大中型電動機軟啟動器的應用及改進

傳統(tǒng)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(tǒng)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(shù)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(lǐng)域，它以控制方式靈活簡便，對系統(tǒng)沖擊小且控制元件不易損壞以及維護方便等諸多優(yōu)點正逐步取代傳統(tǒng)的控制裝置。當然新產(chǎn)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(chǔ)，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(chǎn)角度提出幾點改進建議使其控制功能更加完善，供生產(chǎn)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(tǒng)是機組調(diào)相、檢修和其它用氣設(shè)備的氣源，由2臺空壓機和4個儲氣罐構(gòu)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(tǒng)各控制1臺空壓機，運行已20多年，設(shè)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(gòu)成，啟動方式為傳統(tǒng)的頻敏電阻降壓方式，啟動電機執(zhí)行元件是接觸器?？刂葡到y(tǒng)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(shè)備的穩(wěn)定運行。1997年初對該系統(tǒng)改造時，應用了軟啟動器。新控制系統(tǒng)解決了原控制系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)接口，為提高全廠綜合自動化水平，實現(xiàn)減人增效打下了基礎(chǔ)。

2、軟啟動器

軟啟動器主要由CPU為8096的主控板、驅(qū)動板、電機主控制回路及控制面板構(gòu)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(shù)設(shè)置功能。

（1）控制功能模式

收到外部啟、停命令后，按照預先設(shè)定的啟、停方式實現(xiàn)對電機的控制?？蛇x的啟、?？刂颇Ｊ接幸韵聨追N：

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(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(zhuǎn)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(shè)定的速率逐漸增加，直至達到電網(wǎng)電壓后，接觸器吸合，啟動過程完成。

停車模式：電動機按所設(shè)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(chǎn)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(shù)設(shè)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(shè)定的參數(shù)值；以數(shù)字形式設(shè)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(shè)定的啟動方式進行有關(guān)計算，確定可控硅的觸發(fā)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(wǎng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(guān)選擇。自動工作方式時，根據(jù)氣罐氣壓的變化自動啟?？諌簷C。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?？諌簷C。根據(jù)20m3空壓機系統(tǒng)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(tǒng)。當發(fā)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(jiān)視、報警功能

實時監(jiān)視系統(tǒng)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(tǒng)運行狀態(tài)，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，控制盤上有詳細的故障報警顯示，同時向中控室發(fā)報警信號。

（3）系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(fā)啟動完成信號。可編程控制器經(jīng)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(tǒng)進入空載狀態(tài)，2 s后向軟啟動器發(fā)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(tǒng)3年的運行情況表明，其可靠性、功能和性能與原控制系統(tǒng)相比都有顯著的改善和提高。主要體現(xiàn)在以下幾點：

1、在結(jié)構(gòu)上采用軟啟動器作為控制輸出執(zhí)行元件，控制邏輯用可編程控制器實現(xiàn)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，提高了控制系統(tǒng)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(nèi)，改善了原控制系統(tǒng)因啟動電流較大沖擊廠用電而影響其它設(shè)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(fā)生，也節(jié)約了能源。

4、軟啟動、軟停車方式，減少機械應力，保護設(shè)備，延長其使用壽命。

5、保護功能涉及空壓機系統(tǒng)各不良運行工況，有利于提高設(shè)備健康水平。

6、控制盤上的顯示功能，便于在現(xiàn)場全面了解設(shè)備運行情況。

7、數(shù)字化參數(shù)設(shè)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(fā)生裝置加電瞬間誤啟動的現(xiàn)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(xiàn)象的發(fā)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(xiàn)場調(diào)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(guān)斷相應的軟啟動器控制裝置電源，系統(tǒng)運行方式保持原狀態(tài)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(xiàn)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。