軟起動(dòng)器的特點(diǎn)及其應用

　　1　引言

　　異步電動(dòng)機以其優(yōu)良的性能及無(wú)需維護的特點(diǎn)，在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。然而由于其起動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生較大沖擊電流，同時(shí)由于起動(dòng)應力較大，使負載設備的使用壽命降低。國家有關(guān)部門(mén)對電機起動(dòng)早有明確規定，即電機起動(dòng)時(shí)的電網(wǎng)電壓降不能超過(guò)15%。人們往往需要配備限制電機起動(dòng)電流的起動(dòng)設備，過(guò)去多采用y/△轉換、磁控降壓起動(dòng)器、自耦降壓等方式來(lái)實(shí)現。這些方法雖然可以起到一定的限流作用，但沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。

　　隨著(zhù)電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟起動(dòng)器得到廣泛應用。它不僅實(shí)現在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑的起動(dòng)電機，而且可根據電動(dòng)機負載的特性來(lái)調節起動(dòng)過(guò)程中的參數，如限流值、起動(dòng)時(shí)間等。此外，它還具有多種對電機保護功能，這就從根本上解決了傳統的降壓起動(dòng)設備的諸多弊端。

　　2　軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn)

　　軟起動(dòng)器是一種用來(lái)控制交流異步電動(dòng)機的新設備，它是集電機軟起動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱(chēng)為softstarter。它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現不同的功能。以上海山宇公司生產(chǎn)的軟起動(dòng)器來(lái)說(shuō)明軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn)。山宇公司的軟起動(dòng)器主要由雙cpu的主控板、電機主控制回路及供電變壓器構成，具有控制功能、電機保護功能以及顯示、報警、參數設置等功能。

　　2.1　軟起動(dòng)器與傳統起動(dòng)方式的比較

　　表1給出了軟起動(dòng)器與傳統起動(dòng)器的比較，從起動(dòng)電流的波形可以看出軟起動(dòng)器啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊電流，而傳統的起動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)有1～2次的沖擊電流。而且從起始電壓、電機轉矩特性、能否頻繁起動(dòng)方面的對比情況看，軟起動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)有傳統起動(dòng)器無(wú)法比擬的優(yōu)越性。

　　2.2 啟、?？刂颇Ｊ?/FONT>

　　山宇公司sjr2軟起動(dòng)器有完美的起動(dòng)模式，收到外部起、停命令后，按照預先設定的起、停方式實(shí)現對電機的控制?？蛇x的起、?？刂颇Ｊ接幸韵聨追N：

　?。?）限流軟起動(dòng)控制模式：電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)，其輸出電壓從零迅速增加，直至輸出電流達到設定的電流限幅值ｉm，然后保證輸出電流在不大于該值的情況下，電壓逐漸升高，電動(dòng)機逐漸加速，當電動(dòng)機達到額定轉速時(shí)，旁路接觸器吸合，輸出電流迅速下降至電機額定電流ie以下，完成起動(dòng)過(guò)程。如圖1所示。

　?。?）電壓斜坡起動(dòng)控制模式

　　當電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)，在電動(dòng)機電流不超出額定值400%的范圍內，軟起動(dòng)器的輸出電壓迅速上升到整定值u1，然后按設定的速率逐漸增加，電動(dòng)機隨電壓的上升不斷平穩加速，直至達到額定電壓后，電機達到額定轉速，旁路接觸器吸合，起動(dòng)過(guò)程完成。起動(dòng)時(shí)間t是根據標準負載在標準實(shí)驗條件下所得的控制參數，sjr2系列軟起動(dòng)器以此參數為基準，通過(guò)控制輸出電壓使電機平穩加速以完成起動(dòng)過(guò)程，并非機械的控制時(shí)間t而不論電機加速是否平穩，鑒于此，在負載較輕時(shí)，起動(dòng)時(shí)間往往小于設定的起動(dòng)時(shí)間，只要能順利起動(dòng)則屬正常，這也是山宇變頻器智能化的表現之一。一般而言，電壓斜坡起動(dòng)模式適用于對起動(dòng)電流要求不嚴對起動(dòng)平穩性要求較高的場(chǎng)所。輸出特性曲線(xiàn)如圖2所示。

　?。?）突跳+限流或突跳+電壓起動(dòng)模式

　　圖3給出了突跳起動(dòng)模式的輸出變化波形，在某些重載場(chǎng)合下，由于機械靜摩擦力的影響而不能起動(dòng)電機時(shí)，可選用此種起動(dòng)模式。在起動(dòng)時(shí)，先對電動(dòng)機施加一個(gè)較高的固定的電壓并持續有限的一段時(shí)間，以克服電動(dòng)機負載的靜摩擦力使電機轉動(dòng)，然后按限制電流或電壓斜坡的方式起動(dòng)。在選用此模式前，應先用非突跳模式起動(dòng)電機，若電機因靜摩擦力太大不能轉動(dòng)，再選用此模式，否則應避免用此模式起動(dòng)，以減少不必要的大電流沖擊。

　?。?） 電流斜坡起動(dòng)模式

　　圖4為電流斜坡起動(dòng)模式的輸出電流波形，其中i1為限流值，t1為設置的時(shí)間值。電流斜坡起動(dòng)模式具有較強的加速能力，適用于兩極電動(dòng)機，也可在一定范圍內縮短起動(dòng)時(shí)間。

　?。?）軟停車(chē)模式：在這種停車(chē)模式下，電動(dòng)機的供電有旁路接觸器切換到軟起動(dòng)器的晶閘管輸出，軟起動(dòng)器的輸出電壓由全壓逐漸減小，使電動(dòng)機轉速平穩降低，以避免機械震蕩，直到電動(dòng)機停止運行。

　?。?）自由停車(chē)：在這種停車(chē)模式下，軟起動(dòng)器接到停止命令后立即斷開(kāi)旁路接觸器并禁止軟起動(dòng)器晶閘管的電壓輸出，電動(dòng)機依負載慣性逐漸停車(chē)。

　　2.3　電機保護功能

　　山宇sjr2系列軟起動(dòng)器具有完善的保護功能，保護軟起動(dòng)器和電機的安全。包括：過(guò)熱保護、輸入缺相保護、輸出缺相保護、三相不平衡保護、起動(dòng)過(guò)流保護、運行過(guò)載保護、電源電壓過(guò)低保護、電源電壓過(guò)高保護、負載短路保護等。每種保護動(dòng)作時(shí)都有相應的代碼，用戶(hù)可以方便的判斷故障原因和采取相應解決辦法。由于sjr2軟起動(dòng)器為三進(jìn)六出的設計，當起動(dòng)完成時(shí)也可以在線(xiàn)監視電動(dòng)機的運行參數，時(shí)時(shí)保護電動(dòng)機的安全運行。

　　2.4　顯示、報警和參數設置功能

　　在軟起動(dòng)器的控制面板上，可顯示電機電流、報警信號及設定的參數值;以數字形式設置電機保護值、電機運行方式;手動(dòng)操作啟、停電機。

　　3　軟起動(dòng)器在電廠(chǎng)空壓機中的應用

　　3.1　概述

　　某電廠(chǎng)空壓機系統是機組調相、檢修和其它用氣設備的氣源，由2臺空壓機和4個(gè)儲氣罐構成。2套獨立的控制系統各控制1臺空壓機，運行已20多年，設備老化嚴重，故障率高。受當時(shí)科技水平的限制，邏輯控制回路由繼電器構成，起動(dòng)方式為傳統的頻敏電阻降壓方式，起動(dòng)電機執行元件是接觸器?？刂葡到y接線(xiàn)復雜，故障點(diǎn)多，電機保護功能不全，起動(dòng)電流大，對廠(chǎng)用電有較大的沖擊，不利于其它設備的穩定運行。2004年初對該系統改造時(shí)，應用了上海山宇電子設備有限公司生產(chǎn)的sjr2型軟起動(dòng)器。新控制系統解決了原控制系統存在的諸多問(wèn)題，且有利于同正著(zhù)手全面改造的新計算機監控系統接口，為提高全廠(chǎng)綜合自動(dòng)化水平，實(shí)現減人增效打下了基礎。

　　3.2　控制系統的結構

　　控制系統結構如圖5所示，主要包括軟起動(dòng)器、接觸器、可編程控制器、壓力傳感器、進(jìn)氣電磁閥。

　　3.3　軟起動(dòng)器的工作原理

　　當氣罐氣壓降至空壓機起動(dòng)值時(shí)，可編程控制器向軟起動(dòng)器發(fā)出起動(dòng)命令，軟起動(dòng)器通過(guò)晶閘管控制電動(dòng)機的起動(dòng)電壓和電流，使空壓機系統在空載狀態(tài)下平滑起動(dòng)。當電壓達到額定值時(shí)，接觸器吸合，晶閘管短路，三相電源直接加在電動(dòng)機上，軟起動(dòng)器起動(dòng)完成，并向可編程控制器發(fā)起動(dòng)完成信號?？删幊炭刂破鹘?jīng)過(guò)9s的延時(shí)，投進(jìn)氣電磁閥，空壓機帶載運行，向氣罐打氣;當氣罐氣壓達停機值