污水處理廠在污水處理過程中，進水泵、回流泵、離心脫水機等大型設備，一是基本上24小時連續(xù)運行，根據(jù)維護保養(yǎng)周期遵循先開先停原則，循環(huán)啟停備用設備；二是根據(jù)來水水量、水質(zhì)的變化和工藝運行需要，適時調(diào)整運轉臺數(shù)和運行時間，進行設備啟停操作。為減少大型設備啟動過程中對電網(wǎng)和設備的沖擊等弊端，原來多采用星—三角啟動、自耦變壓器降壓啟動等方式。隨著電機軟啟動器普及應用，原有啟動方式逐步被取代，實現(xiàn)了設備無沖擊平滑啟動，對于高揚程大流量潛水離心泵設置軟停車功能，同時根據(jù)負載特性設定限流值和起動時間等起動過程中的參數(shù)，應用軟啟動器自身配置的電機保護功能，減少了控制、保護回路，提高了電氣保護靈敏性和可靠性，電氣故障普遍減少，維修費用普遍降低。 （圖一）中比較了同一臺電機，同樣負載條件下，直接起動、星/三角起動和軟起動三種啟動方式下，電動機電壓 (V)、電動機電流 (I) 的不同情況，可以看出軟起動器是通過降低啟動電壓，實現(xiàn)小啟動電流。電機輸入電壓從設定的初始值開始按照預設的函數(shù)關系逐漸上升，直至起動結束，賦予電機全電壓，使電機轉速平滑增加，直至起動結束到達額定速度。

軟啟動器工作原理與運行特點：

1．1. 交流調(diào)壓電路原理介紹

交流—交流(AC—AC)變換是一種可以改變電壓大小、頻率、相數(shù)的電力變換技術。只改變電壓大小或僅對電路實現(xiàn)通斷控制而不改變頻率的電路，稱為交流調(diào)壓電路和交流調(diào)功電路。從一種頻率交流變換成另一種頻率交流的電路則稱為交—交變頻器，它有別于交—直—交二次變換的間接變頻，是一種直接變頻電路。

交流調(diào)壓電路采用兩單向晶閘管反并聯(lián)（圖二(a)）或雙向晶閘（圖二(b)，實現(xiàn)對交流電正、負半周的對稱控制，達到方便地調(diào)節(jié)輸出交流電壓大小的目的，或實現(xiàn)交流電路的通、斷控制。因此交流調(diào)壓電路可用于異步電動機的調(diào)壓調(diào)速、恒流軟起動，交流負載的功率調(diào)節(jié),應用領域十分廣泛。工作原理：VT1組工作時，負載Z的電流io 為正;VT2組工作時，負載Z的電流io 為負。兩組晶閘管按一定的頻率交替工作，負載Z就得到該頻率的交流電，改變兩組晶閘管的切換頻率， 就可以改變輸出頻率；改變變流電路工作時的晶閘管門極控制角，就可以改變交流輸出電壓的幅值(如圖三)。

(圖二) 單相交流調(diào)壓電路

(圖三) 單相交流調(diào)壓電路控制方式

（1）晶閘管通斷控制

在交流電壓過零時刻導通或關斷晶閘管，使負載電路與交流電源接通幾個周波，然后再斷開幾個周波，通過改變導通周波數(shù)與關斷周波數(shù)的比值，實現(xiàn)調(diào)節(jié)交流電壓大小的目的。通斷控制時輸出電壓波形基本正弦，無低次諧波，但由于輸出電壓時有時無，電壓調(diào)節(jié)不連續(xù)，會分解出分數(shù)次諧波。

（2）交流電壓波形的相位控制

在交流的正半周時觸發(fā)導通正向晶閘管、負半周時觸發(fā)導通反向晶閘管，且保持兩晶閘的移相角相同，以保證向負載輸出正、負半周對稱的交流電壓波形。相位控制方法簡單，能連續(xù)調(diào)節(jié)輸出電壓大小。為使uo 波形接近正弦波，可按正弦規(guī)律對晶閘管門極控制角進行控制（如 圖四）。

（圖四） 單相交流調(diào)壓電阻負載上波形

1．2. 軟啟動器工作原理

軟啟動器是以交流—交流(AC—AC)變換技術為基礎,結合自動控制和單片機技術，實現(xiàn)軟啟動、軟停車和多保護功能于一體的智能電機控制設備, 通過控制串接于電源與電機之間的三相反并聯(lián)晶閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓從設定的初始值經(jīng)過可整定的斜率時間，逐漸上升到供電電網(wǎng)電壓，其功能類似于調(diào)壓器，在電機起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。

( 圖五所示)為軟啟動器主要組成部分，電路類似三相全控橋式整流電路。

（圖五）軟起動器原理示意圖

電機軟啟動器主回路由晶閘管（SCR）組成，通過對交流三相電源進行相位控制和斬波，控制輸出電壓幅度給電機；應用互感器將檢測信號送至單片微處理器，通過計算，給晶閘管驅動電路發(fā)出啟動運行信號，驅動電路根據(jù)接收的控制信號，發(fā)出相應信號觸發(fā)晶閘管的門極，通過控制晶閘管門極觸發(fā)角的大小來改變晶閘管的開通程度，從而完成對電動機的軟啟動和軟停車的理想化的控制，實現(xiàn)控制電機啟停目的；人機界面單元實現(xiàn)用戶的參數(shù)設置、顯示設備的運行狀態(tài)、故障等。(控制框圖見圖六)。

（圖六） 軟啟動的控制框圖

1．3. 軟啟動主要啟停方式

軟啟動器的啟動方式是指使電動機由靜止態(tài)到穩(wěn)定的運轉壯態(tài)的方法。在接受到外部啟、停命令后，按照預先設定的啟、停方式實現(xiàn)對電機的控制。常規(guī)可選的啟動控制模式有電壓斜坡起動，斜坡恒流軟啟動, 脈沖突跳起動(有助于克服靜阻矩)，以及這些方式的交替或組合起動方式等。

1.3.1.1電壓斜坡啟動：

如（圖七）所示，電機在啟動過程中輸出力矩隨電壓增加，在起動時軟啟動器提供一個初始啟動電壓。初始啟動電壓大小可根據(jù)負載情況進行調(diào)整，使其對應的輸出力矩調(diào)到大于負載靜摩擦力矩時，負載能立即開始轉動，這時輸出電壓開始按一定的斜率上升(斜率可調(diào))，電機不斷加速。在起動過程中軟啟動器自動檢測電壓、轉速，當輸出電壓達到額定電壓（或電網(wǎng)電壓）時，電機達到額定轉速，主回路接觸器吸合，啟動過程完成。 軟啟動器的初始啟動電壓US一般能在30%～65%額定電壓間可調(diào)，這時對應的啟動轉矩為10%～36%直接啟動轉矩。

1.3.1.2 斜坡恒流軟啟動

如（圖八）所示，電機在啟動初始階段啟動電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的值后保持恒定，直至啟動完畢。根據(jù)電機負載情況調(diào)整、設定電流上升變化速率。電機定子電流上升速率大，則啟動轉矩大，啟動時間短。這種啟動方式在風機、水泵類負載應用比較多。

1.3.1.3 脈沖突跳起動：

如（圖九）所示，有些電機負載的轉動慣量比較大，如球磨機、軋鋼機、皮帶輸送機等，必須施加一個短時的較大起動力矩，以克服電機轉動慣量，所以在軟起動器上設置了脈沖突跳方式，這一起動開始階段，讓晶閘管在極短的時間內(nèi)全導通，可以短時輸出95%的額定電壓（相當于90%直接起動轉矩），脈沖突跳結束后，根據(jù)斜坡設定值繼續(xù)起動，進入恒流起動，如采用此方式，還可以減少啟動時的振動。

1.3.2.停止功能

軟啟動器有三種停止方式

1.3.2.1自由停止：直接切斷電源，電機依靠慣性自由停車。

1.3.2.2軟停止(圖十)：有時不希望電動機突然停止，采用軟停止方式。在接收停機信號后，電機端電壓逐漸減小，轉速下降到可調(diào)整斜坡時間，適用于慣性力矩較小的水泵類負載，污水廠進水泵房進水泵，可以應用軟停車方式，軟啟動器在接到停車指令后執(zhí)行軟停止程序，輸出電壓由全電壓線性降低，使水泵電機按所設定的速率逐漸減速直到完全停止，消除了停機瞬間的“水錘”效應。

1.3.2.3 直流制動(圖十)：當給出停車信號后，將直流注入電動機加快制動，直流制動時間可以選擇。主要用于慣性力矩大的負載或需要快速停機的場合，還可用于準確停車功能，該功能用于要求定位控制停車的場合。

1．4運行狀態(tài)

軟啟動器有四種運行狀態(tài)：

1.4.1在線運行模式：晶閘管處于全導通狀態(tài)，電動機工作于全壓方式，電壓斜坡分量可以完全忽略，常用于短時重復的電動機。

1.4.2接觸器旁路工作模式：在電動機達到滿速運行時，用旁路接觸器來取代已完成任務的軟起動器，這樣可以降低晶閘管的熱損耗，提高系統(tǒng)效率。可以用一臺軟起動器起動多臺電動機。

1.4.3節(jié)能運行模式：異步電機是感性負載，在運行中，定子線圈繞組中的電流滯后于電壓。如電機工作電壓不變，處于輕載時，功率因數(shù)低，處于重載時，功率因數(shù)高。軟啟動器能實現(xiàn)在輕載時，通過降低電機端電壓，減少電動機電流勵磁分量，提高功率因數(shù)，減少電機的銅耗、鐵耗，達到輕載節(jié)能的目的；負載重時，則提高電機端電壓，確保電機正常運行,起到了節(jié)能效果。

1.4.4調(diào)壓調(diào)速方式：軟起動器可以作調(diào)壓調(diào)速運行，因電動機轉子內(nèi)阻很小，要得到大范圍的調(diào)速，就需在電動機轉子中串入適當?shù)碾娮琛?/p>

1.5保護和監(jiān)控

軟啟動器液晶顯示器可顯示電流、電壓、功率、功率因子、電動機溫度、運行時間和快速故障診斷信息。在通信方面，提供了標準的串行通信口，可通過鍵盤和LED以菜單形式設置參數(shù)，提供良好的人機界面。

保護功能有過載保護功能：軟起動器引進了電流控制環(huán)，因而隨時跟蹤檢測電機電流的變化狀況。通過增加過載電流的設定和反時限控制模式，實現(xiàn)了過載保護功能，當電機過載時，關斷晶閘管并發(fā)出報警信號;工作時軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護反應；通過軟起動器內(nèi)部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管，并發(fā)出報警信號。

一般軟啟動器，2～5倍電動機額定電流可調(diào)，按負載曲線提供過載保護；輸入、輸出缺相時速動跳閘；晶閘管短路、散熱器過熱、轉子堵轉、電機內(nèi)熱敏電阻阻值大于規(guī)定值時，延時跳閘；熱故障信號、電動機過載及溫升超過臨界閾值時，自動停機。停機后，如果電動機溫度依然過高，軟起動器的熱控制裝置可防止重新啟動；同時還具有電源掉電、欠電壓、過電壓等保護。

2、軟啟動器的選型

軟啟動器的選型首先要考慮設備啟動負載特性、啟動頻繁程度及工作現(xiàn)場環(huán)境,其次還要考慮軟啟動器技術、性能及價格。

對于污水處理廠水泵類啟動負載較輕的設備，可根據(jù)電動機額定功率，選用樣本規(guī)定的相同容量的通用型軟啟動器就能滿足需要。對于大型通風機、鼓風機、皮帶機等啟動負荷比較重的設備，應該選用啟動功能比較多、有限流啟動功能、自身保護比較齊全的軟啟動器。

一般情況下，如果軟啟動器正常工作時每次啟動間隔時間小于2min，超過30次/h，即可定為頻繁啟動。在頻繁工作的場所選取軟啟動器要按電動機的起動電流選取，應加大選取軟啟動器的容量，根據(jù)頻繁度的不同取1.2-1.5倍。同時由于晶閘管頻繁工作，為了排除晶閘管散發(fā)的大量的熱量，軟啟動器必需帶有機械風冷。

在污水處理廠潮濕和腐蝕性大的作業(yè)場所應選擇內(nèi)置旁路型軟啟動器。該軟啟動器特點是內(nèi)部設置了一套觸頭與晶閘管并聯(lián)，在電機軟啟動過程和軟停車過程中由晶閘管運行，觸頭斷開，當電動機正常運行時晶閘管關閉，觸頭閉合。這套動作過程是通過單片機自動完成的，晶閘管只在啟動和停車工作，啟動后退出工作，避免了晶閘管在線運行所帶來的功耗與散熱;單片機對電動機起到啟停與保護及其控制; 由于晶閘管和觸頭組合一體的設計，通過單片機實現(xiàn)控制，因此可靠性高，同時外部電路簡單，避免外置式接觸器等電器元件，由于腐蝕等出現(xiàn)的故障。

在選擇軟啟動器還要注意，是否能達到通訊控制以及故障自珍診斷功能；是否具備完備的保護功能、冷卻方式以及運行方式等，如：過電流保護，過壓保護，單項接地保護，缺相保護，三相不平衡保護等。柜體是否需加機械通風，元器件的排布是否合理，機械風冷的柜體加機械通風，軟啟動器正上方不能放電器元件，留出通風散熱空間；運行方式分在線型和非在線型，選型時盡量選用非在線型。

3. 軟啟動器在污水廠運行中應注意的幾個問題：

3.1 晶閘管擊穿：電子器件的使用壽命與溫度有著直接關系，當運行的環(huán)境溫度超過其運行極限溫度時，其使用壽命急劇縮短，運行溫度過高，會造成晶閘管擊穿，因此軟啟動器應具有良好的通風散熱性，如盤柜散熱條件不好，就會減少晶閘管的使用壽命，從而造成晶閘管擊穿；過于頻繁的啟動會使晶閘管嚴重過熱而可能燒毀。環(huán)境腐蝕性氣體影響是另一原因,由于軟啟動器在運行過程中需要散熱,通過機械通風,將柜體外的新風引入,新風流過晶閘管散熱器,帶走熱量,達到降溫目的,但如果新風中含有腐蝕性氣體,必然會對晶閘管、驅動板及主板控制元件腐蝕,造成損壞;晶閘管擊穿一旦被擊穿，就相當于二極管，失去其電子開關特性，如此時啟動，電機將承受很大的啟動電流的沖擊，嚴重時將會燒毀電機。因此軟啟動器在污水廠使用時，應該綜合考慮通風散熱與防止腐蝕性氣體影響，必要時應在電氣間加裝制冷空調(diào)或通過風道將清潔新風引入軟啟動柜進行散熱。

3.2 由于過電壓、過熱或腐蝕造成驅動板及主板控制元件損壞，對于驅動板來說，它主要是提供觸發(fā)脈沖，以改變晶閘管導通角，由此來改變電動機輸入電壓的大小。當驅動板出現(xiàn)問題時，不能提供觸發(fā)脈沖，觸發(fā)不了晶閘管工作； 觸發(fā)脈沖不同步，即改變晶閘管的導通角不一樣，此時電動機的三相電流不平衡，電動機將出現(xiàn)很大噪音或導致電機啟動失敗。　　

3.3 啟動時電機不轉并有異響，原因分析:一是啟動參數(shù)或啟動曲線不合適造成電機起不來,應依據(jù)負載特性，檢查軟啟動器設定參數(shù)是否正確; 二是污水中雜物較多是否造成電機堵轉; 三是判斷電機是否缺相，晶閘管中的一只觸發(fā)不可靠或是不導通，此時一相電路通過的是半波直流，電動機的兩相繞組通過的直流對電動機起到了制動作用，不僅電機起不來，嚴重的還會燒毀電機和晶閘管。

3.4 啟動時跳閘。原因可能是啟動峰值電流過大; 負載過載、缺相或短路。應先調(diào)高啟動電壓設定值后再試; 對于慣性較大的重負載可適當延長啟動時間可降低電流峰值; 檢查軟啟動器可控硅回路是否有被擊穿或開路現(xiàn)象; 在斷開軟啟動器上下端回路的前提下檢查電機和電纜絕緣是否正常。

3.5 利用PLC（可編程控制器）與軟啟動器相結合方法，實現(xiàn)一臺軟啟動器對多臺通類型設備進行軟啟動；解決通類型設備之間的順序循環(huán)軟啟動，這樣可以減少軟啟動器的數(shù)量，降低投資和維護費用。

3.6 由于污水處理廠中大型設備一般是24小時連續(xù)運行,因此應用軟啟動器時應采用接觸器旁路工作模式，這樣可以降低晶閘管的熱損耗，提高系統(tǒng)效率。

4 結束語

軟啟動器在污水處理廠的普及應用，解決了電機直接啟動過程中對電網(wǎng)和機械設備的沖擊，軟停車功能解決了水泵停車時的“水錘”效應，完善的電機綜合保護功能，提高了設備可靠性及安全性，因此應大量提倡軟啟動器的使用，代替?zhèn)鹘y(tǒng)啟動器。在實際應用中要重視根據(jù)負載特性和工作現(xiàn)場環(huán)境選用軟啟動器，合理調(diào)整各種參數(shù)，實踐證明，如果參數(shù)調(diào)整不當，可能造成啟動失敗，嚴重時造成設備損壞，同時應加強軟啟動器日常維護保養(yǎng)工作。