摘 要:介紹了電機軟啟動器的基本原理和功能,分析了其在水電站排水系統(tǒng)中的應(yīng)用情況。對電機軟啟動器與傳統(tǒng)電機控制方式進行了比較,指出了其相對傳統(tǒng)控制方式的優(yōu)點,并給出了傳統(tǒng)控制方式改進的建議。
關(guān)鍵詞:電機軟啟動器;水電站排水系統(tǒng);電機控制方式
引言
錦江電站建成于20世紀90年代初,各電氣設(shè)備都相對落后。在最近的計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造中,對集水井排水泵電動機的控制采用了近年發(fā)展起來的電動機軟啟動器,取代了原有的Y - △啟動方式。
水電站集水井排水是非常重要的,哪怕有一次因故障不能抽水,都可能導(dǎo)致水淹水泵甚至水淹廠房。集水井排水系統(tǒng)由2組IS150 - 125 - 315型水泵配置Y200L - 4 （ 30 kW）型電動機和底閥、碟閥、止回閥、DN150鋼管等構(gòu)成。出水管路預(yù)埋在混凝土中固定,出水口在尾水位以下,管內(nèi)長期充滿有壓力的水,底閥到尾水面有16m的高差。其特點是電動機功率大、啟動電流大、水泵揚程高、排水量大�；诩潘闹匾�,要求水泵控制必須可靠和穩(wěn)定。
1 傳統(tǒng)的電動機啟動
電動機的控制在改造之前是Y - △啟動方式,啟動時的沖擊電流比較大,且有二次電流沖擊,威脅廠用電供電安全。該啟動方式最主要的缺點是直接停泵。由于是瞬間停泵,水泵的揚程高、流量大,停泵時止回閥、底閥也瞬時關(guān)閉使管道內(nèi)產(chǎn)生的“水錘”效應(yīng)很大,造成對止回閥、底閥、水泵的反慣性沖擊,導(dǎo)致底閥破裂漏水;同時劇烈的振動也會使法蘭間的止水膠墊破損而導(dǎo)致管道漏水,使水泵抽不上水的狀況時有發(fā)生。水泵的基座在止回閥的沖擊下產(chǎn)生移動,久而久之使水泵的軸心與電動機軸心偏離而燒壞軸承�？傊�,水泵因瞬時停泵而引起的“水錘”效應(yīng)會導(dǎo)致一系列的嚴重后果。
2 軟啟動器的基本原理和功能
2. 1 電動機軟啟動器的基本原理
電動機軟啟動器是一種集電動機軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的電動機控制裝置。它主要由2部分構(gòu)成:信息采集處理并給出指令的集成控制系統(tǒng);執(zhí)行系統(tǒng)由串接于電源與被控電動機之間的三相反并聯(lián)閘管構(gòu)成。微處理器采集電網(wǎng)的同步信號、電流信號和電動機功率因數(shù)角,控制軟件根據(jù)這3個參數(shù)的變化,應(yīng)用晶閘管相移技術(shù),控制觸發(fā)三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角,使加在電動機上的電壓按一定規(guī)律慢慢達到全電壓,從而實現(xiàn)軟啟動電動機的目的。軟啟動器體積小、轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)、啟動平穩(wěn)沖擊小并具有軟停機功能等優(yōu)點,在各種電動機控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
2. 2 電動機軟啟動器的啟動方式
電動機軟啟動器的啟動有斜坡升壓軟啟動、電流限幅啟動、階躍啟動及脈沖沖擊啟動。
斜坡升壓軟啟動過程是從加入啟動信號開始,系統(tǒng)軟件首先施加200～400ms的固定延時用于系統(tǒng)自檢,然后由系統(tǒng)輸出一個脈沖,即打開一定的晶閘管導(dǎo)通角,使三相反并聯(lián)晶閘管導(dǎo)通,加到電動機端子一個電壓以克服靜摩擦轉(zhuǎn)矩,這個電壓為軟啟動基值電壓,可設(shè)定。之后,繼續(xù)加大晶閘管導(dǎo)通角使輸出電壓線性上升,從軟啟動基值電壓無級增加到最大電壓。在加速斜坡結(jié)束時,加到電動機端子上的電壓等于電網(wǎng)輸入電壓,啟動過程完成。由于不限流,在電動機啟動過程中,有時要產(chǎn)生較大的沖擊電流,使晶閘管容易損壞,對電網(wǎng)影響也比較大,實際很少應(yīng)用。
電流限幅啟動是在電動機啟動的初始階段啟動電流逐漸增加,通過電流反饋實施閉環(huán)控制,當電流達到預(yù)先設(shè)定的值后保持恒定,直至啟動完畢,如圖1所示。在實際應(yīng)用中,啟動電流上升變化的速率可以根據(jù)電動機負載調(diào)整設(shè)定,電流上升速率大,則啟動轉(zhuǎn)矩大、啟動時間短。這種啟動方式能實現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)變的啟動控制無突跳現(xiàn)象,可實現(xiàn)電動機平滑啟動并大大減少機械傳動部分的沖擊,大大延長機械傳動系統(tǒng)的使用壽命,實際應(yīng)用也較多。
階躍啟動、脈沖沖擊啟動這2種啟動方式在排水系統(tǒng)中的應(yīng)用也較少。
2. 3 電動機軟啟動器的輕載節(jié)能功能
軟啟動器具有輕載節(jié)能的功能（如圖2所示） 。在電動機啟動完后的運行當中實時檢測電動機的功率因數(shù)（功率因數(shù)隨電動機的負載輕重而變化,負載率低時功率因數(shù)小,反之就大） ,若功率因數(shù)小,則通過CPU給出指令使電動機的端電壓降低,反之升高。輕載時,電動機的工作電壓降低,使電動機的銅損和鐵損降低,從而達到節(jié)能目的。
2. 4 電動機軟啟動器的保護功能
電動機軟啟動器在運行時引進了電流控制環(huán),因而可隨時跟蹤檢測電動機電流的變化狀況,并通過增加過載電流的設(shè)定和反時限控制來實現(xiàn)過載保護:在電動機過載時,關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報警信號。軟啟動器還隨時檢測三相線電流的變化,一旦發(fā)生斷流,即可作出缺相保護反應(yīng)。軟啟動器還有通訊的功能,能實現(xiàn)遠程控制或計算機自動控制。
2. 5 電動機軟啟動器的通訊功能
電動機軟啟動器的通訊功能在計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造中得到了很好的應(yīng)用,通過RS485串口與公用LCU交換數(shù)據(jù),使用現(xiàn)在常用的內(nèi)部協(xié)議modbus協(xié)議,針對水泵運行工況進行實時監(jiān)控。
2. 6 電動機軟啟動器的停車方式
電動機軟啟動器有自由停車、軟停車及制動停車等幾種不同的停車方式。電動機軟啟動器最重要的一種功能就是軟停車,在排水系統(tǒng)的電動機控制中其作用尤為突出。軟啟動器中的軟停車功能是當軟啟動器接收到停車的指令時,晶閘管從全導(dǎo)通逐漸地減小導(dǎo)通角,直到切斷電壓,這時,開始封鎖加在功率晶閘管上的脈沖,經(jīng)過一定時間過渡到全關(guān)閉的過程。電動機的端子電壓從Un 緩慢下降,在電壓下降瞬間電動機電流會有一個小的電流沖擊,然后電動機電流會隨電壓的下降而下降,直至電動機停下來。電壓斜坡下降的時間可根據(jù)需要設(shè)定。
3 軟啟動器控制的電動機啟動
根據(jù)軟啟動器的原理和功能,在計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造后,可以實現(xiàn)無人值守遠程監(jiān)控,在中央控制室的上位機可以直接監(jiān)控到水泵的啟動、運行、停止等工作情況。
3. 1 接線方式
接線方式采用不可逆帶進線接觸器,自由停車或可控停車,利用轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)啟動,使電動機啟動電壓以恒定的斜率平穩(wěn)上升,盡量減小啟動電流,減小對電網(wǎng)的沖擊,減小負載的機械沖擊。
3. 2 調(diào)試運行
軟啟動裝置安裝完成后要認真核對接線是否正確,控制線應(yīng)和動力電纜保持隔離,并用數(shù)字萬用表高阻擋檢查軟啟動器中晶閘管的絕緣情況。新的軟啟動器（冷態(tài)時）每組晶閘管輸入/輸出端子間測量電阻值應(yīng)在1. 3MΩ左右,相間（相間未接控制回路時） 、相對地測量電阻值應(yīng)該為無窮大。在電動機與軟啟動器連接前,檢查電動機和電纜的絕緣狀態(tài),絕緣電阻應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定,檢查確認無誤后將電動機連接到軟啟動器輸出端,然后把控制電源投上設(shè)定參數(shù),主要對電動機的額定電流、限制電流、加速斜坡時間、初始啟動力矩、停止方式等進行設(shè)置。根據(jù)水泵的實際情況,設(shè)定額定電流為75A,限制電流為200% In ,加速斜坡時間為15 s,初始啟動力矩為20% ,停止方式為d （設(shè)為d的意思是通過控制力矩軟停車,軟啟動器對電機施加一個力矩以便其按斜坡逐漸減速停車以消除“水錘”） 。停止方式一定要設(shè)對,如設(shè)為其他方式就失去了使用軟啟動器的意義。按標準設(shè)定好有關(guān)的保護參數(shù)后啟動試運行,用嵌型電流表監(jiān)測啟動電流和啟動后的運行電流都明顯小于使用傳統(tǒng)的啟動運行方式,成功啟動運行10min后,人工輸入一個停止命令,電動機開始逐漸減速慢慢到自由停止,止回閥、底閥同時關(guān)閉,沒有了以往的強烈振動,整個過程很平穩(wěn),沒有出現(xiàn)“水錘”效應(yīng)。軟啟動軟停車試運行成功后,接著做各種保護功能和遠程監(jiān)控的試驗,都達到了預(yù)期目標。
4 改造后的效果和意義
軟啟動器在這次的改造中充分發(fā)揮了其在排水系統(tǒng)水泵電動機控制中的優(yōu)勢,其多種功能得到了很好地應(yīng)用。雖然電動機功率較大、揚程高,但由于運用了電動機軟啟動,啟動電流小而無二次電流沖擊,即使2臺泵同時啟動,對廠用電供電也沒有太大的影響,大大提高了廠用電供電的可靠性和供電質(zhì)量,并避免了沖擊電流的產(chǎn)生對計算機監(jiān)控系統(tǒng)通訊的干擾。在意外的情況下軟啟動器還會對電動機作出保護,特別是當柴油發(fā)電機供電時更能體現(xiàn)出來。在停泵時采用軟啟動器的軟停車功能,適當延長停泵時間,避免產(chǎn)生“水錘”效應(yīng)。最大程度地減少了不必要的機械設(shè)備損害,延長了機械設(shè)備的使用壽命,從而減少了維護費用和維護工作量。經(jīng)過2年多的運行,沒有發(fā)生故障。
綜上所述,軟啟動器的各種性能都明顯好于傳統(tǒng)的啟動方式,在今后排水系統(tǒng)的設(shè)計和改造中應(yīng)當優(yōu)先選用。
深圳舟佛斯
總機：13168762000 傳真：
郵箱：dinfuos@dinfuos.com 網(wǎng)址：深圳市龍崗區(qū)坂田街道五和大道
地址：深圳市龍崗區(qū)坂田街道五和大道
在線客服