山宇(上海)變頻器軟啟動在重工業(yè)市場的技術分析

   由變頻器、軟啟動及可編程控制器為主組成的高性能控制系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定、高效節(jié)能、自動化程度高易于操作等優(yōu)點。由于采用了軟啟動，設備啟、停過程平穩(wěn)，避免了“水垂”效應，此控制系統(tǒng)只需增加較少的投資，就能較大幅度的提高設備性能，此項技術在大中型水泵站中很有推廣應用價值。關鍵詞：恒壓供水，變頻調速，軟啟動，供水泵站，節(jié)能，水垂效應。通常供水設備的控制系統(tǒng)是由變頻器、控制器、低壓電器及壓力傳感器組成，可完成對供水壓力閉環(huán)控制，當供水管網(wǎng)流量變化時，通過調整變頻泵的轉速和改變投入運行的水泵臺數(shù)，可達到穩(wěn)定供水管網(wǎng)出口壓力的目的。       　　此控制系統(tǒng)的控制對象是供水管網(wǎng)出口壓力，由壓力傳感器采集供水管網(wǎng)出口壓力信號，將此壓力信號與設定壓力信號進行比較，其差值進入CPU進行PID運算，運算結果控制變頻器的輸出頻率及輸出電壓，使水泵轉速能隨著供水管網(wǎng)壓力的波動而不斷的變化,從而使管網(wǎng)出口壓力穩(wěn)定。如果管網(wǎng)流量變化大,當只調整變頻泵的轉速不能滿足管網(wǎng)出口壓力穩(wěn)定要求時,則由控制器發(fā)出指令，通過改變投入運行的水泵臺數(shù)來滿足穩(wěn)定管網(wǎng)出口壓力要求。在上述過程中,當變頻泵達到最高設定轉速時，說明管網(wǎng)用水量大,只靠調整變頻泵的轉速已不能使管網(wǎng)出口壓力穩(wěn)定，在經(jīng)過一定延時后，如果此泵仍然在最高設定轉速運行，控制系統(tǒng)就要啟動一臺水泵，在水泵容量較大的供水系統(tǒng)中，往往采用一項叫作“循環(huán)軟啟動”的技術，即將變頻器帶動的正在全速運轉的電機交給電網(wǎng)，變頻器再帶動下一臺電機變頻啟動，目的是減少啟動過程中的機械和電氣沖擊。這項被稱為“循環(huán)軟啟動”的技術存在著一個致命弱點，因為在此過程中剛脫離變頻器的水泵在慣性作用下高速旋轉，電機轉子中還有較大的電流，由此電流形成的磁場在電機定子中感應出較高的電壓，此電壓與電網(wǎng)電壓不同頻率、不同相位，因而此時不能立即將此電機合到電網(wǎng)上，一般方法是根據(jù)電機容量大小，確定一個延時，要等轉子電流衰減到一定值以后，才能將此電機合到電網(wǎng)上，然后變頻器帶動下一臺電機運行。如在上述，從變頻器脫開的電機要經(jīng)過一定延時后才能并入電網(wǎng)，對于中型電機此延時大約是1-2秒鐘，在此期間，水泵失去了動力，并且水的位能阻止水泵繼續(xù)旋轉，水泵轉速下降很快，當此水泵電機并入電網(wǎng)時，電機轉速已降的很低，當將此電機并入電網(wǎng)時將產(chǎn)生較大的電氣和機械沖擊。如果電機從變頻到工頻切換過程處理不當，會給電網(wǎng)及供水管網(wǎng)造成重大事故，所以許多專家在大中型供水設備中不主張采用這項“循環(huán)軟啟動”技術。變頻與工頻平穩(wěn)切換，已成為大中型供水設備中迫切需要解決的問題。       　　為解決以上問題，現(xiàn)采用另一項電力電子產(chǎn)品“軟啟動”器，它基本原理是改變晶閘管的導通角改變輸出電壓，使電機在啟動和停機過程中，端電壓可以按照預先設定的方式逐漸變化，從而使啟動和停機過程平穩(wěn)。如果是啟動一臺電機，軟啟動將逐漸增大晶閘管的導通角，使電動機端電壓逐漸升高，水泵平穩(wěn)升速完成啟動過程。如果是關閉一臺電機，軟啟動內的晶閘管的導通角將由大逐漸減小，逐漸降低輸出電壓，使正在運轉的電機平穩(wěn)停機。高性能的軟啟動及控制系統(tǒng)允許用一臺軟啟動順序帶動多臺電機完成軟啟、軟停操作。       　　比如啟動1#電機,軟啟動晶閘管的起始導通角為零,將KM11閉合，然后軟啟動晶閘管的導通角由小變大，電機端電壓逐漸升高到電網(wǎng)電壓， 一臺軟啟動實現(xiàn)多臺電機軟啟、軟?？刂浦麟娐穲D電機可較平穩(wěn)升??頻率，同相位,軟啟動器的晶閘管完全導通,其輸出電壓接近電網(wǎng)電壓,這樣,可將KM21閉合，使軟啟器旁路,然后KM11斷開，軟啟動退出運行。      　　此過程中電機端子上始終保持著較穩(wěn)定的電壓，所以整個啟動過程平穩(wěn)，無沖擊。軟啟動退出運行以后準備接受下一次啟動或停機操作指令。如果下一次操作指令是再啟動一臺電機，軟啟動將關閉軟啟動器上晶閘管，然后使相應的接觸器閉合，再重復上述過程。如果下一次操作是關閉一臺電機，比如1#電機停機，軟啟動先使晶閘管全導通，輸出電壓接近電網(wǎng)電壓，然后KM11閉合將軟啟動并入正在運行的1#電機上，再斷開1#電機直接和電網(wǎng)相聯(lián)接的接觸器KM21，這時就由軟啟動單獨帶動1#電機運行，軟啟動逐步降低輸出電壓，電機速度逐漸下降，直到停機，完成軟停操作后，KM11斷開。在上述過程中，控制系統(tǒng)適時的將軟啟動接入或退出運行電路。使用一臺軟啟動順序帶動多臺電機完成軟啟、軟停操作的軟啟動器應具有“級聯(lián)”功能，“級聯(lián)”功能的主要作用是，在每一次操作前，軟啟動都要進行狀態(tài)準備，在完成操作之后發(fā)出信號使軟啟動及時退出運行。比如啟動電機，軟啟動晶閘管必須是關閉狀態(tài)，輸出電壓為零，然后進入啟動操作，如果是執(zhí)行停機操作，軟啟動晶閘管必須是導通狀態(tài)，逐漸降低輸出電壓，完成停機操作，每一次操作之后軟啟動都要退出運行線路。軟啟動本身保護功能齊全，但是當一臺軟啟動帶多臺電機時，軟啟動完成啟停操作后要退出運行，所以電機保護要另外設置，軟啟動只在啟停過程中起保護。一個由變頻器、軟啟動器、可編程序控制器及低壓電器組成的供水控制具有良好的運行性能。       　　它由變頻器帶動一臺泵變速運行，由一臺軟啟動器完成其余各泵開、停泵操作，變頻泵可定時輪換使各泵運行時間均衡。此控制系統(tǒng)除能根據(jù)管網(wǎng)出口壓力調整變頻泵轉速外，還能適時的將軟啟動接入或退出運行電路，完成開停泵操作。此系統(tǒng)克服了變頻器控制系統(tǒng)中，變頻泵由變頻向工頻切換過程中所產(chǎn)生的電氣和機械沖擊，此控制系統(tǒng)具有軟啟軟停功能，可以避免開停機時水泵突然變化而產(chǎn)生的“水垂”效應，保證了設備和管網(wǎng)的安全，此性能對大中型供水泵站尤為重要。綜上所述，在大中型泵站采用由變頻器，軟啟動及可編程控制器為主組成的控制系統(tǒng)，集現(xiàn)代電力電子技術，微電子技術及控制技術為一體，組成了適應大中型供水泵站需求的高性能控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定，高效節(jié)能，自動化程度高易于操作等優(yōu)點。由于采用了軟啟動，設備啟停過程平穩(wěn)，避免了“水垂”效應。與普通變頻控制系統(tǒng)相比，此控制系統(tǒng)增加了軟啟動，軟啟動成本相對較低，此控制系統(tǒng)只增加了較少的投資，就能較大幅度的提高設備性能，此項技術在大中型水泵站中很有推廣應用價值。