船舶電力系統(tǒng)是一個獨立的系統(tǒng)，通常其容量相對陸地上的電網(wǎng)來說是較小的。負(fù)載的投入和切除會影響船舶電網(wǎng)的頻率和電壓，特別是突加和突卸較大的負(fù)荷時會引起船舶電網(wǎng)頻率和電壓較大的波動，影響供電質(zhì)量，嚴(yán)重時會引起船舶電站主開關(guān)跳閘事故。在船舶電站負(fù)荷中，泵類負(fù)載占有很大一部分比例,而這些負(fù)載幾乎都是由鼠籠式三相異步電動機帶動的。鼠籠式三相異步電動機的起動電流是其額定電流的6～7倍，如果泵類負(fù)載采用直接啟動的辦法，就會影響船舶電站的供電質(zhì)量；另外這些泵類負(fù)載傳送的通常是液體，如果突然啟動或者突然停車會造成液擊，損壞管道系統(tǒng)。因此，很有必要在船上應(yīng)用一種裝置保證泵類負(fù)載軟啟動和軟停車，避免上述不利情況產(chǎn)生。本文以西門子3RW30型軟啟動器為例，講述了3RW30型軟啟動器的軟啟動和軟停車等功能在船舶上的應(yīng)用。 1　軟啟動器概述 目前市場上出售的啟動器有兩種類型：軟啟動型和硬啟動型。所謂硬啟動,就是在電動機啟動過程中，其繞組上所加的電壓是突變的，例如“Y△”降壓啟動等;所謂軟啟動,就是使用調(diào)壓裝置在規(guī)定時間內(nèi),自動將啟動電壓連續(xù)平滑地上升,直到達(dá)到電機額定電壓。軟啟動器按結(jié)構(gòu)分有磁控軟啟動器、晶閘管軟啟動器、液阻軟啟動器等 幾種類型。其中以電力電子晶閘管式軟啟動器應(yīng)用最為廣泛, 3RW30型軟啟動器就屬于該種類型。 1. 1　電力電子軟啟動器的工作原理 如圖1所示，在三相電源與電機間串入3對反并聯(lián)的晶閘管，利用晶閘管移相控制原理，改變晶閘管的觸發(fā)角從而改變軟啟動器的輸出電壓。 [align=center] 圖1　軟啟動器的工作原理[/align] 啟動時,電動機端電壓隨著晶閘管的導(dǎo)通角增大而逐漸上升，轉(zhuǎn)速也隨著增大，直到達(dá)到電機的額定電壓，從而結(jié)束啟動過程。停車時，軟啟動器內(nèi)晶閘管導(dǎo)通角從大逐漸減小，使輸出的電壓逐漸減小到零,電機轉(zhuǎn)速也隨著降為零,從而完成停車過程。 1. 2　電力電子軟啟動器的啟動方式 1）電壓雙斜坡軟啟動式。在啟動過程中將軟啟動器的輸出電壓由小到大沿斜坡線型上升，電機輸出力矩隨電壓增加而增加。3RW30型軟啟動器就屬于該種啟動方式。 2）限流啟動式。這是一種在電機的啟動過程中限制其啟動電流使其不超過設(shè)定值的軟啟動方式。該方式主要應(yīng)用于輕載啟動場合。 3）轉(zhuǎn)矩控制啟動式。它是將電動機的啟動轉(zhuǎn)矩由小到大線型上升,是最優(yōu)的重載啟動方式。 4）脈沖突跳啟動式。這是在電機啟動開始階段讓晶閘管在極短時間內(nèi)全導(dǎo)通后回落,再按原設(shè)定的值線性上升,進(jìn)入恒流啟動。這種啟動方式適用于重載并需要克服較大摩擦力的場合。 2　3RW 30型軟啟動器的相關(guān)說明 1） 3RW30型軟啟動器的可調(diào)參數(shù)。3RW30型軟啟動器為西門子軟啟動器系列中的一種，該產(chǎn)品適用于單速電動機。在該裝置上能對啟動電壓，啟動時間以及停止時間分別進(jìn)行單獨設(shè)定。啟動時間在0～20 s范圍內(nèi)可調(diào),啟動電壓在電動機的額定電壓約30% ～100%范圍內(nèi)可調(diào)，停止時間在0～20 s范圍內(nèi)可調(diào)。 2） 3RW30型軟啟動器適用場合。3RW30型軟啟動器可適用船上泵類及其他裝置，降低啟動電流和避免管道內(nèi)液體壓力聚變，延長管道系統(tǒng)的使用壽命。它最大的優(yōu)點是軟啟動、軟停車，不間斷轉(zhuǎn)換時無電流峰值。 3）選用準(zhǔn)則。3RW30型軟啟動器必須按電動機的額定電流來選擇相應(yīng)的軟啟動器。軟啟動器的額定電流必須大于或等于電動機的額定電流。 4） 3RW30型軟啟動器不需另配旁路接觸器。3RW30型軟啟動器在通電的過程中，大功率半導(dǎo)體元件始終有一個耗散功率,從而引起自身發(fā)熱。為了減少這種耗散功率，在電動機啟動后用軟啟動器內(nèi)部繼電器的觸頭將半導(dǎo)體元件旁路掉。這樣既解決了散熱問題，又不需要在軟啟動器外部另設(shè)旁路接觸器。 5） 3RW30型軟啟動器結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性。3RW30型軟啟動器,可利用兩相控制方法，就可獲得良好的啟動。兩相中使用晶閘管，第三相由軟啟動器內(nèi)部線路旁路，這樣可減少器件的材料費用，增加經(jīng)濟性。 3　3RW 30型軟啟動器在船上應(yīng)用的可行性分析 　　 1）適合船舶電站容量有限的特點。由于船舶電站容量有限，大功率負(fù)載如果是硬啟動，由于鼠籠式三相異步電動機的啟動電流是其額定電流的6～7倍，船舶電網(wǎng)的電壓、頻率就會出現(xiàn)較大波動,嚴(yán)重時會造成跳閘事故。國家規(guī)定在電機啟動時，其電網(wǎng)壓降不能超過15%，這必須要采用電站增容的辦法，或者采用降壓啟動電機的辦法來解決問題。如果負(fù)載采用3RW30型軟啟動器軟啟動，電動機的啟動電流由零平滑地增大，這樣對電網(wǎng)的沖擊較小，電網(wǎng)的頻率和電壓波動也不會過大，這就適合船舶電站容量有限的特點。 2）適合船上泵類負(fù)載特點。在船上泵類機械占有船舶機艙設(shè)備中很大一部分比例,這些泵類負(fù)載傳送的都是液體。對水泵、油泵等泵類負(fù)載,由于其流量Q與轉(zhuǎn)速n成正比,泵系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩M與液流壓力P和轉(zhuǎn)速有以下基本關(guān)系式： 由此可見，泵轉(zhuǎn)速的微小變化將引起負(fù)載轉(zhuǎn)矩和液流壓力較大幅度的變化。在泵類電動機直接啟動和停車的過程中，都將引起轉(zhuǎn)矩突變而導(dǎo)致產(chǎn)生“水錘效應(yīng)”，液體產(chǎn)生巨大沖擊力，破壞管路系統(tǒng)設(shè)施。而3RW30型軟啟動器有軟啟動和軟停車功能，完全消除了上述現(xiàn)象。 3）有著較強的經(jīng)濟性。節(jié)能型軟啟動器節(jié)電率在14% ～22%之間，如按節(jié)電率18%計算,一臺7. 5 kW的電動機,按每天工作8 h計算，一年可省電3 942 （kW·h），按0. 25元/ （kW·h）計算，折合人民幣986元，實際上船舶很多泵類負(fù)載工作時間多于8 h，特別是為主機和發(fā)電機服務(wù)的泵類，也就是說節(jié)約的資金還要大于這個數(shù)字。而一臺7. 5kW的3RW30型軟啟動器的市場價格約為1 200元，一年多就可收回成本。另外由于采用軟啟動和軟停車,泵類負(fù)載系統(tǒng)內(nèi)不會形成液擊，船舶設(shè)備檢修成本也降低了。 4　3RW 30型軟啟動器在船上的應(yīng)用實例 某老齡船舶在修船時，新增加了一臺壓載泵，·27·由于壓載泵功率較大，電站又老化，壓載泵一啟動，電站主開關(guān)就會跳閘，維修人員經(jīng)過分析決定對控制線路進(jìn)行改造，采用3RW30型軟啟動器進(jìn)行控制，如圖2所示。 [align=center] 圖2　3RW 30型軟啟動器控制線路[/align] 改造完后，電站、壓載泵等工作正常。圖2中13、14兩點間觸頭工作狀態(tài)是在軟啟動器通電時就閉合，斷電時斷開； 23、24兩點間觸頭工作狀態(tài)是電動機達(dá)到額定電壓時閉合，其余時間斷開。 5　結(jié)束語 3RW30型軟啟動器的軟啟動和軟停車等功能適合船舶電站容量有限的特點，有效降低了液體對泵類負(fù)載管道系統(tǒng)的破壞力，大大改善了電動機的運行條件。3RW30型軟啟動器應(yīng)用到船舶中，有著較強的實用性和經(jīng)濟性，值得推廣。