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【摘 要】 在排水泵站自动化系统中，软启动器属于自动化技术及电力电子技术的结合，为延长设备使用寿命、降低设备能耗起来很大的促进作用，本文对软启动器在排水泵站自动化系统中的应用做出了阐述。
【关键词】 软启动器;排水泵站;自动化系统应用
一、软启动器的作用与特点
1、软启动器的作用
众所周知，鼠笼式异步电机采用全压起动时起动电流大，起动时间长。当电机的功率较大时，起动电流很大，将引起配电系统的电压降，影响接在同一台变压器或同一条供电线路上的其它电气设备的正常工作，甚至使柴油发电机组熄火停机。同时由于起动转矩较大，将对负载产生冲击，增加传动部件的磨损和额外维护。所以当电机的容量较大（一般为超过电源容量的20%—30%）时，均采用降压起动。
传统上采用的降压起动的方法有Y/△起动和自耦降压起动。虽然这两种起动方式均可降低起动电流，但是在降压起动过程完成后的分档投切和加全压的瞬间，仍将产生数倍额定电流的尖峰电流（二次冲击电流），此电流将对配电系统造成冲击，同时产生的破坏性的动态转矩会引起水泵电机的机械震动，对电机的转子、中间齿轮等非常有害，并使供电线路电耗增大。
图1 电流限幅启动
采用软启动器，可以控制电动机电压，使之产生逐步增加的平滑的交流电压加在交流电动机上，使其在启动过程中逐渐升高，按预先设定的方式和参数进行渐进地加速，实现软起动。这样可以对大电机实现平滑、均匀稳定的起动，避免大电机起动时对电网的冲击，减少机械震动噪音和供电线路的电耗。因此软启动器在市场上得到广泛应用，并且软启动器所附带的软停车功能有效地避免了水泵停止时所产生的“水锤效应”。
2、现代软启动器的特点
现代软启动器，是采用电力电子技术，微处理器技术及现代控制理论设计生产的，具有先进水平的新型节能软启动器，是传统降压启动器的理想换代产品。它具有下述显著特点。
1）降低电机起动电流、降低配电容量、避免增容投资。
2）降低起动机械应力，延长电动机及相关设备的使用寿命。
3）起动参数可按负载调整，以达到最佳起动效果。
4）多种起动模式及保护功能，易于改善工艺，保护设备。
5）特有外控端子，可方便实现异地控制或自动控制。
6）全数字开放式用户操作显示键盘，操作设置灵活简便。
7）高度集成的微处理器控制系统、性能可靠。
8）大电流无触点交流开关无级调压，调压范围宽，过载能力强。
9）产品可作频繁或不频繁起动。
10）可提供远控接口，还可与PLC直接接口。
二、应用软启动器解决现场问题
图2 软启动控制电机图
1、软启动器的工作原理。软启动器是一种用来控制异步电动机的新设备，集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电机控制装置。它采用三对反并联的晶闸管，串接于三相电源与电机的定子回路上。利用晶闸管移相控制原理，通过微处理器的控制来改变晶闸管的开通程度，使电机输入电压按预设的函数关系逐渐上升。起动时，电机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐增大，直至达到满足起动转矩的要求而结束起动过程。当起动完成后，软起动器输出额定电压，旁路接触器接通，电机进入稳态运行状态。停机时，先切断旁路接触器，之后软起动器内晶闸管导通角由大逐渐减小，使三相供电电压逐渐减小，电机转速逐渐减小到零，完成停机过程。旁路接触器，保证了晶闸管仅在起动、停车时工作，避免长期运行使晶闸管发热。同时可以避免在电机运行时软起动器产生的谐波，另外一旦软起动器发生故障，可由旁路接触器作为应急备用。
2、效果检验。通过控制原理，排水泵不存在直接全压启停，初设的“水锤效应”消失了，现场通过应用，表明在排水泵负荷中应用软启动器，提高该装置的了可靠性，满足生产需求。其效果主要体现在以下几点：
1）应用软启动器后，排水泵电动机启动电流明显降低，减少了整个配电室的配电容量与增容投资;
2）应用软启动器控制原理后，排水泵负荷实现平稳启动，对排水泵及排水管线无冲击，提高了整个供电系统的可靠性和排水可靠性;
3）应用软启动器控制原理后，排水泵负荷采用软停车方式减少了对排水泵机械构件的冲击，防止“水锤效应”的产生，延长了排水泵及其相关设备的使用寿命;
4）应用软启动器控制原理后，排水泵电机多种启动模式和保护功能融为一体，避免了事故的产生;
5）软启动器具有安装简单、操作方便、保护功能齐全、运行可靠等优点，为用户安全生产、经济运行等提供保障，大大减少了以后的检维修工作量及停机检维修时间。
三、软启动器安装以及调试过程中的要点分析
软启动器在排水泵站自动化系统中的应用过程中，针对其安装以及调试环节，我们需要注意以下几点事项：
1、由于软启动器本身就进行了多种保护功能的内置，比如欠载保护、相间平衡、失速及堵转测试、过壓保护以及欠压保护等，这就对电机起到了非常好的保护作用，因此在我们设计的过程中要结合实际情况，利用编程对某些保护功能进行选择，或者利用编程使某些保护功能失效。
2、支路保护因软启动器并没有短路保护，因此为了对其中晶闸管进行保护，可以使用快速熔断器，这是因为自动空气开关开断的时间为0.1秒，相对而言比较长，难以对晶闸管进行有效的保护。基于此，在设计的过程中，要以厂家所提供的样本为依据，利用软启动额定电流对相应快速熔断器进行选择。
3、在使用软启动器对电机进行制动停机的过程中，只有晶闸管处于不导通的状态，因此，电机以及电源间没有产生电气隔离，在这种情况下对软启动器之后的电机及线路进行检修是非常不安全的。基于此，我们要于电气一次控制回路中软启动器前进行断路器的增设。 4、对于软启动器来说，主要使用类似于可控硅的非线性器件，因此针对软启动器台数比较多或者功率比较大的情况，其所带来的高次谐波将会对电网以及建筑中的电子设备造成非常不好的影响。针对这种情况，我们可以进行旁路接触器的设置。当然软启动器使电机平稳起动到正常转速以后，接触器KM将会闭合，进而将软启动器短接。换句话说，在完成启动之后，大功率晶闸管将会处在不导通的状态，这就极大地降低了高次谐波对电网和电子设备的干扰。以当前的应用现状来看，MCC控制柜中装有旁路接触器的情况是比较常见的。
5、当电流通过软启动器的时候将会出现热散耗，因此在我们对其进行安装的过程中要将在其上下位置流出空间，这样能够是空气更好的流经其功率模块。针对软启动器具有比较大额定电流的情况，可以使用风机对其进行降温，这一风机的电源要取自于电机控制系统二次回路。
四、案例分析
1、案例概述
某集水井排水系统主要由以下设备构成：蝶阀、止回阀、底阀、2组IS150-125-315型水泵配置Y200L-4（30kW）型电动机以及DN150钢管等。其工作过程中电动机启动电流大、排水量大、功率大、水泵的扬程高。在以往的工作中主要使用Y-△启动方式，不仅冲击电流非常大，还有二次电流冲击，不仅对厂用电供电的安全造成了较大的威胁，此外由于这种方式还存直接停泵的问题，很容易造成比较大的“水锤”效应，针对这种情况，经研究决定之后对其进行改造。
2、对案例的改造分析
1）启动方式。电动机软启动器的启动方式主要可以分為：电流限幅启动、斜坡升压软启动、脉冲冲击启动、阶跃启动这几种。其中后三者一般应用比较少，本文最终选择了电流限幅启动方式，这是因为此方式启动电流上升变化速率能够以电动机负载为依据进行调整及设定，使机械传动系统使用寿命大大被延长。
2）功能分析。保护功能，在电动机软启动器应用的过程中，对其进行了电流控制环的引进，可以对电动机电流变化的情况进行实时的跟踪，并通过设定及反时限控制来完成过载保护。
3）软启动器控制的实现。
a、在接线方式方面，本案例使用不可逆带进线接触器，降低了启动电流，使负载的机械冲击变小。
b、调试运行的过程中，主要是对接线正确与否进行检查，确保动力电缆和控制线的隔离，并使用数字万用表高阻挡对晶闸管绝缘情况进行检查，检查确认无误后则将软启动器输出端和电动机连接在一起，进而将控制电源投上设定参数。
五、结束论
通过应用软启动器对排水泵站电机的控制方式进行设计，改善了泵组启动、停机时的性能，这种控制方式不仅适合于排水泵站，而且还适合于风机、压缩机、输送设备等各类负荷。软启动器的应用使排水泵站的启停运行情况良好，开车后装置稳定、安全，泵组电机检维修工作量大大减少，使用寿命也大大延长。
参考文献：
[1]陈伯时.《电力拖动自动控制系统》.机械工业出版社
[2]刘利.《电动机软启动器实用技术》.中国电力出版社
[3]余洪明.《软启动器实用手册》.机械工业出版社
【关键词】 软启动器;排水泵站;自动化系统应用
一、软启动器的作用与特点
1、软启动器的作用
众所周知，鼠笼式异步电机采用全压起动时起动电流大，起动时间长。当电机的功率较大时，起动电流很大，将引起配电系统的电压降，影响接在同一台变压器或同一条供电线路上的其它电气设备的正常工作，甚至使柴油发电机组熄火停机。同时由于起动转矩较大，将对负载产生冲击，增加传动部件的磨损和额外维护。所以当电机的容量较大（一般为超过电源容量的20%—30%）时，均采用降压起动。
传统上采用的降压起动的方法有Y/△起动和自耦降压起动。虽然这两种起动方式均可降低起动电流，但是在降压起动过程完成后的分档投切和加全压的瞬间，仍将产生数倍额定电流的尖峰电流（二次冲击电流），此电流将对配电系统造成冲击，同时产生的破坏性的动态转矩会引起水泵电机的机械震动，对电机的转子、中间齿轮等非常有害，并使供电线路电耗增大。
图1 电流限幅启动
采用软启动器，可以控制电动机电压，使之产生逐步增加的平滑的交流电压加在交流电动机上，使其在启动过程中逐渐升高，按预先设定的方式和参数进行渐进地加速，实现软起动。这样可以对大电机实现平滑、均匀稳定的起动，避免大电机起动时对电网的冲击，减少机械震动噪音和供电线路的电耗。因此软启动器在市场上得到广泛应用，并且软启动器所附带的软停车功能有效地避免了水泵停止时所产生的“水锤效应”。
2、现代软启动器的特点
现代软启动器，是采用电力电子技术，微处理器技术及现代控制理论设计生产的，具有先进水平的新型节能软启动器，是传统降压启动器的理想换代产品。它具有下述显著特点。
1）降低电机起动电流、降低配电容量、避免增容投资。
2）降低起动机械应力，延长电动机及相关设备的使用寿命。
3）起动参数可按负载调整，以达到最佳起动效果。
4）多种起动模式及保护功能，易于改善工艺，保护设备。
5）特有外控端子，可方便实现异地控制或自动控制。
6）全数字开放式用户操作显示键盘，操作设置灵活简便。
7）高度集成的微处理器控制系统、性能可靠。
8）大电流无触点交流开关无级调压，调压范围宽，过载能力强。
9）产品可作频繁或不频繁起动。
10）可提供远控接口，还可与PLC直接接口。
二、应用软启动器解决现场问题
图2 软启动控制电机图
1、软启动器的工作原理。软启动器是一种用来控制异步电动机的新设备，集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新型电机控制装置。它采用三对反并联的晶闸管，串接于三相电源与电机的定子回路上。利用晶闸管移相控制原理，通过微处理器的控制来改变晶闸管的开通程度，使电机输入电压按预设的函数关系逐渐上升。起动时，电机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐增大，直至达到满足起动转矩的要求而结束起动过程。当起动完成后，软起动器输出额定电压，旁路接触器接通，电机进入稳态运行状态。停机时，先切断旁路接触器，之后软起动器内晶闸管导通角由大逐渐减小，使三相供电电压逐渐减小，电机转速逐渐减小到零，完成停机过程。旁路接触器，保证了晶闸管仅在起动、停车时工作，避免长期运行使晶闸管发热。同时可以避免在电机运行时软起动器产生的谐波，另外一旦软起动器发生故障，可由旁路接触器作为应急备用。
2、效果检验。通过控制原理，排水泵不存在直接全压启停，初设的“水锤效应”消失了，现场通过应用，表明在排水泵负荷中应用软启动器，提高该装置的了可靠性，满足生产需求。其效果主要体现在以下几点：
1）应用软启动器后，排水泵电动机启动电流明显降低，减少了整个配电室的配电容量与增容投资;
2）应用软启动器控制原理后，排水泵负荷实现平稳启动，对排水泵及排水管线无冲击，提高了整个供电系统的可靠性和排水可靠性;
3）应用软启动器控制原理后，排水泵负荷采用软停车方式减少了对排水泵机械构件的冲击，防止“水锤效应”的产生，延长了排水泵及其相关设备的使用寿命;
4）应用软启动器控制原理后，排水泵电机多种启动模式和保护功能融为一体，避免了事故的产生;
5）软启动器具有安装简单、操作方便、保护功能齐全、运行可靠等优点，为用户安全生产、经济运行等提供保障，大大减少了以后的检维修工作量及停机检维修时间。
三、软启动器安装以及调试过程中的要点分析
软启动器在排水泵站自动化系统中的应用过程中，针对其安装以及调试环节，我们需要注意以下几点事项：
1、由于软启动器本身就进行了多种保护功能的内置，比如欠载保护、相间平衡、失速及堵转测试、过壓保护以及欠压保护等，这就对电机起到了非常好的保护作用，因此在我们设计的过程中要结合实际情况，利用编程对某些保护功能进行选择，或者利用编程使某些保护功能失效。
2、支路保护因软启动器并没有短路保护，因此为了对其中晶闸管进行保护，可以使用快速熔断器，这是因为自动空气开关开断的时间为0.1秒，相对而言比较长，难以对晶闸管进行有效的保护。基于此，在设计的过程中，要以厂家所提供的样本为依据，利用软启动额定电流对相应快速熔断器进行选择。
3、在使用软启动器对电机进行制动停机的过程中，只有晶闸管处于不导通的状态，因此，电机以及电源间没有产生电气隔离，在这种情况下对软启动器之后的电机及线路进行检修是非常不安全的。基于此，我们要于电气一次控制回路中软启动器前进行断路器的增设。 4、对于软启动器来说，主要使用类似于可控硅的非线性器件，因此针对软启动器台数比较多或者功率比较大的情况，其所带来的高次谐波将会对电网以及建筑中的电子设备造成非常不好的影响。针对这种情况，我们可以进行旁路接触器的设置。当然软启动器使电机平稳起动到正常转速以后，接触器KM将会闭合，进而将软启动器短接。换句话说，在完成启动之后，大功率晶闸管将会处在不导通的状态，这就极大地降低了高次谐波对电网和电子设备的干扰。以当前的应用现状来看，MCC控制柜中装有旁路接触器的情况是比较常见的。
5、当电流通过软启动器的时候将会出现热散耗，因此在我们对其进行安装的过程中要将在其上下位置流出空间，这样能够是空气更好的流经其功率模块。针对软启动器具有比较大额定电流的情况，可以使用风机对其进行降温，这一风机的电源要取自于电机控制系统二次回路。
四、案例分析
1、案例概述
某集水井排水系统主要由以下设备构成：蝶阀、止回阀、底阀、2组IS150-125-315型水泵配置Y200L-4（30kW）型电动机以及DN150钢管等。其工作过程中电动机启动电流大、排水量大、功率大、水泵的扬程高。在以往的工作中主要使用Y-△启动方式，不仅冲击电流非常大，还有二次电流冲击，不仅对厂用电供电的安全造成了较大的威胁，此外由于这种方式还存直接停泵的问题，很容易造成比较大的“水锤”效应，针对这种情况，经研究决定之后对其进行改造。
2、对案例的改造分析
1）启动方式。电动机软启动器的启动方式主要可以分為：电流限幅启动、斜坡升压软启动、脉冲冲击启动、阶跃启动这几种。其中后三者一般应用比较少，本文最终选择了电流限幅启动方式，这是因为此方式启动电流上升变化速率能够以电动机负载为依据进行调整及设定，使机械传动系统使用寿命大大被延长。
2）功能分析。保护功能，在电动机软启动器应用的过程中，对其进行了电流控制环的引进，可以对电动机电流变化的情况进行实时的跟踪，并通过设定及反时限控制来完成过载保护。
3）软启动器控制的实现。
a、在接线方式方面，本案例使用不可逆带进线接触器，降低了启动电流，使负载的机械冲击变小。
b、调试运行的过程中，主要是对接线正确与否进行检查，确保动力电缆和控制线的隔离，并使用数字万用表高阻挡对晶闸管绝缘情况进行检查，检查确认无误后则将软启动器输出端和电动机连接在一起，进而将控制电源投上设定参数。
五、结束论
通过应用软启动器对排水泵站电机的控制方式进行设计，改善了泵组启动、停机时的性能，这种控制方式不仅适合于排水泵站，而且还适合于风机、压缩机、输送设备等各类负荷。软启动器的应用使排水泵站的启停运行情况良好，开车后装置稳定、安全，泵组电机检维修工作量大大减少，使用寿命也大大延长。
参考文献：
[1]陈伯时.《电力拖动自动控制系统》.机械工业出版社
[2]刘利.《电动机软启动器实用技术》.中国电力出版社
[3]余洪明.《软启动器实用手册》.机械工业出版社