎn)程時(shí)通過PLC控制電機(jī)的啟停。電路如圖2所示。

圖2 軟起動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖

3 軟啟動(dòng)的調(diào)試

3.1 啟動(dòng)前應(yīng)注意的問題

首先在電機(jī)接入軟啟動(dòng)器之前要檢查電機(jī)的絕緣電阻，因?yàn)檐泦?dòng)器主回路元件為晶閘管，電機(jī)和軟啟動(dòng)器相連后用高壓兆歐表測(cè)量電機(jī)的絕緣電阻，將會(huì)損壞軟啟動(dòng)器的晶閘管。

其次，用手動(dòng)盤車的方法檢查電機(jī)和機(jī)械設(shè)備能否正常靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)檢查電機(jī)與設(shè)備之間的連軸器是否正確安裝，若電機(jī)和機(jī)械設(shè)備發(fā)生堵轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的情況，絕對(duì)不能用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)電機(jī)。

然后檢查軟啟動(dòng)器與電機(jī)之間的接線是否正確，若正確無誤，即可啟動(dòng)。

3.2 參數(shù)設(shè)置

首先核對(duì)電動(dòng)機(jī)和軟啟動(dòng)器的額定電壓、額定電流、功率以及電機(jī)的極對(duì)數(shù)等參數(shù)是否匹配。然后設(shè)置參數(shù)，如表1所示。

表1 軟啟動(dòng)器參數(shù)設(shè)置[1]

3.3 帶電機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)

根據(jù)以上電路及參數(shù)設(shè)置，先進(jìn)行本地方式的運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)整電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間及啟動(dòng)方式，以達(dá)到機(jī)械設(shè)備的要求。一般情況啟動(dòng)時(shí)間的選擇為軟啟動(dòng)器負(fù)載越大，啟動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)。啟動(dòng)初始電壓不要設(shè)定得過大，只要初始轉(zhuǎn)矩能夠滿足負(fù)載啟動(dòng)即可。

本地方式的運(yùn)轉(zhuǎn)良好，達(dá)到機(jī)械設(shè)備的要求后，切換到遠(yuǎn)程模式，用中控PLC運(yùn)行，至此軟啟動(dòng)器就調(diào)試完畢。

4 結(jié)束語

通過應(yīng)用軟啟動(dòng)有效解決了非調(diào)速電機(jī)啟動(dòng)時(shí)總開關(guān)跳閘的這一問題，在今后非調(diào)速電機(jī)的啟動(dòng)方式選擇上提供了一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]西安西普電力電子有限公司，STR數(shù)字式交流電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器使用說明書V5.3[M].西安：西安西電出版社，2014：13.

[2]徐以榮，冷增祥.電力電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2000：68.

[3]孫志平.電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)綜述[J].吉林：吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（03）：70.

[4]柳青.異步電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)與軟制動(dòng)技術(shù)[J].湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（02）：12.

Design and Application of Soft Starter in Wastewater Treatment

MA Yan-yang1，ZHAI Zhou-ke2
（1.Shaanxi Institute of Technology，Xi’an Shaanxi 710300，China；2.China National Heavy Machinery Research Institute Co.，Ltd.，Xi’an Shaanxi 710032，China）

Soft start with traditional direct start，auto start，there are great advantages.This paper compares three methods for starting，the soft start used in sewage treatment，analysis of the application of soft starter in the design，should pay attention to in the field debugging problems.

soft start；wastewater treatment；application design；field debugging

TM573

：A

：1672-545X（2017）01-0132-03

2016-10-19

馬艷陽（1979-），女，陜西華縣人，副教授，研究生，主要從事電子技術(shù)及自動(dòng)化方面的教學(xué)與研究工作。