摘要：水利泵站异步电机产生较大的电流会使电机迅速发热，对鼠笼式异步电机的导条和端环起到破坏作用，损伤绕组的绝缘，影响电机寿命。本文探析随着国家对水利基础设施的改造投入力度加大，传统的起动方式己经逐渐被新型智能软起动器所取代，并且泵站的起停控制设备呈现信息化、智能化与轻型化。本文为相关的研究提供有益参考。
关键词：水利；机电技术；泵站；异步电机；软起动
1引言
水利泵站的兴建大多在上个世纪六七十年代，局限于当时的生产力技术水平，当时的泵站电机起动采用直接起动或者传统降压起动设备，而控制泵的起停、转速、流量、扬尘等依靠机械方式。近年来，随着国家对水利基础设施的改造投入力度加大，传统的起动方式己经逐渐被新型智能软起动器所取代，并且泵站的起停控制设备呈现信息化、智能化、轻型化。实践证明，智能软起动系统不仅运行可靠，而且低能耗、低污染。例如新型软起动器的起动方案己经在泵站改造工程得到运用，该泵站的信息化改造由武汉立方科技有限公司承担，泵站机组采用软起动器一拖二或一拖三的软起动模式。经过数年运行表明，该方案使得起停可靠、节能，大量减少了由不良起动所带来的设备损害和操作工人的工作强度，有效地提升了设备运转率，智能起停技术防洪抗旱方面起到了重要的作用。
2水利泵站电机的起停现状分析
我国大规模修建水利设施，局限于当时的技术水平，其间修建的大型泵站的起动方式一般采用直接起动、降压变压器起动、定子串电阻、星形.三角形等传统的降压起动方法，停机大多依靠机械外力的“刹车系统”或自然停机。这些泵站存在超负荷运行、机组老化、能耗高、运行维护成本高、自动化程度低等现状，己经不能够发挥应有的排涝灌溉作用。另一方面，水利机电设备处于带病运行状态不仅影响着设备安全和操作维护人员的人生安全，而且严重影响当地的防汛抗旱工作，危急当地的工农业生产，因此对这些泵站和水利设施的改造势在必行。电机的起停技术的改造是泵站更新改造中比较重要的一个环节，直接衡量着泵站更新改造水平的好坏。
如果直接起动，异步电机产生的最大电流可能会达到甚至超过额定电流的3-7倍，一些淘汰的J型系列电机有可能达到312倍。较大的电流会使电机迅速发热，对鼠笼式异步电机的导条和端环起到破坏作用，损伤绕组的绝缘，影响电机寿命。虽然传统的起动方法如定子串电阻、定子自祸降压、串频敏变阻器、串电抗器等一定程度上减小了起动电流，但是他们仍旧存在一些不容忽视的问题：这些起动一般都是依靠接触器或简单的机械开关切换来实现降压，所以会存在一个瞬时的电流尖峰的冲击，接触器是带负载切换，会产生严重的电弧，影响开关的使用寿命。对于风机和水泵类负载，由于其起动转矩不可调，起动对负载会造成一定的冲击，尤其当电网的电压瞬时下降时，会造成起动失败。无法实现水泵电机的速度调节，进而无法调节水泵的流量。起动设备和装置笨重，不能自行调节和设置转矩和功率因数等参数，对负载的自适应能力差；停机时无法实现软停机，容易产生“水锤”现象。电机的软起动技术是在电力电子技术、自动控制技术和微机控制技术等技术的发展而衍生而来的。软起动器是一种新型的电机控制设备，其功能集电机软起停、恒转速运行、变速运行、轻载节能和各种保护于一体。新型智能软起动器不仅能有效地限制和减少交电动机的起动电流，而且广泛适用于各类负载如泵、风机、起重机、压缩机等，是传统的起动设备的理想换代产品。针对我国泵站的起动方式大多采取传统的降压起动和直接起动，新型智能软启装置和起动方法在泵站异步电机的起动得到越来越广泛的应用。与传统起动方式相比，新型软起动技术不仅可以有效地降低电机起动电流，而且能够减小起动和停机过程中的电能损耗，改善电网的电能质量，而且泵站的软停机有效地消除了“水锤”，降低了泵站起停产生的喘振和噪声，有效地减小了起停过程中对其他电气设备和机械设备的二次冲击。
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3新型水利电力电子智能软起动方法探析
3.1方法概述
随着电力电子技术、自动控制技术和微机控制技术的发展，泵类负载的起动电路采取可控硅调压软起动调压电路。比较常规的软起动大致可以分为以下几类：cu限流软起动限流软起动在起动时设定起动电流并使之不超过某一特定的值Im，限流软起动方式主要用于轻载起动和起动比较频繁的情况，起动电流IO和起动时间to在一定范围内可以预先设定，电流限流软起动，起动电流从零开始缓慢增加，达到设定值Im后保持不变。这种起动方式具有控制起动电流，使电流按照既定的规律上升，电流控制比较灵活，但是它难以对起动电压进行控制，没有能够充分利用起动压降空间，起动所消耗的时间较长。
3.2电压斜坡软起动方法
电压斜坡式软起动起动电压曲线，该起动方式将传统的降压起动从有极变为无极，适用于重载起动，起动开始时转矩呈现抛物线型增长，起动时间比较长，导致电机在较长时间内保持欠压运行。为了改善这种情况，双斜坡式起动被提了出来，先设定电机起动最小电压U1，先将输出电压上升至U1，然后按照设定的速率逐渐上升，直到达到额定电压。该方法缩短了起动时间，使得起动电流和起动时间达到最优化，因此适合大功率泵类负载起动和恒速恒转矩运行。
3.3加突跳控制起动方法
加突跳起动包括电压加突跳起动和转矩加突跳起动，起动曲线这种起动方式是建立在电压斜坡起动的基础上的，即在斜坡起动的基础上加入一个小脉冲电压，该方法适用于大型风机和水泵类负载的起动，克服了电压斜坡起动的起动时间长的缺点，但是加入脉冲电压后，会引起起动转矩脉动。
3.4分级变频软起动方法
分级变频软起动即离散频率控制起动法，分级变频软起动主电路结构也采用每个支路反并联两支晶闸管，其控制规律为：在每两个工频电源周期内选择一个正半波和一个负半波导通，则生成的波形频率为25Hz。同理，在每三个工频电源周期内，选择连续导通两个正半波和两个负半波，可形成50 / 3Hz的电源波形。在每五个工频电源周期内，连续导通三个正半波和三个负半波，则可形成电源波形。依此类推，通过选择连续导通的正半波和负半波，可以得到的频率可以为50/n Hz。分级变频软起动利用了其他软起动方式容易产生磁通不饱和缺陷，通过改变频率，来改变V/f比。
3.5两相变频软起动方法
三相调压电子式软起动虽然可以对电压进行连续调节，但是转矩有可能过低导致起动失败，而分级变频软起动可以解决这些问题。结合电子式软起动电压调节和分级变频高转矩的优点，学者们提出了两相变频软起动原理，按照分级变频理论，在分级区间内对晶闸管连续调节，则电机电流的频率和电压幅值变化。
4结论
综上所述，以上起动方式是根据不同的情况和不同的负载起动要求设定的，他们各有千秋，在水利行业的应用中应该综合各种因素选择可靠的起动方法和设备。软起动器优点在于实现了整个起动过程中冲击小、平稳性能好，调节起动过程中的电流值、电压值、起动时间等参数。另一方面，它还具有过流保护、过载保护、过压欠压保护、热保护等多种对电机保护功能，这些优点根本上解决了传统的降压起动设备及其方法带来的问题。基于电机软起动和软停车的过程较为复杂，参数整定困难且容易随工作点的变化而变化。通常采用闭环的PID控制恒流或者电压斜坡控制，传统PID需要具体数学模型，对于各个参数一旦确定便无法更改，自适应模糊PID闭环控制模型对于泵类负载的非线性多变量模糊化数学模型具有自身的优势。智能软启系统在泵站系统的改造和水利行业的应用上，最大的优势是智能系统能够将微机通讯与软开机、软停机结合到一起，达到了智能化、信息化效果，符合国家提出的走新型水利化道路的要求。
参考文献：
[1]电动汽车用变绕组异步电机建模与实验研究[D]. 吴敏.浙江大学 2017
[2]异步电机离线参数辨识技术研究[D]. 李婷婷.浙江大学 2016
[3]异步电机直接转矩控制系统降低转矩脉动方法的研究[D]. 王生财.南京理工大学 2017
论文作者:詹星宇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/3
标签：泵站论文; 电压论文; 电流论文; 软起动论文; 转矩论文; 电机论文; 水利论文; 《电力设备》2017年第18期论文;