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炼钢厂高低压循环泵软启动器技术改造

本文通过对XXX有限责任公司炼钢厂转炉高低压循环泵电动机改造前由接触器直接启动电机的运行状况，和改造后使用软启动器启动运行状况的简要对比。来说明在不频繁启停的交流电机上使用软启动器启动的好处。

软起动器；冲击电流；高压泵

引言

XXX有限责任公司炼钢厂有三台转炉，每台转炉两台高压循环泵，驱动电机为KW，两台低压循环泵，驱动电机为55KW。正常生产时每台转炉运行一台高压泵一台低压泵。每隔四小时高低压泵都要切换一次备用泵运行。每次进行切换高低压循环泵备用泵时，必须先把该泵的出口电动阀关闭，然后电机全压起动，电机达到额定转速后再把出口电动阀打开，水泵正常运行。虽然靠水泵的出口电动阀的开闭基本能实电机轻载启动，但高压泵电机的启动电流仍然达到A，低压泵电机启动电流达到A。经常导致接触器触头烧损，增加了日常维护检查工作量，影响转炉正常生产秩序。经过技术分析且考虑成本，公司决定先把钢三台转炉的高低压循环泵改造为采用软启动装置启动。

二、软起动器的工作原理及主要特点

软起动器的工作原理软起动主要由串接于电源与被控电动机之间三对反并联晶闸管调压电路构成。现代软起动器基本上都采用了电力电子技术和微机控制技术，以单片微机作为中央控制器控制核心来完成测量及各种控制算法，因此，软起动器具备了很强的功能和灵活性。整个起动过程是数字化程序软件控制下自动进行。利用三对晶闸管的电子开关特性，通过起动器中的单片机，控制其触发脉冲的迟早来改变触发角的大小。而触发导通角的大小，又改变晶闸管的导通时间，最终改变加到定子绕组的三相电压的大小。异步电动机定子调压的结果，一方面其转矩近似与定子电压的平方成正比，另一方面电动机的电流又和定子电压成正比。电动机的起动转矩和初始电流的限制可以通过定子电压的控制来实现，而定子电压又是通过可控硅的导通相角来控制的，所以不同的初始相角可实现不同的端电压，以满足不同的负载起动特性。电动机起动过程中，晶闸管的导通角逐渐增大，晶闸管的输出电压也逐渐增加，电动机从零开始加速，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无级平滑起动。电动机工作在额定电压的机械特性上。电动机的起动转矩和起动电流的最大值可根据负载情况设定。

软启动与其他降压启动性能比较：

软启动与硬启动特性比较：

公司订购的是施耐德ATS48系列软启动装置，该系列软启动器适用于功率范围为4到KW的三相交流异步电动机。基本电路如图：

ATS48软起动器有以下几种软起动和软停止方式：

1、电压斜坡软启动：

启动电机时，软启动器的电压快速升至设定值，然后在设定时间内逐渐上升，电机随着电压上升不断加速，达到额定电压和额定转速时，启动过程完成。

2、限流启动：

启动电机时，软启动器的输出电压迅速增加，直到输出电流达到限定值，保持输出电流不大于该值，电压逐步升高，使电动机加速，当达到额定电压、额定转速时，输出电流迅速下降至额定电流，启动过程完成。该方式用于某些需快速启动的负载电机。

3、斜坡限流启动：

启动电机时，输出电压在设定时间内平稳上升，同时输出电流以一定的速率增加，当启动电流增至设定值时，保持电流恒定，直至启动完成。该方式适用于泵类及风机类负载电机。

4、泵控制： 　　该选项能够通过对电机的平滑加速，使离心泵在起动和停止期间降低水锤冲击的作用，微处理器分析电机的各个运行参量，并且发出指令控制电机运行状态以及降低系统发生水锤现象的可能性。起动时间可编程范围为0s～30s，停止时间范围为0s～20s。

停机方式有二种：软停车；制动停车

1、软停车：

电动机停机时，软起动器将额定电压按软停车设定的时间缓慢降至起始电压后停止输出的一种停车方式，它可以消除了由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击。如皮带运输机、升降机等许多负荷并不宜突然停机，软停车功能正好能满足此要求。晶闸管在收到软停机信号后，导通角渐减，经一定时间才过渡到全关，即电动机端电压渐减至零。停车时间可按实际需要设定。

2、制动停车：

向电机输入直流电流，从而加快制动，制动时间可调，主要用于惯性力矩大的负载或需快速停机的场合，在一定的场合代替了反接制动停车。

通过对负载的分析，我们选择了泵控制模式。这种模式下启动电机，软启动器可提供尽可能接近恒定的加速转矩。同时不需要转速表、流量或压力传感器、或其它类型的外部反馈到控制器，而是利用基于微处理器的电动机反馈来完成的。由于没有突然的转矩变化、因此电动机平滑地加速，泵系统的喘振或冲击达到最小。具体运行趋势如下图：

三、改造调试过程中发现的问题：

当我们安装软启动器配好线路后，开始试启动，按下启动按钮电机开始正常启动，经过设定好的启动时间14秒后，旁路接触器KM2吸合，电机旁路全压正常运行。但是在停泵时，按下停止按钮后，电机停转软启动器马上报电源故障。第二次启动电机时就无法启动，必须先按复位按钮将软启动器的故障复位后才能正常启动。我们再次查找原因，按图纸接线没有差错；按厂家的试验方法软启动器也没有问题。最后我们通过查阅软启动器的资料发现我们只注重软启动过程是否成功而忽略了软启动器的软停止。当PLC得到停止信号后软启动器的软停止过程还没有结束，软启动器的电源接触器KM1就断开，导致软启动器非正常停机而报故障。我们通过在PLC程序里加一个延时断开的时间继电器来控制KM1，当软启动器软停止结束时KM1接触器才断开，整个停止过程才结束。经过多次试车，再未出现故障现象。

四、系统改造后的优点： 　　钢厂转炉高低压循环泵电动机启动方式改造为软启动后，其突出的优点体现在：1、电机的冲击电流减小，改造前电动机启动时，高低压泵电机的电流最大分别可达到A和A左右，改造后，在15s内，高压泵电机电流由0缓慢升到A，低压泵最大达到A。由于启动电流小，避免了接触器触头的烧损，启动时对机组的冲击较小，机组在启动过程中发热也较小，绕组的绝缘材料损坏小，从而延长电机的使用寿命。2、电机的冲击转矩减小，相应的机械应力冲击减小，可有效延长电动机本身及其拖动设备的使用寿命。减少启动和停止时液流冲击所产生地系统喘振现象，节省系统维修费用。

3、控制盘内的断路器和接触器的冲击电流减小，有效延长接触器的使用寿命。同时也消除了水泵的水锤效应，消除了水锤效应对泵体和阀门的破坏。经过改造每年可节约维修费用大约50余万元。另外软启动系统还设定了相应的电机过载、欠载、过压、欠压、过热等保护，既保证了现场生产需要，又有效的保护了设备的安全稳定运行。

五、结束语

通过以上所述，软起动器的应用解决了以往电机启动中的问题，在冶金行业，笼型异步电动机凡不需要调速和启停不太频繁的各种应用场合都可使用，特别适用于需要软起动与软停车的各种泵类负载或风机类负载；对于变负载工况，电动机长期处于轻载运行，只有短时或瞬间处于满负荷运行的场合，应用软起动器（不带旁路接触器）则具有轻载节能效果。在钢铁厂工程设计和工程改造中，要想改善工艺提高自动化水平，降低成本提高企业效益，对电动机的起动就必须首先采用先进的起动设备——电机软起动器。正是因为软起动器有多种的控制方式，以及控制方式的灵活性和可靠性，价格不到变频器的一半而受到用户的欢迎，具有广泛的应用前景，它将在冶金企业得到越来越广泛的使用。

参考文献：

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[3]王仁祥．现代交流调速技术[M]．北京：机械工业出版社，