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小時連續運行，根據維護保養周期遵循先開先停原則，循環啟停備用設備；二是根據來水水量、水質的變化和工藝運行需要，適時調整運轉臺數和運行時間，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，同時根據負載特性設定限流值和起動時間等起動過程中的參數，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、相數的電力變換技術。只改變電壓大小或僅對電路實現通斷控制而不改變頻率的電路，稱為交流調壓電路和交流調功電路。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。

交流調壓電路采用兩單向晶閘管反并聯（圖二(a)）或雙向晶閘（圖二(b)，實現對交流電正、負半周的對稱控制，達到方便地調節輸出交流電壓大小的目的，或實現交流電路的通、斷控制。因此交流調壓電路可用于異步電動機的調壓調速、恒流軟起動，交流負載的功率調節,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) 單相交流調壓電路

(圖三) 單相交流調壓電路控制方式

（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與關斷周波數的比值，實現調節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，電壓調節不連續，會分解出分數次諧波。

（2）交流電壓波形的相位控制

在交流的正半周時觸發導通正向晶閘管、負半周時觸發導通反向晶閘管，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，能連續調節輸出電壓大小。為使uo 波形接近正弦波，可按正弦規律對晶閘管門極控制角進行控制（如 圖四）。

（圖四） 單相交流調壓電阻負載上波形

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過可整定的斜率時間，逐漸上升到供電電網電壓，其功能類似于調壓器，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出啟動運行信號，驅動電路根據接收的控制信號，發出相應信號觸發晶閘管的門極，通過控制晶閘管門極觸發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，實現控制電機啟停目的；人機界面單元實現用戶的參數設置、顯示設備的運行狀態、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到穩定的運轉壯態的方法。在接受到外部啟、停命令后，按照預先設定的啟、停方式實現對電機的控制。常規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負載情況進行調整，使其對應的輸出力矩調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)，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，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。根據電機負載情況調整、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，根據斜坡設定值繼續起動，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

軟啟動器有四種運行狀態：

1.4.1在線運行模式：晶閘管處于全導通狀態，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，提高系統效率。可以用一臺軟起動器起動多臺電動機。

1.4.3節能運行模式：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，功率因數低，處于重載時，功率因數高。軟啟動器能實現在輕載時，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，減少電機的銅耗、鐵耗，達到輕載節能的目的；負載重時，則提高電機端電壓，確保電機正常運行,起到了節能效果。

1.4.4調壓調速方式：軟起動器可以作調壓調速運行，因電動機轉子內阻很小，要得到大范圍的調速，就需在電動機轉子中串入適當的電阻。

1.5保護和監控

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，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，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，實現了過載保護功能，當電機過載時，關斷晶閘管并發出報警信號;工作時軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發生斷流，即可作出缺相保護反應；通過軟起動器內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，并發出報警信號。

一般軟啟動器，2～5倍電動機額定電流可調，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、電機內熱敏電阻阻值大于規定值時，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場環境,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，可根據電動機額定功率，選用樣本規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場所應選擇內置旁路型軟啟動器。該軟啟動器特點是內部設置了一套觸頭與晶閘管并聯，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。當驅動板出現問題時，不能提供觸發脈沖，觸發不了晶閘管工作； 觸發脈沖不同步，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:一是啟動參數或啟動曲線不合適造成電機起不來,應依據負載特性，檢查軟啟動器設定參數是否正確; 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軟啟動，這樣可以減少軟啟動器的數量，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，代替傳統啟動器。在實際應用中要重視根據負載特性和工作現場環境選用軟啟動器，合理調整各種參數，實踐證明，如果參數調整不當，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工作。