淺談軟起動(dòng)器在鋁箔廠水泵上的應(yīng)用

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710089）

淺談軟起動(dòng)器在鋁箔廠水泵上的應(yīng)用

任曉敏

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西西安，710089）

本文首先提出水泵系統(tǒng)采用傳統(tǒng)起動(dòng)方式的弊端，闡述利用軟起動(dòng)器控制水泵系統(tǒng)的原理，具體分析籠型交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)要求，通過(guò)選擇合理的軟起動(dòng)器和安裝措施，提出了鋁箔廠污水處理水泵采用軟起動(dòng)器實(shí)際應(yīng)用的可行性。

水泵 ；軟起動(dòng)器 ；電動(dòng)機(jī)；可行性

0 引言

電動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)工業(yè)設(shè)備的主要來(lái)源。隨著現(xiàn)代科技技術(shù)的飛速發(fā)展，設(shè)計(jì)出的電動(dòng)機(jī)種類繁多，因此驅(qū)動(dòng)的方法也多種多樣。其中交流籠型異步電動(dòng)機(jī)是應(yīng)用最為廣泛的一種，它的起動(dòng)方式經(jīng)歷了從“硬起動(dòng)”到“軟起動(dòng)”的過(guò)程，目前電氣人員還在不斷地研究并進(jìn)行完善與更新。對(duì)于各種企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中使用帶有電動(dòng)機(jī)的設(shè)備來(lái)說(shuō)，選擇一種合適的起動(dòng)方法是至關(guān)重要的，不僅可以保證企業(yè)生產(chǎn)的順暢運(yùn)行，而且最大限度地提高設(shè)備使用成本。

交流籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法常用的就是傳統(tǒng)方法，例如：直接起動(dòng)、星-三角形減壓起動(dòng)、串電阻減壓起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)等，但這些起動(dòng)方法都有一定的局限性，對(duì)供電設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、負(fù)載會(huì)造成極大損壞，同時(shí)還影響其他用電設(shè)備的安全運(yùn)行。由于以晶閘管為限流器件的軟起動(dòng)方法可以有效地解決傳統(tǒng)方法所帶來(lái)的局限性，因此目前利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)、功率因數(shù)控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合制作的智能軟起動(dòng)器已經(jīng)在社會(huì)大量推廣及應(yīng)用。

1 水泵采用傳統(tǒng)起動(dòng)的弊端

水泵系統(tǒng)帶動(dòng)的負(fù)載與其它工況不同，由于水泵帶動(dòng)的是液體，液體本身具有很大的慣性，電動(dòng)機(jī)如果采用直接起動(dòng)將全部轉(zhuǎn)矩加到水泵中的液體，由于水泵要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較低，水泵和液體的速度從零速上升到全速的加速過(guò)程非常迅速，加速時(shí)間一般小于1秒，這樣說(shuō)明水泵的輸出流量在短時(shí)間內(nèi)將從零增加到額定容量。但短時(shí)間內(nèi)水泵輸出流量使系統(tǒng)管道中的流體發(fā)生突然變化會(huì)造成喘振，喘振沖擊管壁會(huì)產(chǎn)生沖擊的噪聲，產(chǎn)生的壓力會(huì)使管道和閥門移動(dòng)或破裂，造成支架損壞，減少管道和閥門的壽命。同時(shí)由于起動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生巨大的起動(dòng)電流，造成過(guò)大的轉(zhuǎn)矩突變，會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)和水泵的葉輪造成嚴(yán)重的影響，若頻繁起動(dòng)易造成損壞。雖然水泵采用傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式相比于直接起動(dòng)加速轉(zhuǎn)矩有大幅度降低，可水泵在起動(dòng)接近尾聲時(shí)產(chǎn)生的突升轉(zhuǎn)矩仍會(huì)引起流體發(fā)生瞬間沖擊。

在水泵停機(jī)時(shí)，由于水錘效應(yīng)瞬時(shí)產(chǎn)生的壓強(qiáng)可達(dá)管道中正常工作壓強(qiáng)的幾十倍甚至于數(shù)百倍。這種大幅度壓強(qiáng)波動(dòng)，可導(dǎo)致管道系統(tǒng)強(qiáng)烈振動(dòng)，并可能破壞閥門接頭，并引起水泵反轉(zhuǎn)，管網(wǎng)壓力降低等，對(duì)管道系統(tǒng)有很大的破壞性。例如：鋁箔廠用于污水處理水泵有兩臺(tái)30KW的電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)18.5KW的電動(dòng)機(jī)，在起動(dòng)、運(yùn)行、停車過(guò)程就可能發(fā)生所提到的諸多問(wèn)題。

2 解決方法

上述問(wèn)題如何解決呢？鋁箔廠的電氣人員經(jīng)過(guò)多次嘗試與試驗(yàn)，其關(guān)鍵是合理地選擇一款軟起動(dòng)器。軟起動(dòng)器（Soft Starter）是利用晶閘管交流調(diào)壓技術(shù)制作的一種集軟起動(dòng)、停機(jī)、輕載、節(jié)能和多種保護(hù)功能集于一體的新穎電動(dòng)機(jī)控制裝置。它的工作原理是通過(guò)晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直至晶閘管全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓時(shí)的機(jī)械特性上。它用途廣泛，主要適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，具有無(wú)沖擊電流、恒流起動(dòng)、確保電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)以及根據(jù)負(fù)載情況和電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流等優(yōu)點(diǎn)。如圖1所示,水泵采用傳統(tǒng)起動(dòng)方法與軟起動(dòng)的對(duì)比曲線。

圖1 水泵采用傳統(tǒng)起動(dòng)方法與軟起動(dòng)的對(duì)比曲線

圖2 CR1系列軟起動(dòng)器

圖3 水泵的工作特性曲線

對(duì)于鋁箔廠用于污水處理水泵工作可能發(fā)生的問(wèn)題，具體解決方法如下：

軟起動(dòng)器種類繁多，這里選擇由常熟開(kāi)關(guān)制造有限公司生產(chǎn)的CR1系列軟起動(dòng)器，該系列軟起動(dòng)器主要采用微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，通過(guò)對(duì)電流和功率因數(shù)的檢測(cè)，控制輸出電壓，降低起動(dòng)電流，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的軟起?？刂?，并具有過(guò)載保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、斷相保護(hù)、逆序保護(hù)以及泵控制功能。如圖2所示為CR1系列軟起動(dòng)器。

2.1軟起動(dòng)器參數(shù)調(diào)整

CR1系列軟起動(dòng)器適用于交流籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行、停車的控制和保護(hù)，除了正確地編程之外，還需通過(guò)調(diào)整軟起動(dòng)器的參數(shù)（如基值電壓、起動(dòng)時(shí)間、限電流倍數(shù)、脫扣級(jí)別、軟停時(shí)間、突跳選擇等）才能避免上述問(wèn)題的產(chǎn)生。例如：CR1軟起動(dòng)器提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓值Up，這里將其調(diào)整Up=40﹪；起動(dòng)時(shí)間tr決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升的速率，這里調(diào)整tr=30S；調(diào)整限電流倍數(shù)限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，一般輕載設(shè)置為2.5倍，重載設(shè)置為4倍，這里設(shè)置為3倍。

根據(jù)以上參數(shù)設(shè)置和調(diào)整，鋁箔廠用于污水處理水泵得到了較好的工作特性曲線，如圖3所示，有效地解決了水泵起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的喘振現(xiàn)象和停車時(shí)產(chǎn)生的水錘效應(yīng)。

2.2CR1軟起動(dòng)器的安裝與使用注意事項(xiàng)

2.2.1 CR1軟起動(dòng)器的安裝

針對(duì)鋁箔廠的實(shí)際環(huán)境較為惡劣，而軟起動(dòng)器應(yīng)安裝在干燥、無(wú)塵、無(wú)侵蝕氣體、無(wú)爆炸危險(xiǎn)介質(zhì)的環(huán)境中，并且需要通風(fēng)良好的環(huán)境，因此需考慮制作一個(gè)電控柜，將軟起動(dòng)器安裝在環(huán)境較好的低壓配電室內(nèi)。安裝時(shí)在CR1軟起動(dòng)器的上方和下方應(yīng)預(yù)留200毫米以上的空間，左右方向預(yù)留100毫米以上的空間，同時(shí)應(yīng)垂直安裝CR1軟起動(dòng)器，以便于軟起動(dòng)器的散熱，延長(zhǎng)使用壽命；CR1軟起動(dòng)器連接電源與電動(dòng)機(jī)必須將相序接正確，保證電動(dòng)機(jī)正確的轉(zhuǎn)速方向，否則會(huì)出現(xiàn)逆序故障，無(wú)法起動(dòng)電動(dòng)機(jī)；不得將CR1軟起動(dòng)器的主電路的輸入與輸出端子接反，否則可能會(huì)導(dǎo)致軟起動(dòng)器非預(yù)期的動(dòng)作，同時(shí)會(huì)損壞軟起動(dòng)器以及電動(dòng)機(jī)和水泵；軟起動(dòng)器構(gòu)成的控制電路接電源的端子時(shí)，應(yīng)使用內(nèi)部工作電壓，不能將軟起動(dòng)器的電源接線端子連接到其他外部電源，否則將損壞軟起動(dòng)器的內(nèi)部電路。

2.2.2 CR1軟起動(dòng)器使用注意事項(xiàng)

對(duì)于CR1軟起動(dòng)器除了規(guī)范操作之外，使用時(shí)需注意當(dāng)軟起動(dòng)器的輸入端接通電源后，禁止接觸軟起動(dòng)器的輸出端，否則會(huì)有觸電危險(xiǎn)；使用旁路接觸器時(shí)，起動(dòng)電路相序應(yīng)與旁路電路相序一致，否則旁路切換時(shí)電路將發(fā)生相間短路，使斷路器跳閘甚至損壞電動(dòng)機(jī)等設(shè)備。

3 CR1軟起動(dòng)器使用時(shí)常見(jiàn)故障診斷與維修

水泵采用CR1軟起動(dòng)器之后，起動(dòng)電流的倍數(shù)一般是3倍以上，起動(dòng)時(shí)間為3秒或5秒以上。若水泵在起動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，需要立即切斷電源，停止水泵工作，重新調(diào)整CR1軟起動(dòng)器的參數(shù)。CR1軟起動(dòng)器在實(shí)際使用中常會(huì)出現(xiàn)以下幾種情況的故障：

3.1CR1軟起動(dòng)器起動(dòng)時(shí)常見(jiàn)故障

起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)過(guò)一會(huì)兒才開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，原因可能是CR1軟起動(dòng)器的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)小，需增加其基值電壓；起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)突然高速旋轉(zhuǎn)，并且起動(dòng)電流較大，原因可能是CR1軟起動(dòng)器的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩過(guò)大，需將其參數(shù)調(diào)整為設(shè)置無(wú)突跳，減小基值電壓；電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間較短，起動(dòng)電流大，原因可能是CR1軟起動(dòng)器的限電流倍數(shù)過(guò)大，需增大起動(dòng)時(shí)間，減少限電流倍數(shù)；起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，需減少其起動(dòng)時(shí)間，增大CR1軟起動(dòng)器的限電流倍數(shù)；當(dāng)起始電壓較高時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍不能轉(zhuǎn)動(dòng)，原因可能是水泵所帶負(fù)載過(guò)重，需將CR1軟起動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置為突跳。

3.2CR1軟起動(dòng)器運(yùn)行時(shí)常見(jiàn)故障

CR1軟起動(dòng)器起動(dòng)之后，運(yùn)行時(shí)如果電動(dòng)機(jī)出現(xiàn) “嗡嗡”聲并無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)需檢查軟起動(dòng)器內(nèi)部的所有晶閘管，看是否被擊穿或損壞，同時(shí)還要檢查旁路接觸器是否被卡在閉合位置上；如果CR1軟起動(dòng)器在起動(dòng)或連續(xù)運(yùn)行時(shí)突然停止，則需檢查保護(hù)軟起動(dòng)器的快速熔斷器是否熔斷、電源與輸出是否缺相以及所帶負(fù)載電流是否平衡。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋁箔廠用于污水處理水泵采用CR1軟起動(dòng)器之后，通過(guò)對(duì)軟起動(dòng)器的合理安裝以及對(duì)軟起動(dòng)器參數(shù)的設(shè)定，使用時(shí)只要對(duì)軟起動(dòng)器使用時(shí)規(guī)范操作，并注意對(duì)軟起動(dòng)器定期保養(yǎng)、檢查與維護(hù)，不僅可以降低水泵的加速轉(zhuǎn)矩，而且有效地減小了喘振和水錘沖擊，從而實(shí)現(xiàn)了水泵的平穩(wěn)起動(dòng)、運(yùn)行和停機(jī)，延長(zhǎng)了水泵系統(tǒng)的使用壽命。軟起動(dòng)器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、接線安裝方便、節(jié)電等顯著特點(diǎn)，因此軟起動(dòng)器是電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與運(yùn)行技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

[1] 李賢海.水泵電動(dòng)機(jī)類型選擇與起動(dòng)方式分析[J]．機(jī)電技術(shù)，1999（1）

[2] 宋書中，常曉玲.交流調(diào)速系統(tǒng)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2012年

[3] 白公.電工實(shí)用技能手冊(cè)[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

[4] 于洪明，章克強(qiáng).軟起動(dòng)器實(shí)用手冊(cè)[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

Discussion on Application of soft starter in aluminum foil plant on water pump

Ren Xiaomin
（Xi’an Aeronautical Polytechnic Institute，ShaanXi Xi’an，710089 ,China）

This paper discusses the disadvantages of the traditional pump system startup mode,the use of the principle of soft starter control pump system.It analyses on the starting requirements of squirrel cage AC asynchronous motor specifically,by selecting reasonable soft starter and installation measures,puts forward that the feasibility of practical application of the aluminum foil factory sewage pump adopting the soft starter.

Pump；Soft starter；Motor；Feasibility

任曉敏（1977-），女，漢族，陜西乾縣人；現(xiàn)在西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院任教，講師，碩士，主要從事電氣自動(dòng)化與控制工程領(lǐng)域的研究

中國(guó)分類號(hào)：TP23