侯兆海

摘 要：傳統(tǒng)的籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)分為直接啟動(dòng)和降壓啟動(dòng)。一般來說，大容量電機(jī)很少采用直接啟動(dòng)，因?yàn)檫@勢必要增加供電變壓器的容量和線路設(shè)備的投資。對于中大容量異步電動(dòng)機(jī)來說，采用降壓啟動(dòng)是一種切實(shí)可行的方法，如串電阻（或電抗器）啟動(dòng)、星–三角（Y-×）降壓啟動(dòng)、自耦變壓器降壓啟動(dòng)等，但是傳統(tǒng)的降壓啟動(dòng)方式卻有一些難以克服的缺點(diǎn)。該文介紹了異步電機(jī)使用軟啟動(dòng)器的原因、QB42系列軟啟動(dòng)器的基本工作原理和性能特點(diǎn)以及使用要點(diǎn)，并通過實(shí)例分析了QB42系列軟啟動(dòng)器在南鋼2×220 m2燒結(jié)改造項(xiàng)目膠帶機(jī)的應(yīng)用控制情況。

關(guān)鍵詞：軟啟動(dòng)器 啟動(dòng)電流 控制 分析

中圖分類號：TM57 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0025-03

隨著傳動(dòng)控制對自動(dòng)化要求的不斷提高，采用普通可控硅或可控硅模塊為主要器件、單片機(jī)為控制核心的智能型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制設(shè)備──軟啟動(dòng)器，在各行業(yè)中已得到越來越廣泛的應(yīng)用。由于軟啟動(dòng)器性能優(yōu)良、體積小、重量輕，具有多種控制模式及齊全的保護(hù)功能，而且可根據(jù)不同負(fù)載靈活調(diào)整啟動(dòng)參數(shù)，負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，因此電子式軟啟動(dòng)器將逐步取代傳統(tǒng)的星–三角（Y-×）啟動(dòng)、自耦變壓器啟動(dòng)、磁控降壓啟動(dòng)等啟動(dòng)方式。2×220 m2燒結(jié)系南鋼老區(qū)改造項(xiàng)目，在配料混合系統(tǒng)和整粒篩分系統(tǒng)的多條90 kW及以上膠帶機(jī)中使用了長沙奧托自動(dòng)化技術(shù)有限公司生產(chǎn)的QB42系列軟啟動(dòng)器，這種軟啟動(dòng)器是傳統(tǒng)降壓啟動(dòng)方式的更新?lián)Q代產(chǎn)品，使用兩年來，工作情況良好，沒有出現(xiàn)明顯故障，保障了生產(chǎn)穩(wěn)定順行。

1 軟啟動(dòng)器的使用原因與基本原理

1.1 異步電動(dòng)機(jī)為何需要軟啟動(dòng)器

大家知道，對于一般籠型異步電動(dòng)機(jī)，它的直接啟動(dòng)電流是額定電流的4～7倍。如果是小容量電機(jī)在輕載的情況下直接啟動(dòng)，其啟動(dòng)電流對電網(wǎng)的影響不大，但是對于那些經(jīng)常重載和中大容量的電動(dòng)機(jī)則不允許直接啟動(dòng)。因?yàn)檫^大的啟動(dòng)電流沖擊，會造成電網(wǎng)電壓的瞬間降落，這不僅影響接在同一電網(wǎng)上的其他電機(jī)和設(shè)備的正常運(yùn)行，也會使該電動(dòng)機(jī)本身啟動(dòng)不起來或啟動(dòng)時(shí)間過長。當(dāng)然直接啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便，缺點(diǎn)是起動(dòng)電流大而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻不算很大，對于電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)壽命有一定影響。一般規(guī)定，只要直接起動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流在電網(wǎng)中引起的電壓降落不超過10%～15%（對于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)取10%，對于不經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)取15%），就允許采用直接起動(dòng)。對于中大容量電機(jī)來說，可以通過經(jīng)驗(yàn)公式來核定是否能直接啟動(dòng)，即I1st/I1N≤3/4+SH/4PN。式中I1st為直接啟動(dòng)時(shí)定子線電流；I1N為電動(dòng)機(jī)的額定電流；SH為供電電源的總?cè)萘浚╧VA）；PN為電動(dòng)機(jī)額定功率（kW）。應(yīng)該指出，該經(jīng)驗(yàn)公式的條件相對比較嚴(yán)格。如果能夠滿足該經(jīng)驗(yàn)公式，則該機(jī)可以直接啟動(dòng)。在相對寬松的條件下，如果不滿足該經(jīng)驗(yàn)公式，但是電機(jī)功率未超過變壓器容量的15%～20%，一般也可以直接啟動(dòng)。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)不能直接啟動(dòng)時(shí)，傳統(tǒng)上是采用降壓啟動(dòng)，但是這些啟動(dòng)方法都存在一定的缺陷，因?yàn)槠饎?dòng)時(shí)存在主回路電壓切換，將會對電機(jī)及機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生沖擊，從而降低設(shè)備使用壽命；主回路啟動(dòng)電阻等耗能元件也將增加能耗，設(shè)備體積增大等；在電壓降低的同時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也隨之降低；另外選好元件后啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不易調(diào)節(jié)。而軟啟動(dòng)器卻能很好地克服以上缺點(diǎn)：（1）沒有沖擊電流。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，通過逐漸增大晶閘管導(dǎo)通角，從而使電機(jī)啟動(dòng)電流從零上升到限定值。（2）多種控制方式?？梢愿鶕?jù)負(fù)載情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而獲得最優(yōu)起動(dòng)性能。（3）具有缺相欠壓、短路、過熱等多種保護(hù)，功能較為完善。（4）實(shí)現(xiàn)了無級平滑啟動(dòng)，而且故障率低，基本免維護(hù)。所以軟啟動(dòng)器作為新興的電機(jī)啟動(dòng)設(shè)備正逐步替代傳統(tǒng)的降壓啟動(dòng)設(shè)備，獲得了廣泛的應(yīng)用。

1.2 QB42軟啟動(dòng)器的基本原理

QB42軟啟動(dòng)器是日益進(jìn)步的電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)品，它以微處理器為核心，輔以相應(yīng)檢測電路，將三組反并聯(lián)晶閘管分別串接于三相供電電源與被控電機(jī)之間。起動(dòng)時(shí)，由內(nèi)部控制電路控制晶閘管的導(dǎo)通角，使電動(dòng)機(jī)的端電壓按一定控制方式變化，直至全電壓，消除了直接啟動(dòng)引起的大電流。軟啟動(dòng)器實(shí)際上可以看做是交流調(diào)壓器，改變晶閘管的觸發(fā)角就可改變其輸出電壓，從而能夠使電機(jī)實(shí)現(xiàn)無沖擊軟啟動(dòng)。

2 QB42軟啟動(dòng)器性能特質(zhì)

2.1 QB42軟啟動(dòng)器的作用

（1）能夠有效降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，從而可以減少配電容量，消除了電網(wǎng)增容引起的投資費(fèi)用。

（2）減小了電動(dòng)機(jī)和負(fù)載設(shè)備起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，能夠延長電動(dòng)機(jī)和相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

（3）具有自適應(yīng)的起動(dòng)模式，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)起動(dòng)曲線從而可以適應(yīng)復(fù)雜的電機(jī)和負(fù)載情況，以達(dá)到優(yōu)良的起動(dòng)效果。（4）保護(hù)功能可靠完善，從而保證了電動(dòng)機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用安全。

2.2 QB42軟起動(dòng)器的主要特點(diǎn)

（1）具有雙CPU結(jié)構(gòu)，冗余的可靠性設(shè)計(jì)，這是單CPU結(jié)構(gòu)軟啟動(dòng)器所無法比擬的。

（2）起動(dòng)過程中采用自適應(yīng)智能化控制方法，避免了繁瑣的曲線選擇，從而可以自動(dòng)控制電機(jī)達(dá)到最佳的起動(dòng)性能。

（3）對三相輸入電源沒有相序要求。

（4）具有通訊功能。

（5）硅箱部件采用強(qiáng)制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，從而提高了散熱性能。

（6）利用電力電子技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)，從而使該產(chǎn)品具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。

3 QB42軟起動(dòng)器的使用要點(diǎn)

（1）1/R、3/S、5/T是主回路的輸入端子，用來連接三相電源。2/U、4/V、6/W是主回路的輸出端子，用來連接三相電機(jī)，千萬不能反過來接線，否則會引起軟啟動(dòng)器非預(yù)期的動(dòng)作，容易損壞軟起動(dòng)器和電機(jī)。QB42軟起動(dòng)器對于電源和電機(jī)的相序不作要求，可以任意連接，相序決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向，但是旁路接觸器的輸入和輸出相序必須保持一致，否則旁路切換時(shí)會發(fā)生相間短路，使斷路器跳閘甚至損壞設(shè)備造成事故。

（2）端子11、12用來外接控制電源（AC220 V），13、14則用于控制軟啟動(dòng)器工作，當(dāng)13、14端子接通時(shí)軟起動(dòng)器起動(dòng)，在軟起動(dòng)器起動(dòng)電機(jī)的過程中，該信號必須保持，當(dāng)軟起動(dòng)器旁路輸出輔助觸點(diǎn)（15、16、17）動(dòng)作后，13、14即可斷開（軟起動(dòng)將會退出起動(dòng)狀態(tài)而重新進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)），也可以繼續(xù)保持（軟啟動(dòng)器將在5S后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，然后重新進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)），停止運(yùn)行是由切斷旁路接觸器的線圈電源來完成的。15、16、17端子為運(yùn)行輔助觸點(diǎn)，在起動(dòng)過程結(jié)束后動(dòng)作，用來控制接通旁路接觸器。端子15、16為常閉觸點(diǎn)，15、17為常開觸點(diǎn)。運(yùn)行輔助觸點(diǎn)（15、16、17）動(dòng)作后持續(xù)時(shí)間較短，因此在控制回路內(nèi)需要自鎖回路。18、19、20為故障輸出輔助觸點(diǎn)，在有故障保護(hù)時(shí)動(dòng)作。端子18、20為常開觸點(diǎn)，觸點(diǎn)容量為250 VAC/2A。當(dāng)軟啟動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)檢測到故障時(shí)，故障輔助觸點(diǎn)會動(dòng)作，在進(jìn)行復(fù)位時(shí)，按面板上的停止鍵或斷電后重新上電均可。端子13、14、61～63使用內(nèi)部工作電壓，不能在這些端子上連接其他的外部電源，不然將會損壞軟啟動(dòng)器的內(nèi)部電路。

（3）QB42軟起動(dòng)器應(yīng)當(dāng)配套使用旁路接觸器，在起動(dòng)完成后，輸出旁路信號，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。它就不再承擔(dān)負(fù)載電流，不會產(chǎn)生因功耗引起的溫升，電機(jī)運(yùn)行負(fù)載電流則通過旁路接觸器到電機(jī)。

4 2×220 m2燒結(jié)膠帶機(jī)控制

4.1 成-1A膠帶機(jī)軟起控制分析

成-1A（傳動(dòng)號710）與成-1B（傳動(dòng)號720）是2×220 m2燒結(jié)篩分系統(tǒng)A、B兩個(gè)系列的第一輸送皮帶，電機(jī)型號為Y315S-4，功率為110 kW，額定電流為200.8 A，額定轉(zhuǎn)速為1485 r/min。已知篩分變電所變壓器額定容量為1 250 kVA，則根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式可求得3/4﹢SH/4PN=3/4﹢1 250/（4×110）=3.59，查得I1st/I1N為6.8，所以不能直接啟動(dòng)。根據(jù)皮帶機(jī)的工作特點(diǎn)選用了QB42-132型軟啟動(dòng)器進(jìn)行啟動(dòng)控制，現(xiàn)以成-1A（傳動(dòng)號710）為例進(jìn)行分析，電路控制原理圖如圖1所示。

膠帶機(jī)主回路主要由斷路器QL、軟啟動(dòng)器QB42-132、旁路運(yùn)行接觸器KM組成；熱保護(hù)部分由電流互感器TA1、TA3、熱繼電器KH組成；電流測量部分由電流互感器TA2、電流變送器TC組成，電流變送器TC把接收的電流信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號傳送到PLC模塊柜，以進(jìn)行電流采集，從而在主控制電腦畫面上顯示出來。在控制電路中，SLS1、SLS為轉(zhuǎn)換開關(guān)，SSE為安全開關(guān)，SS為停止按鈕，F(xiàn)DL為防堵料裝置，SE1～SE8為拉繩開關(guān)，PK11～PK61為跑偏開關(guān)的輕跑偏（一級跑偏），PK12～PK62為跑偏開關(guān)的重跑偏（二級跑偏），DH為打滑開關(guān)，PC-L為PLC輸入模塊的+24 V電源。由轉(zhuǎn)換開關(guān)SLS1選擇軟啟動(dòng)還是直接起動(dòng)，一般選在軟起動(dòng)位置上，直接起動(dòng)只在必要時(shí)進(jìn)行。SLS用來選擇手動(dòng)或自動(dòng)，打在自動(dòng)位置時(shí)，自動(dòng)位繼電器KAS吸合，允許PLC控制，啟動(dòng)控制信號來時(shí)，首先由PLC輸出信號到KSR進(jìn)行響鈴預(yù)警，然后再輸出運(yùn)行信號使KQ吸合，進(jìn)而KA3吸合使QB42的13、14接通進(jìn)行軟起控制，軟起動(dòng)完成時(shí)，旁路輸出輔助觸點(diǎn)15、17接通從而KA2吸合，KM接著吸合進(jìn)行旁路控制，KA3失電退出軟起狀態(tài)。當(dāng)軟啟動(dòng)器有故障時(shí)，故障輔助觸點(diǎn)18、20接通從而KA1吸合禁止軟起動(dòng)并將故障信號送到PLC。當(dāng)SLS打在手動(dòng)位置時(shí)，按動(dòng)啟動(dòng)信號按鈕SSB，則KSP吸合，常開觸點(diǎn)接通電鈴進(jìn)行預(yù)警，然后按動(dòng)啟動(dòng)按鈕SF，則接通KA3進(jìn)行軟啟動(dòng)，其余過程和打在自動(dòng)位置時(shí)類似，不再贅述。

4.2 軟啟動(dòng)器參數(shù)設(shè)置

（1） 控制模式：端子；

（2） 工作模式：斜坡；

（3） 起動(dòng)時(shí)間：20秒；

（4） 突跳時(shí)間：0秒；

（5） 起動(dòng)電壓：40%；

（6） 欠壓值：70%；

（7） 起動(dòng)過流系數(shù)：3；

（8） 額定電流：200 A。

5 結(jié)語

QB42系列軟啟動(dòng)器安裝在2×220 m2燒結(jié)低壓配電室，配電室內(nèi)定期進(jìn)行衛(wèi)生清掃，環(huán)境整潔，并且安裝了空調(diào)，使QB42軟啟動(dòng)器減少了灰塵的侵襲，內(nèi)部元件能充分散熱，保證了軟啟動(dòng)器的安全無故障運(yùn)行。使用實(shí)踐表明，QB42系列軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)了膠帶機(jī)的平穩(wěn)起停，減少了電流對電網(wǎng)的沖擊，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，大大減少了故障率，確實(shí)是性能優(yōu)良值得信奈的理想產(chǎn)品。

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