【摘要】本文介紹了晶閘管軟起動(dòng)器在離心式通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用，并詳細(xì)闡述了晶閘管軟起動(dòng)器的分類及特點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的分類及其工作原理。

      【關(guān)鍵詞】晶閘管、風(fēng)機(jī)、電壓、起動(dòng)

　　1引言

　　目前在我國(guó)各行各業(yè)的各類機(jī)械與電氣設(shè)備中與風(fēng)機(jī)配套的電機(jī)約占全國(guó)電機(jī)裝機(jī)量的60%，耗用電能約占全國(guó)發(fā)電總量的三分之一。特別值得一提的是，大多數(shù)風(fēng)機(jī)在使用過(guò)程中都存在大馬拉小車的現(xiàn)象，加之因生產(chǎn)、工藝等方面的變化，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)氣體的流量、壓力、溫度等；目前，許多單位仍然采用落后的調(diào)節(jié)檔風(fēng)板或閥門開(kāi)啟度的方式來(lái)調(diào)節(jié)氣體的流量、壓力、溫度等。這實(shí)際上是通過(guò)人為增加阻力的方式，并以浪費(fèi)電能和金錢為代價(jià)來(lái)滿足工藝和工況對(duì)氣體流量調(diào)節(jié)的要求。這種落后的調(diào)節(jié)方式，不僅浪費(fèi)了寶貴的能源，而且調(diào)節(jié)精度差，很難滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)及服務(wù)等方面的要求，負(fù)面效應(yīng)十分嚴(yán)重。

　　隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，晶閘管軟起動(dòng)裝置應(yīng)運(yùn)而生。三相異步電動(dòng)機(jī)的起停技術(shù)發(fā)生了劃時(shí)代的變化。晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品問(wèn)世不過(guò)30年左右的時(shí)間，而其主要性能卻大大優(yōu)于磁控軟起動(dòng)、液阻軟起動(dòng)等傳統(tǒng)軟起動(dòng)方式。它的體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，幾乎免維護(hù)，功能齊全，起動(dòng)重復(fù)性好，保護(hù)周全，目前已成為軟起動(dòng)領(lǐng)域中佼佼者。

　　結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，本文詳細(xì)介紹了軟起動(dòng)器在離心式通風(fēng)機(jī)上的應(yīng)用。

　　2晶閘管方式軟起動(dòng)

　　2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　晶閘管軟起動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示。在圖1中，QS為高壓隔離開(kāi)關(guān)，QF1、QF2為真空斷路器，SCR為（普通）晶閘管，M為中壓電動(dòng)機(jī)。QF1伺職主電路的通斷，QF2伺職電力器件的旁路。

　　在SCR軟起動(dòng)裝置里，SCR共6組，每組含m（根據(jù)電壓的高低和可控硅的耐壓值來(lái)確定m的值）個(gè)相串的SCR。

圖1晶閘管軟起動(dòng)器主電路原理圖

　　2.2系統(tǒng)基本工作原理

　　利用晶閘管的開(kāi)關(guān)特性，通過(guò)晶閘管的觸發(fā)角來(lái)改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制到電機(jī)的輸出電壓，達(dá)到控制電機(jī)的起動(dòng)特性。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)過(guò)程完畢后，就讓交流接觸器吸合（如圖1所示意，即QF2吸合），短路所有的晶閘管，是電動(dòng)機(jī)直接連到電網(wǎng)上。

　　2.3起動(dòng)方式

　　1、電壓斜坡軟起動(dòng)電壓斜坡軟起動(dòng)方式下的軟起動(dòng)器的輸出電壓并不是由0上升至額定電壓Ue，而是由一個(gè)起始電壓U0開(kāi)始的。因?yàn)殡姍C(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，所以電壓過(guò)低則電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也很小。如果電機(jī)的的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電機(jī)并不能運(yùn)行，反而會(huì)使電機(jī)發(fā)熱，因此電壓斜坡軟起動(dòng)方式下的軟起動(dòng)器的輸出電壓是從某起始電壓U0開(kāi)始的。起始電壓U0要根據(jù)負(fù)載的特性設(shè)定出能使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最小電壓值。

      2、斜坡恒流軟起動(dòng)這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流逐漸增加，當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定（t1至t2階段），直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過(guò)程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)時(shí)間短。

      3、階躍起動(dòng)開(kāi)機(jī)，即以最短時(shí)間，使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值，即為階躍起動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值，可以達(dá)到快速起動(dòng)效果。

      4、電壓雙斜坡起動(dòng)在起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加，在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓Us，Us根據(jù)負(fù)載可調(diào)，將Us調(diào)到大于負(fù)載靜磨擦力矩，使負(fù)載能立即開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輸出電壓從Us開(kāi)始按一定的斜率上升(斜率可調(diào))，電機(jī)不斷加速。當(dāng)輸出電壓達(dá)到達(dá)速電壓Ur時(shí)，電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。軟起動(dòng)器在起動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)檢測(cè)達(dá)速電壓，當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，使輸出電壓達(dá)到額定電壓。

      5、限流起動(dòng)就是電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中限制其起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值(Im)的軟起動(dòng)方式。其輸出電壓從零開(kāi)始迅速增長(zhǎng)，直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后保持輸出電流I這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整。對(duì)電網(wǎng)影響小，其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間。

      6、突跳起動(dòng)在起動(dòng)開(kāi)始階段，讓晶閘管在極短的時(shí)間內(nèi)全導(dǎo)通后回落，再按原設(shè)定的值線性上升，進(jìn)入恒流起動(dòng)，該起動(dòng)方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。

　　以上多種控制方式中比較有代表性的是電壓斜坡和限流軟起動(dòng)。

　　3通風(fēng)機(jī)

　　3.1概述通風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，它是一種從動(dòng)的流體機(jī)械。通風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)的關(guān)系：風(fēng)機(jī)是我國(guó)對(duì)氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械的習(xí)慣簡(jiǎn)稱，通常所說(shuō)的風(fēng)機(jī)包括通風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)以及羅茨鼓風(fēng)機(jī)，但是不包括活塞壓縮機(jī)等容積式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。通風(fēng)機(jī)是風(fēng)機(jī)的一種產(chǎn)品類型，但人們通常把通風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)叫為風(fēng)機(jī)，既通風(fēng)機(jī)是風(fēng)機(jī)的另外一種叫法。3.2分類按氣體流動(dòng)方向的不同，通風(fēng)機(jī)主要分為離心式、軸流式、斜流式和橫流式等類型。

　　3.3離心式通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)離心通風(fēng)機(jī)主要由葉輪和機(jī)殼組成，小型通風(fēng)機(jī)的葉輪直接裝在電動(dòng)機(jī)上中、大型通風(fēng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器或皮帶輪與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接。離心通風(fēng)機(jī)一般為單側(cè)進(jìn)氣，用單級(jí)葉輪；流量大的可雙側(cè)進(jìn)氣，用兩個(gè)背靠背的葉輪，又稱為雙吸式離心通風(fēng)機(jī)。葉輪是通風(fēng)機(jī)的主要部件，它的幾何形狀、尺寸、葉片數(shù)目和制造精度對(duì)性能有很大影響。葉輪經(jīng)靜平衡或動(dòng)平衡校正才能保證通風(fēng)機(jī)平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)。按葉片出口方向的不同，葉輪分為前向、徑向和后向三種型式。前向葉輪的葉片頂部向葉輪旋轉(zhuǎn)方向傾斜；徑向葉輪的葉片頂部是向徑向的，又分直葉片式和曲線型葉片；后向葉輪的葉片頂部向葉輪旋轉(zhuǎn)的反向傾斜。前向葉輪產(chǎn)生的壓力最大，在流量和轉(zhuǎn)數(shù)一定時(shí)，所需葉輪直徑最小，但效率一般較低；后向葉輪相反，所產(chǎn)生的壓力最小，所需葉輪直徑最大，而效率一般較高；徑向葉輪介于兩者之間。葉片的型線以直葉片最簡(jiǎn)單，機(jī)翼型葉片最復(fù)雜。

　　為了使葉片表面有合適的速度分布，一般采用曲線型葉片，如等厚度圓弧葉片。葉輪通常都有蓋盤，以增加葉輪的強(qiáng)度和減少葉片與機(jī)殼間的氣體泄漏。葉片與蓋盤的聯(lián)接采用焊接或鉚接。焊接葉輪的重量較輕，流道光滑。低、中壓小型離心通風(fēng)機(jī)的葉輪也有采用鋁合金鑄造的。

　　3.4離心式通風(fēng)機(jī)工作原理離心通風(fēng)機(jī)工作時(shí)，動(dòng)力機(jī)（主要是電動(dòng)機(jī)）驅(qū)動(dòng)葉輪在蝸形機(jī)殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)，空氣經(jīng)吸氣口從葉輪中心處吸入。由于葉片對(duì)氣體的動(dòng)力作用，氣體壓力和速度得以提高，并在離心力作用下沿著葉道甩向機(jī)殼，從排氣口排出。因氣體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)主要是在徑向平面內(nèi)，故又稱徑流通風(fēng)機(jī)。

      4實(shí)際應(yīng)用

      4.1工況某礦電網(wǎng)負(fù)責(zé)整個(gè)井下，井上的電器設(shè)備供電，所以電網(wǎng)的余量比較小，為了保證在起動(dòng)過(guò)程中不影響其他設(shè)備運(yùn)行，對(duì)通風(fēng)機(jī)起動(dòng)電流要求很嚴(yán)格。4.2設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

　　1、風(fēng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：

　　名稱：礦井離心式通風(fēng)機(jī)

　　型號(hào)：DFK32—C4A

　　流量：28000m3/min

　　全壓：6024KPa

　　主軸轉(zhuǎn)速：480r/min

　　軸功率：3730KW

　　風(fēng)輪直徑：3200mm

　　風(fēng)機(jī)總重：28000Kg

　　轉(zhuǎn)子組重量：12260Kg

　　進(jìn)氣方向：210°

　　出氣方向：0°

　　2、電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：

　　型號(hào)：Y800-8

　　功率：4000KW

　　功率因數(shù)：0.857

　　重量：17.7t

　　絕緣等級(jí)：F

　　轉(zhuǎn)速：746r/min

　　電流：465.9A

　　4.3工作原理

　　風(fēng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)瞬間要克服軸承摩擦轉(zhuǎn)矩（為額定轉(zhuǎn)矩的30%～50%），對(duì)那些在風(fēng)機(jī)流體輸送管道中控制擋板的開(kāi)放與關(guān)閉會(huì)造成靜壓，影響起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此風(fēng)機(jī)無(wú)論其出口風(fēng)門是關(guān)閉的還是打開(kāi)的，都屬于帶載起動(dòng)。也就是說(shuō)，在速度為0時(shí)，其轉(zhuǎn)矩已有一個(gè)確定值。

　　一般離心通風(fēng)機(jī)屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由于通常慣性較大，且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的提高而增大，起動(dòng)之初不需要多大轉(zhuǎn)矩，因此而利用軟起動(dòng)將其起動(dòng)，優(yōu)先采用轉(zhuǎn)矩類起動(dòng)方式。因?yàn)殡姍C(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，所以此現(xiàn)場(chǎng)采用電壓斜坡起動(dòng)，能夠更容易控制起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，更好的發(fā)揮軟起的作用。

　　4.4起動(dòng)運(yùn)行記錄

表1軟起動(dòng)器運(yùn)行記錄

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　軟起動(dòng)器在不同的場(chǎng)所應(yīng)根據(jù)負(fù)載的類型，有針對(duì)性的選擇起動(dòng)方式，這樣才能是軟起動(dòng)器的性能更好的發(fā)揮。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]劉利,王棟.電機(jī)軟啟動(dòng)器實(shí)用技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社,2009.

　　[2王毅,趙凱歧,徐殿國(guó).電機(jī)軟起動(dòng)控制系統(tǒng)中功率因數(shù)角的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2002,22(8):82-87.

　　[3]徐甫榮.交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)凋速節(jié)能保護(hù)控制綜述[J].電工技術(shù)雜志，2003(4):1-5．

　　[4]王兆安,黃俊.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械T業(yè)出版社,2000.

　　[5]許宏綱.軟起動(dòng)器原理及應(yīng)用[J].能源技術(shù),2002(6):132—135．

　　[6]王玉峰,馬廣程,王常虹等.晶閘管控制感應(yīng)電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中振蕩現(xiàn)象研究[J]．電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2002,6(3):186—190．

　　作者簡(jiǎn)介

　　何曉平男電子工程師，現(xiàn)就職于哈爾濱九州電氣股份有限公司軟起動(dòng)項(xiàng)目組,研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹半姍C(jī)拖動(dòng)。