董帅1
1.沈阳发动机研究所能源动力保障中心沈阳110066
摘要：高压软起动装置又叫晶闸管软起动装置，是一种集电机软起动、软停车、多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。在工业循环水泵站内新增的6台高压泵组上成功使用，有效解决高压电机起动电流过大对电网的冲击问题，延长了电动机的使用寿命，为泵组设备的良好运行提供重要保障。
关键词：高压软起动装置，高压泵组，工作原理，设备组成与接口
1引言
当前我国经济已经进入了一个新的发展阶段，大型企业和大型装备越来越多，大型电机的应用越来越多，大型电机的起动方法也越来越受到人们的重视。随着社会科技的快速发展，高压软起动装置在工业工程电动机传动中的应用越来越广泛，高压固态软起动装置具有体积小、结构紧凑，功能齐全，起动重复性好，免维护等特点，在工业生产中广泛应用。在我部门的工业循环水泵站内新增6台大流量循环泵组，水泵采用6台卧式单极双吸离心泵机组，额定规格为流量Q＝2300m3/h，扬程H＝65m，功率P＝560kW，电压等级为6300V，现采用高压软起动装置控制使用。
2软起动装置的工作原理
软起动装置是一种集电机软起动、软停车、多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。高压软起动装置又叫晶闸管软起动装置，采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间，联结方式如图1所示，在使用软起动器起动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑起动，降低起动电流，避免起动过流跳闸。待电机达到额定转速时，起动过程结束，软起动器自动用旁路接触器或断路器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软起动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软起动器同时还提供软停车功能，软停车与软起动过程相反，电压逐渐降低，转速逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。
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图1 软起动装置示意图
软起动装置主要是适用3kV~10kV的鼠笼式异步、同步电动机的起动和停止的控制与保护。装置釆用组件式结构，模块化安装方式，具有多重电压吸收、保护技术。其中软起动部分包括：控制模块、可控硅模块、高压真空旁路接触器或断路器。
它具有过载、缺相、起动峰值过流等故障保护功能，它能有效地避免因电动机起动电流过大给电网带来的有害冲击，能在有限的电网容量下正常使用大功率电机并延长其使用寿命。
3软起动装置设备组成及接口
每台软起动设备主要由软起动装置和旁路真空断路器或接触器组成（如图2所示），可以做成一体结构或采用分体结构。采用分体结构时，柜与柜之间应采用铜母线连接方式。
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4软起动装置的起动方式及功能
软起动一般具有以下几种起动方式：
1、U斜坡升压软起动
这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。
2、斜坡恒流软起动
这种起动方式提供电流限幅(如200％~500％电机额定电流可调)，在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定，直至起动完毕。加速时间在一定范围内可调(如1~999s)。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式应用最多，尤其适应于风机、泵类负载的起动。
3、阶跃起动
开机时，即以最短时间，使起动电流迅速达到设定值，即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值，可以达到快速起动效果。
4、脉冲冲击起动
在起动开始阶段，让晶闸管在极短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升。该起动方法，在一般负载中很少应用，适应于重载并需克服较大静摩擦力的起动场合。如皮带运输机和搅拌机等静阻力矩比较大，必须要施加一个短时的大起动力矩，以克服大的静摩擦力。它可以短时输出最大达95％的额定电压(相当于90％直接起动转矩)，且0~400ms可调。
软起动装置还具有以下功能：
1、软停车功能
电机停车时，传统的控制方式都是通过瞬时停电完成的。但有许多应用场合，不允许电机瞬时关机。例如：高层建筑、大楼的水泵系统，如果瞬时停机，会产生巨大的“水锤”效应，使管道甚至水泵受到损坏。为减少和防止“水锤”效应，需要电机逐渐停机，采用软起动器能满足这一要求。在泵站中，应用软停车技术可减少泵站管道、阀门、水泵损坏情况，降低维修工作量和维修费用。停车的时间根据实际需要可在0~120s调整。软起动器亦可如传统停车方式停车。
2、轻载节能功能
笼型异步电机是感性负载，在运行中，定子线圈绕组中的电流落后于电压。如电机工作电压不变，处于轻载时，功率因数低，处于重载时，功率因数高。软起动器能实现在轻载时，通过降低电机端电压，提高功率因数减少电机的铜耗、铁耗，达到轻载节能的目的；负载重时，则提高电机端电压确保电机正常运行。另外，软起动器还具有各种保护功能，如过载保护、缺相保护、过热保护等。
5软起动装置的优点
1、起动电流调节灵活，可设计为多种工况用起动器，其自带的微机控制部件可实现比较复杂的控制策略，应用广泛。
2、应用这种节能起动器可避免传统起动器经常更换接触器触头，减少了修理费，同时具有体积小、重量轻、调整方便等一系列优点。
3、恒流软起动减少了电机的起动电流，减少了起动电流对电网的冲击和对电机及设备的起动冲击转矩。
4、使电动机在空载和轻载时减少了电动机的有功损耗、无功损耗，提高了功率因数，减少了线路损耗。
5、由于减少了电动机损耗，从而降低了电动机的工作温度，延长了电动机寿命。
6、其软停车功能减小了设备的制动冲击转矩。同时它所提供的快速制动功能，又满足了在紧急情况下，需要紧急制动的要求。
7、由于降低了电动机的工作温度和减少了电动机起动和制动冲击转矩，从而减少了电动机和设备的维护检修。
8、软起动器本身所具备的完善的保护功能，减少了设备保护装置费用。也正因为软起动器具有这些优点，才使其得到广泛应用。
6结论
在工业循环水泵站内新增的6台卧式单极双吸离心泵机组，额定规格为流量Q＝2300m3/h，扬程H＝65m，功率P＝560kW，电压等级为6300V，已经成功采用高压软起动装置控制起动与停止功能，并实现高压泵组的远程数据监控与控制，泵组使用软起动装置起动时，起动电流为额定电流的2~3倍，电网电压波动率在10%以内，对其它设备的影响非常小，有效解决高压电机起动电流过大对电网的冲击问题；使用软起动装置，最大电流降低一半左右，瞬间发热量仅为直起的1/4左右，高压泵组的电机的绝缘寿命会大大延长，减少了电动机损耗，从而降低了电动机的工作温度，延长了电动机的使用寿命，为泵组设备的良好运行提供重要保障。
参考文献
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