软启动装置在氯碱化工生产中的应用

戚少庸，张铁飞

（杭州电化集团有限公司，浙江 杭州 311228）

交流鼠笼式电动机在氯碱化工企业得到了广泛的应用，如用电动机拖动水泵、风机、压缩机等负载。但启动时冲击电流很大，在电机容量较大时，会对电网及其他负载造成干扰甚至危害电网的安全运行。为了解决这个问题，采用多种降压启动方式，如早期的串联电抗或电阻启动方式、自耦变压器降压启动方式、星-三角转换启动器等。

软启动是集电子技术、微处理技术及模糊控制技术于一体的具有先进的科技水平，运行安全可靠的电机控制装置（国内称为soft starter），它具有很多传统电机启动装置无法比拟的优点。利用晶闸管交流调压技术制作的软启动器则是从20世纪70年代开始推广的，其后，美国宇航局工程师诺瓦又把功率因数控制技术结合进去，以及采用微电脑代替模拟控制电路，发展成现代的智能化软启动器。

1 软启动器工作原理分析

软启动器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。主电路图见图1（仅画一相）。

图1 软启动器主电路图

如图1所示，软启动器主要由电压检测回路、电流检测回路、微处理器、存储器、可控硅（SCR）、触发电路、内置接触器（JC）、显示器和输入键盘等组成。使用软启动器启动电动机时，CPU调用相关程序和数据，通过改变触发脉冲的移相角，控制SCR的导通角，使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，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触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，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反。当电动机软停止时，SCR投入工作，电流切换到SCR回路。接触器JC的触点无流断开，CPU通过控制SCR的导通角，使电机电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。

2 软启动装置的开、停车方式

软启动方式主要有2种：（1）电压斜坡启动，见图2。电机启动时，电压迅速上升到初始电压U1，然后依设定启动时间 t（t1，t2，t3）逐渐上升，直至电网额定电压 Ue。 图中 U1、t可调。 （2）限流启动见图 3。 电机启动时，输入电压从零迅速增加，直到输出电流上升到设定的限流值Iq，然后，在保证输出电流不大于Iq下，电压逐渐上升，电机加速，完成启动过程。启动电流根据负载情况在电机额定电流的1.5～4.0倍之间选择。

图2 电压斜坡启动示意图

图3 泥流起动示意图

软停车主要通过控制电压的下降时间，实现电机转速的缓慢下降。

3 选用软启动器的注意事项

目前市场上常见的软启动器有旁路型、无旁路型、节能型等。根据负载的特性选择不同类型的软启动器。

（1）旁路型。在电动机达到额定转数时，用旁路接触器取代已完成任务的软启动器，降低晶闸管的热损耗，提高其工作效率。也可以用1台软启动器去启动多台电动机。

（2）无旁路型。晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，忽略电压谐波分量，经常用于短时重复工作的电动机。

（3）节能型。当电动机负荷较小时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，提高电动机功率因数。

4 软启动器在氯碱生产中的应用

鉴于软启动器在电机拖动中启动和停机环节中显示的优异的性能，杭州电化集团有限公司在技术改造和新建项目中，逐步采用性能更为优异的软启动器代替传统的启动方式，来实现大电机的控制，现通过对污水泵和压缩机2个不同的负载特性来说明。

4.1 软启动器在排污纳管项目中应用

所谓排污纳管，就是将化工厂区内的所有的工业污水汇集在一个污水池内，当水位高于某一设定值时，控制仪表发出控制信号，启动水泵，将污水排到污水总管内，由污水处理厂统一进行处理；当水位低于某一设定水位时，水泵自动停止。对于这类的负载特性来讲，电动机主要存在2个问题：其一，污水量较大时，电动机启动频繁，特性电机和接触器的使用寿命缩短。其二，因工艺的要求，污水管道采用塑料材质，管道连接采用塑料焊接，其机械强度逊于铁制管道。因而，开停泵时所产生的“水锤效应”易使管道产生渗漏而影响环保。采用软启动器装置的软启动和软停车的功能可以有效防止这类情况的发生。

在电气接线的设计中，软启动器选用旁路型，电机控制具有自动、关断和手动3种方式。自动控制信号由来自仪表液位的接点信号来控制。软启动器外接端子X1、X2为软启输入端，接点闭合启动，断开停止。端子X3、X4为软停输入端，接点瞬间闭合停止。端子X22、X23为斜坡到顶信号。当启动过程完成，内置触点闭合控制继电器KA4，启动旁路接触器KM。当发出停车信号时，内置触点便会断开，电动机按软停车方式停车。

控制参数的设置是，启动器按旁路模式，启动方式为限电流启动方式，根据水泵的负载特性，限流值取4Ie。

通过一段时间的运行，表明该装置可靠性高，性能完善，能满足生产要求。主要体现在：（1）使用软启动器后，启动电流明显降低，减少配电容量与增容投资；（2）软启动器实现平稳启动，对水泵及管道无冲击，提高供电可靠性和供水可靠性；（3）采用软停车方式减少对机械的冲击，防止水锤效应，延长水泵及其相关设备的使用寿命。

4.2 软启动器在压缩冷凝工序中应用

压缩冷凝工序的主要作用是在聚合釜出料后，将残余的气相氯乙烯经过压缩机压缩和冷冻后还原成液态的氯乙烯回收利用。目前，一班（8 h）出料频率一般为5釜，因而压缩机（132 kW）启动频率较高。由于供电容量宽余，原设计采用直接启动的方式。产生的冲击电流使得交流接触器的触头极易损坏，后改用框架式的空气断路器控制电动机，效果也不明显，甚至发生过因开关触头粘牢，不得不拉开上一级开关才得以停车的现象。因而决定采用软启动装置，设计采用一拖二方案，即1台软启动器带2台压缩机，可以依次启动，停止2台压缩机。一拖二方案主要特点是节约1台软启动器，减少了投资，充分体现了方案的经济性，实用性。

（1）启动过程。首先选择1台电动机在软启动器拖动下按所选定的启动方式逐渐提升输出电压，达到工频电压后，旁路接触器接通。然后，软启动器从该回路中切除，启动下一台电机。

（2）停止过程。先启动软启动器与旁路接触器并联运行，然后，切除旁路，最后，软启动器按所选定的停车方式逐渐降低输出电压直到停止。

5 结语

软启动装置在化工生产中已逐渐得到广泛的应用，并显示出优点。（1）可减小电动机硬启动（即直接启动）引起的电网电压降，使之不影响共网的其他电气设备的正常运行；（2）可减小电动机的冲击电流，冲击电流会造成电动机局部温升过大，降低电动机寿命；可减小硬启动带来的机械冲力对所传动机械（轴、啮合齿轮等）的磨损；（3）减少冲击电流以电磁波的形式电气仪表正常运行的干扰；（4）软启动使电动机可以起停自如，减少空转，提高作业率，因而，有节能作用。