摘要：本文介紹了高壓大功率交流異步電動(dòng)機(jī)軟起系統(tǒng)的工作原理，及對(duì)系統(tǒng)完善的保護(hù)功能。 一、高壓軟起動(dòng)原理、應(yīng)用概述 　　高壓大功率交流異步電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置是新一代高科技產(chǎn)品。主要適用于高壓交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行和停止的控制和保護(hù)。 　　太鋼目前投入運(yùn)行的軟起動(dòng)裝置均采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)相結(jié)合，以高壓大功率晶閘管做主回路的開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通角來(lái)控制電動(dòng)機(jī)電壓的平穩(wěn)升降和無(wú)觸點(diǎn)通斷，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起停?？蓪?shí)現(xiàn)以起動(dòng)電機(jī)所需的最小電流來(lái)起動(dòng)電機(jī)，減少電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低設(shè)備的振動(dòng)和噪聲，降低起動(dòng)機(jī)械應(yīng)力，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用壽命。 　　軟起動(dòng)裝置分主回路、控制回路，柜內(nèi)主要電器及元件有真空接觸器（真空斷路器）、可控硅、雙CPU控制系統(tǒng)、高壓電壓互感器、高壓電流互感器等，可以根據(jù)不同的應(yīng)用情況設(shè)置初始轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、限流和各種保護(hù)值等。平滑的起動(dòng)特性和免維護(hù)等使其具有傳統(tǒng)軟起動(dòng)方法無(wú)法比擬的優(yōu)越性。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)工作原理圖[/align] 二、高壓軟起動(dòng)原理、應(yīng)用實(shí)例分析 　　例如一臺(tái)高壓水泵系統(tǒng)基本技術(shù)數(shù)據(jù)如下： 　　1.1 電機(jī)型號(hào)：YK3000-2/1430 　　電壓：10KV 　　功率：3000KW 　　額定電流：199A 　　安裝地點(diǎn)：室內(nèi) 　　1.2 負(fù)載類型：除磷泵電機(jī) 　　1.3 起動(dòng)完成后，軟起動(dòng)裝置退出，由旁路接觸器接通電機(jī)運(yùn)行。 　　1.4 工作環(huán)境： 　　環(huán)境溫度： -20℃～45℃，最大日溫差25℃ 　　相對(duì)濕度：95%（25℃） 50%（40℃）無(wú)凝露 　　海拔高度：≤1000米 　　地面水平加速度：0.3g 垂直加速度;0.15g 　　2軟起動(dòng)系統(tǒng)主要組成部分 　　2.1功率回路 　　主要由進(jìn)線接觸器、高壓可控硅串聯(lián)閥組和旁路接觸器組成，如圖2所示。其中高壓可控硅串聯(lián)閥組是功率變換執(zhí)行部件，由多只可控硅串并聯(lián)組成，并輔以吸收、均壓箝位電路，保證其在高壓環(huán)境中的可靠性。當(dāng)進(jìn)線端得電后，通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流三相電源進(jìn)行斬波，控制輸出電壓的幅值。并在起動(dòng)過(guò)程完成后將旁路接觸器閉合，軟起動(dòng)器切換到旁路狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉可控硅。SCR的控制見(jiàn)圖3所示。 [align=center] 圖2 高壓軟起動(dòng)器主回路示意圖[/align] [align=center] 圖3 SCR移相控制原理圖[/align] 　　2.2觸發(fā)系統(tǒng) 　　它是系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的關(guān)鍵部分，必須具有抗噪聲干擾的能力，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的導(dǎo)通可控硅。本裝置觸發(fā)電路采用光纖進(jìn)行觸發(fā)信號(hào)的傳輸，并在觸發(fā)板供電電源上采用了先進(jìn)的低位取能的方法，完全實(shí)現(xiàn)了電氣的隔離，避免了外圍信號(hào)的干擾。 　　2.3控制和保護(hù)電路 　　包括由微處理器及大規(guī)模門陣列組成的數(shù)字電路、由光纖組成的光電隔離電路、電流檢測(cè)和電壓檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電路及各種保護(hù)動(dòng)作電路等組成，是軟起動(dòng)器的核心部分。通過(guò)閉環(huán)控制可控硅的導(dǎo)通角的大小，從而完成對(duì)電機(jī)的起動(dòng)和停車的理想化的控制。同時(shí)完成軟起動(dòng)器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷與保護(hù)等功能。 　　2.4人機(jī)界面單元 　　主要由觸摸式液晶顯示器、通訊模塊及上位遠(yuǎn)程軟件組成。用以實(shí)現(xiàn)用戶的參數(shù)設(shè)置、選擇起動(dòng)方式、顯示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控等，給用戶提供簡(jiǎn)單易用的人機(jī)界面。 　　3起動(dòng)方式 　　3.1電壓斜坡軟起動(dòng) 　　該起動(dòng)方式可以有效減少起動(dòng)轉(zhuǎn)矩沖擊，可以提供無(wú)級(jí)的，平滑的起動(dòng)加速度，從而使齒輪、連軸結(jié)和皮帶的摩擦減小到最低。用戶可以根據(jù)需要設(shè)定起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，軟起動(dòng)器便根據(jù)堵轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)時(shí)間確定的斜率線性地控制輸出電壓。下圖為電壓斜坡起動(dòng)波形。 [align=center] 圖4 電壓斜坡起動(dòng)波形[/align] 　　3.2限流軟起動(dòng) 　　對(duì)于要求限制電機(jī)加速過(guò)程中的電流沖擊的場(chǎng)合，這種起動(dòng)方式是非常有用的。起動(dòng)電流可設(shè)定為電機(jī)滿載電流的50%到600%，限制時(shí)間為0到30秒。在限流起動(dòng)的過(guò)程中，軟起動(dòng)器一旦檢測(cè)到電機(jī)達(dá)到全速，輸出電壓將達(dá)到全壓，旁路接觸器將閉合。下圖為限流起動(dòng)波形。 [align=center] 圖5 限流起動(dòng)波形[/align] 　　3.3突跳起動(dòng) 　　當(dāng)使用這種起動(dòng)方式時(shí)，軟起動(dòng)器提供一個(gè)附加的起動(dòng)脈沖轉(zhuǎn)矩用來(lái)克服摩擦負(fù)載所產(chǎn)生的靜摩擦阻力。脈沖時(shí)間為用戶可設(shè)定的0到2秒。下圖為突跳起動(dòng)波形。 [align=center] 圖6 突跳起動(dòng)波形[/align] 　　3.4全壓起動(dòng) 　　在全壓起動(dòng)方式下，軟起動(dòng)器相當(dāng)于固態(tài)接觸器。電機(jī)受到全額的沖擊電流和達(dá)到堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。下圖為全壓起動(dòng)波形。 [align=center] 圖7 全壓起動(dòng)波形[/align] 　　3.5軟停止 　　這種功能應(yīng)用于需要從穩(wěn)定運(yùn)行平滑的過(guò)渡到靜止的場(chǎng)合。用來(lái)避免因緊急停車而產(chǎn)生的水錘效應(yīng)等。電壓下降的斜坡時(shí)間為用戶可設(shè)定的0～60秒。當(dāng)輸出電壓下降到負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于軟起動(dòng)器的輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，負(fù)載將停止。下圖為軟停止波形。 [align=center] 圖8 RAMP波形[/align] 　　4起停過(guò)程描述 　　其起動(dòng)過(guò)程如下： 　　發(fā)出電機(jī)起動(dòng)命令后，軟起動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流三相電源進(jìn)行斬波，控制輸出電壓的幅值。并在起動(dòng)過(guò)程完成后將旁路接觸器閉合，軟起動(dòng)器切換到旁路狀態(tài)，同時(shí)關(guān)閉可控硅。 　　起動(dòng)過(guò)程中，發(fā)出停止信號(hào)，軟起動(dòng)器控制系統(tǒng)先封鎖觸發(fā)脈沖，再發(fā)出跳閘指令。 　　運(yùn)行中，發(fā)出停止信號(hào)后，將直接發(fā)出旁路接觸器跳閘指令。 　　5.保護(hù) 　　5.1過(guò)載保護(hù) 　　過(guò)載等級(jí)可調(diào)，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置。 　　5.2欠載保護(hù) 　　當(dāng)電流下降到設(shè)定的欠載保護(hù)級(jí)別時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)跳閘，欠載級(jí)別可調(diào)，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置可調(diào)。 　　5.3過(guò)壓保護(hù) 　　過(guò)壓等級(jí)可調(diào)，當(dāng)系統(tǒng)電壓超過(guò)設(shè)定電壓級(jí)別時(shí)自動(dòng)跳閘，過(guò)壓級(jí)可調(diào)，跳閘延時(shí)可調(diào)，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置。 　　5.4欠壓保護(hù) 　　當(dāng)起動(dòng)時(shí)檢測(cè)到欠壓到達(dá)系統(tǒng)設(shè)定級(jí)別時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并自動(dòng)跳閘，欠壓級(jí)可調(diào)，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置。 　　5.5起動(dòng)次數(shù)過(guò)頻保護(hù) 　　可自行設(shè)定連續(xù)起動(dòng)次數(shù)，但要小于5次，當(dāng)超出設(shè)定范圍時(shí)自動(dòng)報(bào)警跳閘，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置。 　　5.6缺相保護(hù) 　　當(dāng)發(fā)生缺相故障時(shí)自動(dòng)跳閘，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置。 　　5.7電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù) 　　當(dāng)電機(jī)在起動(dòng)時(shí)發(fā)生堵轉(zhuǎn)情況時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)跳閘，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置。 　　5.8電機(jī)過(guò)熱保護(hù) 　　當(dāng)電機(jī)在起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量超出系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)自動(dòng)報(bào)警并跳閘。耗熱報(bào)警級(jí)別可調(diào)，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置。 　　5.9晶閘管故障保護(hù) 　　當(dāng)晶閘管或觸發(fā)脈沖出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并自動(dòng)跳閘，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置。 　　5.12晶閘管過(guò)溫保護(hù) 　　起動(dòng)過(guò)程中當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到晶閘管溫度超出設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并自動(dòng)跳閘，跳閘時(shí)間可自動(dòng)設(shè)置。 三、軟起動(dòng)裝置的應(yīng)用效果 　　太鋼除鱗水泵高壓電機(jī)系統(tǒng)順利安裝與調(diào)試，并且一次性成功，現(xiàn)該裝置已正常投入使用，技術(shù)先進(jìn)，可靠性好，具有體積小、安裝方便，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)工況使用的要求。使機(jī)電設(shè)備的使用壽命及檢修周期都將得到大大延長(zhǎng)。 　　軟起動(dòng)系統(tǒng)可推廣應(yīng)用于大型鋼鐵、石油、化工、鋁業(yè)、消防、礦山、污水處理、發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域。能很好的與電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)設(shè)備配套使用，如：各種泵類、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、制冷設(shè)備、滾軋機(jī)、粉碎機(jī)、攪拌機(jī)等機(jī)電裝置。