變頻器與軟啟動器在大中型設(shè)備中的應(yīng)用？

由變頻器 、 軟啟動器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(shè)備啟、停過程平穩(wěn)，避免了“水垂”效應(yīng)，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(shè)備性能，此項技術(shù)在大中型水泵站中很有推廣應(yīng)用價值。

通常供水設(shè)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(diào)整變頻泵的轉(zhuǎn)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。

一個典型的恒壓變頻供水系統(tǒng)，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(shè)自動恒壓供水系統(tǒng)原理圖定壓力信號進行比較，其差值進入 CPU 進行 PID 運算，運算結(jié)果控制變頻器的輸出頻率及輸出電壓，使水泵轉(zhuǎn)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(diào)整變頻泵的轉(zhuǎn)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 , 當變頻泵達到較高設(shè)定轉(zhuǎn)速時，說明管網(wǎng)用水量大 , 只靠調(diào)整變頻泵的轉(zhuǎn)速已不能使管網(wǎng)出口壓力穩(wěn)定，在經(jīng)過一定延時后，如果此泵仍然在較高設(shè)定轉(zhuǎn)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(shù)，即將變頻器帶動的正在全速運轉(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)，電機轉(zhuǎn)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(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)，水泵轉(zhuǎn)速下降很快，當此水泵電機并入電網(wǎng)時，電機轉(zhuǎn)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(shè)備中不主張采用這項“循環(huán)軟啟動”技術(shù)。變頻與工頻平穩(wěn)切換，已成為大中型供水設(shè)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(dǎo)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(yù)先設(shè)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(dǎo)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(guān)閉一臺電機，軟啟動內(nèi)的晶閘管的導(dǎo)通角將由大逐漸減小，逐漸降低輸出電壓，使正在運轉(zhuǎn)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(dǎo)通角為零 , 將 KM11 閉合，然后軟啟動晶閘管的導(dǎo)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、軟停控制主電路圖 電機可較平穩(wěn)升速完成啟動過程。此時電機的端電壓與電網(wǎng)電壓同頻率，同相位 , 軟啟動器的晶閘管完全導(dǎo)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(guān)閉軟啟動器上晶閘管，然后使相應(yīng)的接觸器閉合，再重復(fù)上述過程。如果下一次操作是關(guān)閉一臺電機，比如 1# 電機停機，軟啟動先使晶閘管全導(dǎo)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(yīng)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(guān)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(dǎo)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(shè)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， 變頻器、軟啟動組成的自動恒壓供水系統(tǒng)原理圖 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(diào)整變頻泵轉(zhuǎn)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(yīng)，保證了設(shè)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(shù)，微電子技術(shù)及控制技術(shù)為一體，組成了適應(yīng)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(shè)備啟停過程平穩(wěn)，避免了“水垂”效應(yīng)。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(shè)備性能，此項技術(shù)在大中型水泵站中很有推廣應(yīng)用價值。