關(guān)于軟啟動(dòng)器控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

龍鈺璧

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，用電質(zhì)量要求越來(lái)越高，軟起動(dòng)器被廣泛應(yīng)用于供水、油田、冶金、鋼鐵、建筑等各個(gè)領(lǐng)域，它集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車(chē)、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體，解決了傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備的諸多弊端。

關(guān)鍵詞：軟起動(dòng)；軟起動(dòng)器；減壓起動(dòng)

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟起動(dòng)器得到廣泛應(yīng)用。它不僅實(shí)現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑的起動(dòng)電機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)，如限流值、起動(dòng)時(shí)間等。此外，它還具有多種對(duì)電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備的諸多弊端。

1 軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn)

軟起動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車(chē)、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，國(guó)外稱(chēng)為Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。運(yùn)用串接于電源與被控電機(jī)之間的軟起動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)輸入電壓從零以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦予電機(jī)全電壓，即為軟起動(dòng)，在軟起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速也逐漸增加。

2 軟起動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)的比較

籠型電機(jī)傳統(tǒng)的減壓起動(dòng)方式有星三角起動(dòng)、自耦減壓起動(dòng)、電抗器起動(dòng)等。軟起動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式的不同之處如下：

3 啟、?？刂颇Ｊ?/p>

長(zhǎng)沙奧托QB3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(yù)先設(shè)定的起、停方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制?？蛇x的起、停控制模式有以下幾種：

3.1 限流軟起動(dòng)控制模式

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，其輸出電壓從零迅速增加，直至輸出電流達(dá)到設(shè)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(jī)逐漸加速，當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，旁路接觸器吸合，輸出電流迅速下降至電機(jī)額定電流Ie以下，完成起動(dòng)過(guò)程。如圖1所示：

3.2 電壓斜坡起動(dòng)控制模式

當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)電流不超出額定值400%的范圍內(nèi)，軟起動(dòng)器的輸出電壓迅速上升到整定值U1，然后按設(shè)定的速率逐漸增加，電動(dòng)機(jī)隨電壓的上升不斷平穩(wěn)加速，直至達(dá)到額定電壓后，電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)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(jù)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下所得的控制參數(shù)，QB3系列軟起動(dòng)器以此參數(shù)為基準(zhǔn)，通過(guò)控制輸出電壓使電機(jī)平穩(wěn)加速以完成起動(dòng)過(guò)程，并非機(jī)械的控制時(shí)間T而不論電機(jī)加速是否平穩(wěn)，鑒于此，在負(fù)載較輕時(shí)，起動(dòng)時(shí)間往往小于設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間，只要能順利起動(dòng)則屬正常。一般而言，電壓斜坡起動(dòng)模式適用于對(duì)起動(dòng)電流要求不嚴(yán)對(duì)起動(dòng)平穩(wěn)性要求較高的場(chǎng)所。輸出特性曲線如圖2所示：

3.3 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(jī)械靜摩擦力的影響而不能起動(dòng)電機(jī)時(shí)，可選用此種起動(dòng)模式。在起動(dòng)時(shí)，先對(duì)電動(dòng)機(jī)施加一個(gè)較高的固定的電壓并持續(xù)有限的一段時(shí)間，以克服電動(dòng)機(jī)負(fù)載的靜摩擦力使電機(jī)轉(zhuǎn)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(yīng)先用非突跳模式起動(dòng)電機(jī)，若電機(jī)因靜摩擦力太大不能轉(zhuǎn)動(dòng)，再選用此模式，否則應(yīng)避免用此模式起動(dòng)，以減少不必要的大電流沖擊。

3.4 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(shè)置的時(shí)間值。電流斜坡起動(dòng)模式具有較強(qiáng)的加速能力，適用與兩極電動(dòng)機(jī)，也可在一定范圍內(nèi)縮短起動(dòng)時(shí)間。

3.5 軟停車(chē)模式

在這種停車(chē)模式下，電動(dòng)機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)降低，以避免機(jī)械震蕩，直到電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。有許多應(yīng)用場(chǎng)合，不允許電機(jī)瞬間關(guān)機(jī)。例如：高層建筑、大樓的水泵系統(tǒng)，如果瞬間停機(jī)，會(huì)產(chǎn)生巨大的“水錘”效應(yīng)，使管道，甚至水泵遭到損壞。為減少和防止“水錘”效應(yīng)，需要電機(jī)逐漸停機(jī)，即軟停車(chē)，采用軟起動(dòng)器能滿足這一要求。在泵站中，應(yīng)用軟停車(chē)技術(shù)可避免泵站的“拍門(mén)”損壞，減少維修費(fèi)用和維修工作量。軟起動(dòng)器中的軟停車(chē)功能是，晶閘管在得到停機(jī)指令后，從全導(dǎo)通逐漸地減小導(dǎo)通角，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間過(guò)渡到全關(guān)閉的過(guò)程。停車(chē)的時(shí)間根據(jù)實(shí)際需要可在10～120s調(diào)整。

3.6 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(jī)依負(fù)載慣性逐漸停車(chē)。

4 實(shí)施

軟啟動(dòng)器選用長(zhǎng)沙奧托公司的QB3系列軟啟動(dòng)器。配合各種控制方案實(shí)現(xiàn)用戶的控制需求。電機(jī)適用范圍為：7.5～550kW，控制方式：1拖1、1拖 2、1拖3。

4.1 軟啟動(dòng)器的可提供的功能

（1）電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)

（2）電動(dòng)機(jī)的軟停車(chē)

（3）軟起動(dòng)器的保護(hù)功能

1）過(guò)載保護(hù)功能：軟起動(dòng)器引進(jìn)了電流控制環(huán)，因而隨時(shí)跟蹤檢測(cè)電機(jī)電流的變化狀況。通過(guò)增加過(guò)載電流的設(shè)定和反時(shí)限控制模式，實(shí)現(xiàn)了過(guò)載保護(hù)功能，使電機(jī)過(guò)載時(shí)，關(guān)斷晶閘管并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2）缺相保護(hù)功能：工作時(shí)，軟起動(dòng)器隨時(shí)檢測(cè)三相線電流的變化，一旦發(fā)生斷流，即可作出缺相保護(hù)反應(yīng)。

3）過(guò)熱保護(hù)功能：通過(guò)軟起動(dòng)器內(nèi)部熱繼電器檢測(cè)晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過(guò)允許值后自動(dòng)關(guān)斷晶閘管，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

4）其它功能：通過(guò)電子電路的組合，還可在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)其它種種聯(lián)鎖保護(hù)。

（4）軟起動(dòng)控制柜的組成

軟起動(dòng)MCC控制柜由以下幾部分組成：1）輸入端的斷路器；2）軟起動(dòng)器（包括電子控制電路與三相晶閘管）；3）軟起動(dòng)器的旁路接觸器；4）二次側(cè)控制電路（完成手動(dòng)起動(dòng)、遙控起動(dòng)、軟起動(dòng)及直接起動(dòng)等功能的選擇與運(yùn)行），有電壓、電流顯示和故障、運(yùn)行、工作狀態(tài)等指示燈顯示。

（5）軟起動(dòng)擴(kuò)展功能

軟起動(dòng)MCC控制柜的擴(kuò)展功能將軟起動(dòng)MCC控制柜進(jìn)一步加以組合，可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)合功能。例如：

1）將兩臺(tái)控制柜加上控制邏輯，可以組成“一用一備方案”，用于大樓的消防系統(tǒng)與噴淋泵、生活泵等系統(tǒng)。

2）配上PLC（可編程序控制器），則可以實(shí)現(xiàn)消防泵定時(shí)（如半個(gè)月）自動(dòng)檢測(cè)，定時(shí)自動(dòng)關(guān)閉；

3）加上相應(yīng)的控制邏輯，則可以對(duì)消防泵及各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常實(shí)施平時(shí)檢測(cè)時(shí)，定時(shí)低速低水壓（不出水）運(yùn)行；在滅火時(shí)，則實(shí)施全速滿載運(yùn)行。

4）將若干臺(tái)電機(jī)加上控制邏輯組合，可以組成生活泵系統(tǒng)或其它專(zhuān)用系統(tǒng)，按需要量逐次打開(kāi)各臺(tái)電機(jī)，也可逐次減少電機(jī)，實(shí)現(xiàn)最佳效率運(yùn)行。

5）可以根據(jù)客戶要求，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)每次自動(dòng)轉(zhuǎn)換運(yùn)行，使各臺(tái)電機(jī)都處于同等的運(yùn)行壽命期。軟起動(dòng)器適用于的場(chǎng)合原則上，籠型異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用。

（6）應(yīng)用范圍

目前的應(yīng)用范圍是交流380V（也可660V），電機(jī)功率從幾千瓦到800kW。軟起動(dòng)器特別適用于各種泵類(lèi)負(fù)載或風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車(chē)的場(chǎng)合。同樣對(duì)于變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于重載場(chǎng)合，應(yīng)用軟起動(dòng)器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果。

4.2 方案

供水系統(tǒng)原則上建議使用1臺(tái)軟啟動(dòng)器控制2臺(tái)水泵、風(fēng)機(jī)。（如果大于2臺(tái)需要加旁路接觸器），以下為1臺(tái)軟啟動(dòng)器帶2臺(tái)水泵控制系統(tǒng)。

4.2.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

（1）節(jié)能降耗，提高設(shè)備可靠性；（2）提高設(shè)備可維護(hù)性，降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用；（3）提高設(shè)備自動(dòng)化水平；（4）啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)干擾小，投入比較經(jīng)濟(jì)。

4.2.2 控制過(guò)程

隨時(shí)可以通過(guò)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)第一臺(tái)水泵或第二臺(tái)水泵（但不能同時(shí)啟動(dòng)兩臺(tái)水泵，在控制中有電氣連鎖），當(dāng)1臺(tái)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)的水泵的供水量不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的用水要求時(shí)，通過(guò)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)第2臺(tái)水泵。系統(tǒng)的控制主回路如下圖所示：

4.2.3 配置說(shuō)明

需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)計(jì)的系統(tǒng)控制的水泵、風(fēng)機(jī)數(shù)量，決定是否需要增加旁路接觸器。如需要增加旁路接觸器則要考慮現(xiàn)場(chǎng)工藝是否能逐一啟動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

軟啟動(dòng)器很好地解決了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械設(shè)備的沖擊，同時(shí)具備軟停車(chē)、故障過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、缺相保護(hù)、節(jié)能、通訊等功能，廣泛應(yīng)用于冶金、石化、市政、制造等行業(yè)。電子式軟起動(dòng)器是采用電力電子技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和微處理器技術(shù)而研制生產(chǎn)的新型控制設(shè)備。與傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備相比，性能更可靠，使起動(dòng)更平滑，對(duì)電網(wǎng)沖擊更小，此外還具有限流調(diào)節(jié)、軟停車(chē)、節(jié)能、智能通訊等功能。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙寶帥.高壓軟啟動(dòng)器在礦用水泵電動(dòng)機(jī)起動(dòng)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2012（6）：92-94.

[2]邢偉.低壓軟啟動(dòng)器選用原則[J].中國(guó)科技博覽，2012（37）：367-367.

[3]寧樹(shù)棟.淺析電機(jī)軟啟動(dòng)器的應(yīng)用[J].赤子，2012（6）：226-226.

[4]魏俊林.談電機(jī)軟啟動(dòng)器的應(yīng)用[J].山西建筑，2013：39（2）：135-136.