范相林

1  前言
在水電廠(chǎng)，大量機械設備的拖動(dòng)大都采用交流異步鼠籠電動(dòng)機，例如壓油泵、消防供水泵、排水泵等。交流異步鼠籠電動(dòng)機在直接起動(dòng)的過(guò)程中，將產(chǎn)生5~8倍于電動(dòng)機額定電流的起動(dòng)電流，過(guò)大的起動(dòng)電流嚴重影響電動(dòng)機、接觸器的使用壽命；同時(shí)，由于起動(dòng)轉矩大，增加了轉動(dòng)部件的磨損和額外維護；另外，當電動(dòng)機功率較大時(shí)，造成很大的電壓降，影響廠(chǎng)用電的安全、穩定運行，尤其是在事故情況下，可能造成事故擴大。所以，較大容量的電動(dòng)機應采用降壓起動(dòng)。
傳統的降壓起動(dòng)方法有Y/△轉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(guò)程完成后的分檔投切和加全壓的瞬間，仍將產(chǎn)生數倍額定電流的尖峰電流，也會(huì )影響廠(chǎng)用電源的安全及電氣、機械設備的使用壽命。而電子軟起動(dòng)器的誕生則解決了上述問(wèn)題，它作為一種降壓起動(dòng)元件，既能改變電動(dòng)機的起動(dòng)特性，保護所拖動(dòng)的機械設備，更能降低起動(dòng)電流，保護電氣設備，減小電動(dòng)機起動(dòng)對電源系統的沖擊，是理想的電動(dòng)機降壓起動(dòng)選擇。
2  軟起動(dòng)器幾種接線(xiàn)方式的比較
軟起動(dòng)器按其主回路的接線(xiàn)方式大致可分為典型接線(xiàn)方式（如圖1所示）、帶旁路接觸器接線(xiàn)方式（如圖2所示）、帶隔離接觸器接線(xiàn)方式（如圖3所示）等幾種，各種接線(xiàn)方式比較見(jiàn)表1。
筆者認為，在水電廠(chǎng)使用軟起動(dòng)器時(shí)，比較適合采用典型控制接線(xiàn)方式，一方面是其接線(xiàn)簡(jiǎn)單，檢修維護方便，并能充分發(fā)揮其全面的內置保護功能。另外，水電廠(chǎng)使用的異步電動(dòng)機數量較少，而且，大多數為間歇運行，運行時(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(xiàn)方式比較

3  軟起動(dòng)器控制功能介紹及應用
在軟起動(dòng)器的應用中，除了選擇合適的接線(xiàn)方式，主要是要根據負荷特征選擇其起動(dòng)性能，現在，大多數品牌的軟起動(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)機得到預設定的初始轉矩。該轉矩可在轉子堵轉轉矩的0%~90%范圍內，由用戶(hù)調節。在按斜坡加速期間，輸出給電動(dòng)機的電壓，從初始轉矩相對應的電壓開(kāi)始無(wú)級地增加。加速度時(shí)間從0~30秒，可由用戶(hù)調節。在電壓升高的過(guò)程中，當軟起動(dòng)器檢測到電動(dòng)機已達到額定轉速狀態(tài)，輸出電壓將會(huì )自動(dòng)切換到全電壓。其起動(dòng)過(guò)程如圖4所示。 

(2)  突跳起動(dòng)
該功能為電動(dòng)機起動(dòng)提供一個(gè)提升電壓以克服負載的慣性，該負載需要一個(gè)附加的高轉矩方能起動(dòng)。其起動(dòng)過(guò)程如圖5所示，它能提供的附加電流是滿(mǎn)載電流的550%。由用戶(hù)調節的可選擇突跳起動(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)機提供一個(gè)固定電壓的減壓起動(dòng)。當必須限制最大起動(dòng)電流時(shí)，可使用該方式。電流限制水平可由用戶(hù)在電動(dòng)機滿(mǎn)載電流的50%~600%之間調節，如圖6所示，同時(shí)限流時(shí)間可從0~30秒由用戶(hù)調節。在限流起動(dòng)方式中，一旦軟起動(dòng)器檢測到電動(dòng)機已達到額定轉速狀態(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(pán)峽水電廠(chǎng)的軟起動(dòng)器全部采用軟起動(dòng)方式，調整初始轉矩為30%，起動(dòng)時(shí)間為10秒，使用效果良好。
4  水電廠(chǎng)在使用軟起動(dòng)器時(shí)應注意的問(wèn)題
(1)  由于軟起動(dòng)器本身沒(méi)有短路保護，為保護其中的晶閘管，應該采用快速熔斷器（自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷時(shí)間較長(cháng)，為0.1秒，不能有效地保護晶閘管）。設計時(shí)可依據廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品樣本，根據軟起動(dòng)器的額定電流選擇相應的快熔斷器。
(2)  當軟起動(dòng)器使電機停機時(shí)，只是晶閘管不導通，在電機與電源之間并沒(méi)有形成電氣隔離。如果此時(shí)檢修軟起動(dòng)器之后的線(xiàn)路、電機，那是不安全的。所以在電機一次控制回路中應在軟起動(dòng)器之前增加斷路器。
(3)  軟起動(dòng)器具有多種內置的保護功能，如失速及堵轉測試、相間平衡、欠載保護、欠壓保護、過(guò)壓保護等，對電機而言起到了進(jìn)一步的保護作用。設計時(shí)應根據具體情況通過(guò)編程來(lái)選擇保護功能或使某些保護功能失效。例如在消防泵控制系統中，由于消防泵是消防應急負荷，它是在消防救火的緊要關(guān)頭工作的。當火災發(fā)生時(shí)，最重要的問(wèn)題是消防泵能可靠地運轉打水，而對消防泵電機的保護就不是重要問(wèn)題。所以上面提到的某些保護功能可以通過(guò)編程使它失效，或者使保護動(dòng)作于信號而不是作用于使消防泵電機停機。前面提到的過(guò)載保護功能也只應動(dòng)作于信號。
(4)  軟起動(dòng)器在通過(guò)電流時(shí)將會(huì )產(chǎn)生熱耗散，安裝時(shí)應注意在其上、下方留出一定空間，以使空氣能流過(guò)其功率模塊。當軟起動(dòng)器額定電流較大時(shí)，要采用風(fēng)機降溫。風(fēng)機的電源可取自電機控制系統的二次回路。
5  結語(yǔ)
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。在設計時(shí)，應綜合考慮電動(dòng)機功率、拖動(dòng)設備對電機起動(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(lái)越多價(jià)廉物美的產(chǎn)品出現在市場(chǎng)上，以使軟起動(dòng)器能夠取代傳統的起動(dòng)器，使其應用迅速推廣并發(fā)揮效益。