MCD3000軟起動(dòng)器在熱鋸上的應(yīng)用

鄧 偉， 張 翔

(西寧特殊鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司，青海西寧 810005)

0 引言

某公司軋鋼車間有一臺(tái)1.8 m、一臺(tái)1.5 m固定式金屬熱鋸，1.8 m金屬熱鋸整體拆掉后新上了一臺(tái)2 m固定式金屬熱鋸，其鋸片電機(jī)為YLV400-3-4 450 kW，利用MCD3000軟起動(dòng)器進(jìn)行起動(dòng)控制，投入生產(chǎn)后一直運(yùn)行良好，而同時(shí)運(yùn)行的1.5 m金屬熱鋸的鋸片電機(jī)頻繁燒損，導(dǎo)致可用的電機(jī)JS-126-4 225 kW和Y355M3-4 315 kW(傳動(dòng)為皮帶傳動(dòng)，兩種電機(jī)共用一個(gè)底座，均可在線使用)無備品，燒損的電機(jī)送公司電修廠返修，無法及時(shí)供應(yīng)，嚴(yán)重威脅著軋鋼車間鋼材的鋸切，為此車間利用為2 m金屬熱鋸備用的軟起動(dòng)器對(duì)1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

1 原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行

1.1 原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)的起動(dòng)

原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)的起動(dòng)采用電液阻柜(俗稱水電阻柜)在電機(jī)定子回路中串可變電阻進(jìn)行降壓起動(dòng)，隨著主電機(jī)的起動(dòng)，水電阻柜起動(dòng)裝置自動(dòng)改變電機(jī)電子回路中動(dòng)、靜極板之間的間距，使電阻線性均勻減小，電機(jī)端電壓均勻提高，起動(dòng)電流限制在額定電流的1.3～3.3倍，起動(dòng)結(jié)束后即進(jìn)入全壓運(yùn)行。

1.2 原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)的運(yùn)行

原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)起動(dòng)后無法對(duì)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，正常情況下平立軋機(jī)及750軋機(jī)軋制后的鋼材經(jīng)輸送輥道至兩臺(tái)金屬熱鋸(1.5 m、2 m)進(jìn)行定尺、鋸切，兩臺(tái)熱鋸基本上一直在使用，鋸切時(shí)鋸花(鋸切下的高溫鋸屑)飛濺，并且有循環(huán)水一直給鋸片進(jìn)行冷卻，因此金屬熱鋸鋸片電機(jī)運(yùn)行環(huán)境非常惡劣(過載、振動(dòng)、潮濕、高溫、電機(jī)絕緣易被破壞、線路易被鋸切下的高溫鋸屑燙壞、著火燒損等)，導(dǎo)致電機(jī)燒損居高不下，威脅生產(chǎn)。

水電阻裝置起動(dòng)的主要缺點(diǎn)如下:通過調(diào)節(jié)極板距離改變電阻，精度和靈敏度低;需要經(jīng)常加水;環(huán)境溫度變化對(duì)起動(dòng)性能有影響。

綜合以上因素，車間利用為2 m金屬熱鋸備用的軟起動(dòng)器對(duì)1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

2 改造后1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)的起動(dòng)

2.1 軟起動(dòng)器的工作原理

軟起動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，是降壓起動(dòng)中最先進(jìn)的，能夠很好地控制電流和轉(zhuǎn)矩，同時(shí)有先進(jìn)的電機(jī)保護(hù)功能和界面設(shè)置。軟起動(dòng)器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電機(jī)定子之間。使用軟起動(dòng)器起動(dòng)電機(jī)時(shí)，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)，降低起動(dòng)電流，避免起動(dòng)過流跳閘。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，起動(dòng)過程結(jié)束，自動(dòng)用旁路接觸器取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長(zhǎng)軟起動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟起動(dòng)器同時(shí)還提供軟停車功能，軟停車與軟起動(dòng)過程相反，電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)速逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉(zhuǎn)矩沖擊。

2.2 改造后鋸片電機(jī)的起動(dòng)

MCD3000閉環(huán)電流控制器是軟起動(dòng)器中最先進(jìn)的，與基于閉環(huán)電壓技術(shù)不同的是基于閉環(huán)電流技術(shù)，采用電流作為主要參考量，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)起動(dòng)電流進(jìn)行精確的控制和方便的調(diào)整。用MCD3000軟起動(dòng)器改造1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行控制線路如圖1所示。

圖1 1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行控制線路

MCD3000軟起動(dòng)器應(yīng)用于1.5 m固定式金屬熱鋸鋸片電機(jī)起動(dòng)控制時(shí)，為使電機(jī)更容易起動(dòng)、加速到額定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)電流必須足夠高，起動(dòng)時(shí)的最小電流極限值由電機(jī)的設(shè)計(jì)與負(fù)載的要求決定，圖2為電機(jī)起動(dòng)時(shí)電流－轉(zhuǎn)速曲線，最小電流極限值參數(shù)設(shè)置不宜過小，否則起動(dòng)困難或不能完成，一般實(shí)際生產(chǎn)過程中設(shè)置在300% ～350%。因1.5 m固定式金屬熱鋸鋸片電機(jī)有JS-126-4 225 kW 408 A 和 Y355M3-4 315 kW 578.2 A兩種型號(hào)，故參數(shù)設(shè)置也設(shè)置了兩套，分別寫在了MCD3000軟起動(dòng)器控制面板上，更換電機(jī)后在起動(dòng)前進(jìn)行參數(shù)的重新設(shè)置。具體參數(shù)設(shè)置如表1所示，各參數(shù)的設(shè)置充分考慮了1.5 m熱鋸在鋸切時(shí)的負(fù)載狀況，盡量使軟起動(dòng)器在電機(jī)非正常狀態(tài)下，如過載、過電流、接地等運(yùn)行時(shí)跳閘，保護(hù)電機(jī)避免燒損。225 kW電機(jī)起動(dòng)時(shí)軟起動(dòng)器電流在逐漸上升至1 320 A時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的上升，電流開始下降，穩(wěn)定至空載電流98～122A后，鋸片電機(jī)起動(dòng)結(jié)束，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。315 kW電機(jī)起動(dòng)時(shí)軟起動(dòng)器電流在逐漸上升至1 848 A時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的上升電流開始下降，穩(wěn)定至空載電流136～173 A后鋸片電機(jī)起動(dòng)結(jié)束，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

圖2 電機(jī)起動(dòng)時(shí)電流與轉(zhuǎn)速上升曲線

表1 適用于225 kW、315 kW電機(jī)的軟起動(dòng)器參數(shù)設(shè)置

2.3 改造后鋸片電機(jī)的運(yùn)行

用MCD3000軟起動(dòng)器改造1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)的起動(dòng)、運(yùn)行控制，避免了原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)定子回路串入水電阻進(jìn)行降壓起動(dòng)后，無法對(duì)電機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控而存在的種種弊病，也消除了水電阻裝置起動(dòng)的一些缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了平滑控制電壓、電流，避免階躍情況的發(fā)生，基于電機(jī)電流信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了電機(jī)過載、相間不平衡、欠流保護(hù)、起動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)等保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的傳動(dòng)皮帶過緊、鋸軸因軸承損壞及潤(rùn)滑脂缺失導(dǎo)致高溫抱死等各種非正常情況均引起鋸片電機(jī)運(yùn)行異常、軟起動(dòng)器跳閘，維護(hù)人員與生產(chǎn)人員共同查找原因并處理后，才允許送電重新起動(dòng)軟起動(dòng)器，使鋸片電機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行，最大限度地減少了鋸片電機(jī)的燒損。據(jù)統(tǒng)計(jì)，改造以前1.5 m金屬熱鋸鋸片電機(jī)平均每月燒壞2～3臺(tái)，嚴(yán)重時(shí)特別是夏季多達(dá)每月3～5臺(tái)，改造后每2～3個(gè)月燒損1臺(tái)，極大地降低了電機(jī)維修費(fèi)用，減輕了維護(hù)人員的工作量，提高了生產(chǎn)效率。

3 軟起動(dòng)器調(diào)試、運(yùn)行中應(yīng)注意的主要問題及今后的改進(jìn)措施

3.1 軟起動(dòng)器調(diào)試、運(yùn)行中應(yīng)注意的主要問題

軟起動(dòng)器調(diào)試過程中主要應(yīng)注意以下問題:(1)能夠保證鋸片電機(jī)順利起動(dòng);(2)要使鋸片具有一定的過載能力;(3)要保證電機(jī)在過載、相間不平衡、電機(jī)絕緣被破壞等故障狀態(tài)下軟起動(dòng)器跳閘。在1.5 m金屬熱鋸改造、調(diào)試時(shí)，開始設(shè)置的參數(shù)較低，如電機(jī)滿載電流、電流極限值設(shè)置，225 kW電機(jī)滿載電流為390 A而額定電流為408 A，315 kW電機(jī)滿載電流為550 A而額定電流為578.2 A;電流極限值設(shè)置為300%;同時(shí)電流上升時(shí)間設(shè)置也較長(zhǎng)，為10 s，調(diào)試時(shí)鋸片電機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行正常，生產(chǎn)運(yùn)行一段時(shí)間后隨著負(fù)載狀況的變化，電機(jī)跳閘或停止后的再起動(dòng)非常困難，說明原來參數(shù)的設(shè)置偏低，電機(jī)起動(dòng)過載能力較低，適當(dāng)調(diào)整參數(shù)至表1中所示，并且增加傳動(dòng)皮帶松緊調(diào)整裝置、二硫化鉬潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑次數(shù)，鋸片電機(jī)起動(dòng)、運(yùn)行得以正常。

軟起動(dòng)器內(nèi)部有3個(gè)可編程的繼電器A、B、C，其觸點(diǎn)為 5 A、250 V AC/360 V AC，5 A、30 V DC，在運(yùn)行了半年后控制旁路接觸器的繼電器C觸點(diǎn)不通，旁路接觸器無法吸合，后改為用繼電器A進(jìn)行控制，但用了幾個(gè)月其觸點(diǎn)也無法導(dǎo)通，拆卸軟起動(dòng)器查看，發(fā)現(xiàn)編程繼電器為焊接在電路板上且該繼電器為封裝的，而手頭24 V繼電器較多，故將軟起動(dòng)器內(nèi)部24 V及繼電器接線端子外引，在旁邊控制盤上安裝了幾個(gè)24 V DC的繼電器備用，用來控制旁路接觸器的吸合，使軟起動(dòng)器、旁路接觸器得以正常運(yùn)行。

3.2 改進(jìn)措施

由于原來JS-126-4 225kW 408 A的鋸片電機(jī)為落后的J系列籠型轉(zhuǎn)子三相異步電機(jī)，防護(hù)等級(jí)低，而Y355M3-4 315 kW 578.2 A的鋸片電機(jī)為Y系列IP23或IP44，絕緣等級(jí)為B級(jí)。為降低電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)，減小噪聲，提高電機(jī)的外殼防護(hù)等級(jí)、絕緣等級(jí)以抵抗惡劣的工作環(huán)境，應(yīng)逐步淘汰高耗能、低效率、防護(hù)等級(jí)和絕緣等級(jí)低的落后系列的電機(jī)，建議選用噪聲低、振動(dòng)小、絕緣等級(jí)為F級(jí)、外殼防護(hù)等級(jí)為IP54或IP55的YLV系列的低壓大功率三相異步電機(jī)，并且加強(qiáng)1.5 m金屬熱鋸現(xiàn)場(chǎng)線路的改造、防護(hù)以及鋸軸傳動(dòng)系統(tǒng)的維護(hù)、維修，逐步為鋸片電機(jī)創(chuàng)造良好的運(yùn)行環(huán)境，以確保電機(jī)正常運(yùn)行，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命，適應(yīng)生產(chǎn)的連續(xù)、快節(jié)奏需求。

4 結(jié)語

經(jīng)過兩年多的應(yīng)用實(shí)踐的證明，MCD3000系列軟起動(dòng)器在2 m、1.5 m固定式金屬熱鋸上的應(yīng)用非常成功，特別是用MCD3000軟起動(dòng)器對(duì)原1.5 m金屬熱鋸起動(dòng)、運(yùn)行控制線路的改造。據(jù)這兩年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每年為公司節(jié)約電機(jī)修理費(fèi)約64萬元。隨著國(guó)內(nèi)外電力電子技術(shù)的不斷更新和自動(dòng)化控制理論的不斷發(fā)展，將會(huì)有性能更為優(yōu)良、工作更為穩(wěn)定、壽命更長(zhǎng)的軟起動(dòng)器應(yīng)用于設(shè)備的改造，在提高設(shè)備自動(dòng)化控制水平的同時(shí)也為公司帶來更多的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］金續(xù)曾.電機(jī)修理常用技術(shù)數(shù)據(jù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

［2］王建.維修電工(技師、高級(jí)技師)國(guó)家職業(yè)資格證書取證問答［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.