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大中型電動機軟啟動器的應用及改進
大中型電動機軟啟動器的應用及改進
傳統的大中型電動機控制裝置采用的是接觸器、磁力啟動器直接啟停方式，缺點是控制方式簡單、不靈活，對系統沖擊較大且控制元件易損壞，維護工作量大。
隨著計算機控制技術的日趨成熟，近年來一種以計算機為核心，采用雙向可控硅為主控回路的智能化新型控制器“軟啟動器"已普遍應用于該領域，它以控制方式靈活簡便，對系統沖擊小且控制元件不易損壞以及維護方便等諸多優點正逐步取代傳統的控制裝置。當然新產品應用總會暴露出一些不足，本文以丹江口電廠使用的軟啟動器為基礎，對其在3年中的運行情況及暴露出的問題進行探討，從生產角度提出幾點改進建議使其控制功能更加完善，供生產廠家及同行們參考。
一、軟啟動器的功能及特點
1、應用情況
丹江電廠20 m3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個儲氣罐構成，工作氣壓為0．6～0．8MPa，空壓機的電機容量為132 kW，額定電流272 A。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。受當時科技水平的限制，邏輯控制回路由繼電器構成，啟動方式為傳統的頻敏電阻降壓方式，啟動電機執行元件是接觸器。控制系統接線復雜，故障點多，對電機保護功能不全，啟動電流大，對廠用電有較大的沖擊，不利于其它設備的穩定運行。1997年初對該系統改造時，應用了軟啟動器。新控制系統解決了原控制系統存在的諸多問題，且有利于同正著手全面改造的新計算機監控系統接口，為提高全廠綜合自動化水平，實現減人增效打下了基礎。
2、軟啟動器
軟啟動器主要由CPU為8096的主控板、驅動板、電機主控制回路及控制面板構成。軟啟動器具有控制功能、電機保護功能以及顯示、報警、參數設置功能。
（1）控制功能模式
收到外部啟、停命令后，按照預先設定的啟、停方式實現對電機的控制。可選的啟、停控制模式有以下幾種：
①限流軟啟動控制模式：
如圖1所示，電動機啟動時，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，電動機逐漸加速，完成啟動過程。
②電壓斜坡啟動控制模式：
如圖2所示，U1為電動機啟動所需最小轉矩對應的初始電壓。當電動機啟動時，軟啟動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，直至達到電網電壓后，接觸器吸合，啟動過程完成。
停車模式：電動機按所設定的速率逐漸減速直到*停機。
自由停車：電動機不受控制地依慣性自由停機。
點動功能：在該方式的控制下，軟啟動器輸出電壓迅速增加至初始電壓U1，并保持該輸出電壓值。
（2）電機保護功能
軟啟動器的電機保護功能有：相序保護、缺相保護、啟動過流保護、運行過流保護、運行過載保護及電動機長時間不能完成啟動過程保護。軟啟動器的保護功能動作時，軟啟動器將產生停機輸出，并在控制面板上直接顯示其原因。
（3）顯示、報警和參數設置功能
在軟啟動器的控制面板上，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；手動操作啟、停電機。
軟啟動器的工作原理是：軟啟動器收到啟動命令后，便按所設定的啟動方式進行有關計算，確定可控硅的觸發輸出電壓信號，以控制電動機的啟動過程。當電動機的啟動過程完成后，軟啟動器便控制交流接觸器吸合，短接所有可控硅，使電動機直接投網運行，避免不必要的能源損耗。圖3為軟啟動器的原理圖。
3、應用于丹江口電廠的軟啟動器
（1）系統結構
控制系統結構如圖4所示，主要包括軟啟動器、可編程控制器、壓力傳感器、進氣電磁閥。
（2）系統主要功能
①控制功能
自動／手動控制空壓機啟、停。控制方式通過工作方式切換開關選擇。自動工作方式時，根據氣罐氣壓的變化自動啟停空壓機。手動方式時可編程控制器退出運行，在軟啟動器控制面板上手動操作啟停空壓機。根據20m3空壓機系統的實際情況，選擇電機的啟停方式是限流軟啟動和軟停車。
②保護功能
保護功能涉及整個空壓機系統。當發生一級氣缸氣壓過高／低、油缸壓力過高／低、排氣溫度過高以及斷相、相序錯、電機過流、過載等任一異常時，保護動作自動停機。
③監視、報警功能
實時監視系統的運行工況，在控制盤上有主回路電流、電壓指示及顯示系統運行狀態，當系統出現故障時，控制盤上有詳細的故障報警顯示，同時向中控室發報警信號。
（3）系統工作原理
當氣罐氣壓降至空壓機啟動值時，可編程控制器向軟啟動器發出啟動命令，軟啟動器通過可控硅控制電動機的啟動電壓和電流，使空壓機系統平滑啟動到空載。當電壓達到額定值時，接觸器吸合，可控硅短路，三相電源直接加在電動機上，軟啟動器啟動完成，并向可編程控制器發啟動完成信號。可編程控制器經過9 s的延時，投進氣電磁閥，空壓機帶載運行，向氣罐打氣；當氣罐氣壓達停機值時，可編程控制器切進氣電磁閥，使空壓機系統進入空載狀態，2 s后向軟啟動器發停機令，在軟啟動器的控制下，電動機逐漸減速至*停機。
二、運行效果及改進建議
新控制系統3年的運行情況表明，其可靠性、功能和性能與原控制系統相比都有顯著的改善和提高。主要體現在以下幾點：
1、在結構上采用軟啟動器作為控制輸出執行元件，控制邏輯用可編程控制器實現，使得系統結構簡單明了，提高了控制系統的可靠性，也便于維護。
2、軟啟動器的限流啟動方式，將啟動電流控制在安全范圍內，改善了原控制系統因啟動電流較大沖擊廠用電而影響其它設備正常運行的狀況。
3、啟動過程采用雙向可控硅，啟動過程完成后，接觸器短接可控硅的控制方式，既避免了用接觸器直接控制電機接點易拉弧、粘連、燒壞等故障的發生，也節約了能源。
4、軟啟動、軟停車方式，減少機械應力，保護設備，延長其使用壽命。
5、保護功能涉及空壓機系統各不良運行工況，有利于提高設備健康水平。
6、控制盤上的顯示功能，便于在現場全面了解設備運行情況。
7、數字化參數設定及顯示功能直觀、方便、省時。
軟啟動器的抗干擾能力，是影響其可靠性的一個重要指標，在軟啟動器運行的3年中，曾發生裝置加電瞬間誤啟動的現象，為此，針對目前該軟啟動器存在的問題，特提出以下建議和改進措施供廠家參考：
1、為防止裝置加電后瞬間誤啟動現象的發生，建議廠家對控制軟件進行修改，在裝置軟件的最終出口信號回路上增加一個延時功能塊，延時時間的多少要以躲過干擾信號為前提，這需要現場調試確定，或者在硬件最終信號出口回路上增加一個延時繼電器，也可以有效解決干擾問題。
2、為便于維護，希望軟啟動器能夠在負載正常運行中便于退出和投入，也就是說正常運行過程中，若關斷相應的軟啟動器控制裝置電源，系統運行方式保持原狀態不變，此時可以對故障的軟啟動器裝置進行檢修，檢修完后直接將軟啟動器控制裝置電源合上，而運行方式(即自動跟隨裝置軟件)的要求一致，該功能對現場日常維護非常適用。
3、建議將軟啟動器裝置模塊化，便于維修。