软启动器在井下6kV高压排水泵启动中的应用

摘要:介绍了软启动器的技术特点及启动方式,经过实际应用证明,高压水泵使用软启动的方法有效可行,在保证矿井排水系统的安全可靠性中发挥了很大作用。
关键词:软启动器;晶闸管;笼型异步电动机;高压隔爆开关箱;排水泵
近年来,随着煤矿开采深度的增加,排水泵的功率也越来越大,随之对控制高压排水泵的方式也有了较高要求。软启动器是用来控制笼型异步电动机的新设备,有明显的技术优势,可实现软启动、软停机、低速制动、轻载节能及多种保护功能。使用软启动方式,具有启动电流小、启动速度平稳、启动性能可靠、对电网冲击小等优点,软启动器以它完善的功能大大提高了其在高压排水泵控制中的应用。
1　软启动器的技术特点
软启动器是电力电子技术与自动控制技术相结合的电气设备,它主要由串接于电源与被控电动机之间的三相反并联晶闸管及其控制电路构成。运用移相控制原理,在启动过程中,控制晶闸管的导通角逐渐增大,使电动机的端电压从0以设定的函数关系逐渐上升,启动转矩及转速也逐渐增高,实现无冲击启动,启动完毕自动转入全电压运行。
2　软启动器的启动方式
（1）斜坡升压软启动。这种启动方式最简单,仅控制晶闸管导通角,使启动电流与时间成一定的比例关系增大。由于不限流,在启动过程中有时会产生过大电流而损坏晶闸管,对电网也有不利影响,故实际很少应用。
（2）斜坡恒流软启动。其特性曲线如图1a所示。启动初始阶段,启动电流按设定的上升速率（斜率）逐渐增大,到达设定值后,保持恒流状态直至启动完毕。启动电流的上升率可根据负载需要进行调整,电流上升速率高,则启动转矩大,启动时间短。一般启动转矩在额定转矩的5% ～90%之间调整,启动时间可在2～30 s之间调整。该启动方式适用于风机、泵类负载,是实际应用最多的软启动方式（井下6 kV高压排水泵采用该启动方式） 。
（3）脉冲恒流启动。在启动初始阶段,晶闸管在很短时间内以较大电流导通一定时间后下降,再按原设定速率上升,进入恒流启动,其特性曲线如图1b所示。这种启动方式适用于需要冲击转矩助推方能正常启动的重载场合。

（4）阶跃恒流启动。这是一种快速启动方式。一开机,即以极短时间使启动电流迅速上升到设定值直至启动完毕。通过改变电流设定值,可满足不同负载对启动速度的要求。
3　软启动器的技术优势
软启动器与自耦减压启动器等传统的减压启动设备相比,具有明显的技术优势。
（1）无冲击电流。软启动使电动机的启动电流以一定斜率逐渐上升至设定值,对电网无冲击电流,提高了供电可靠性。由于引入电流闭环控制,实现恒流平稳启动,无二次冲击电流,减小对负载机械的冲击转矩,延长机组使用寿命。软启动与传统减压启动的特性曲线比较如图2所示。

（2）启动参数可调。软启动的启动电流、启动转矩及启动时间均可根据负载情况及电网继电保护特性适当选择,无级调节至最佳。
（3）有软停机功能。软停机平滑减速,逐渐停机,它可克服瞬间断电停电的弊端,减轻对重载机械的冲击,避免高程供水系统的“水锤”效应,减少设备的损坏。
（4）轻载节能。软启动实质上是一个多功能自动调压器,电动机轻载时,能适当降低其端电压,空载激磁电流和铁耗随之减小,功率因数提高,达到轻载节能的目的。
4　在井下高压水泵启动过程中的应用
何庄煤矿井下中央泵房共装有3台6 kV /1 000kW的高压水泵,在启动过程中采用上海申地自动化公司提供的美国进口BENSHOW 软启动器进行启动。启动过程比较简单, 3台高压排水泵由2台软启动器控制, 1#软启动柜控制2台水泵, 2#软启动柜控制1台水泵。正常情况下,使用1台水泵即可。当井下涌水量大时,再开二号水泵、三号水泵。控制系统采用西门S72300PLC进行控制,触摸屏显示,全过程近控、远控均可启动,启动完毕自动切换到高压隔爆开关箱中6 kV运行,每台电机上都安装了温度传感器,当电机超温、软启动器发生故障时,均可在触摸屏上显示。在排水泵运行过程中,软启动器起着对电压、电流的显示和监控作用。排水泵停机时软启动器自动再次切入运行,保证可靠停机。当软启动器出现故障时,可在旁路高压隔爆开关箱上直接启动。使用软启动器启动,具有启动电流小、启动速度平稳、启动性能可靠、对电网冲击小等优点,可见软启动方法具有明显的优势。使用软启动器降低了高压排水泵启动停止对电网的过电流冲击,起。软启动器应用系统如图3所示。

5　结语
（1）软启动有斜坡恒流软启动、阶跃恒流软启动、脉冲恒流软启动方式,具有软停机、轻载节能及过载、缺相等保护功能。
（2）高压排水泵使用软启动方法控制,保证了井下电网的安全可靠性。
（3）使用软启动器可节约电能,延长设备使用寿命,节省资金。
（4）软启动器在高压排水泵启动中的使用,对保证矿井排水系统的安全可靠性发挥了很大作用。
（5）使用软启动器能节省维修费用和减少事故损失,但是对于维护人员的技术水平和素质有较高的要求。为能更好地使用这种先进的电气设备,应重视这方面人员的培训。
参考文献:
[ 1 ] 　黄俊,王兆安. 电力电子变流技术（第3版） [M ]. 北京:机械工业出版社, 1991.
[ 2 ] 　黄立培. 电动机控制[M ]. 北京:清华大学出版社, 2003.
[ 3 ] 　刘明亮. 电力电器与供电[M ]. 武汉:华中理工大学出版社,2000
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