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1、电机软启动器原理图6kV电机软启动器控制原理图软启动器在冷剪控制系统中的应用1前言冷剪是棒材生产线上必不可少的设备，在连续剪切线上，由于对冷剪定位控制的实时性和精确性要求非常高，通常情况下采用变频器或直流调速装置进行控制;对于使用定尺机完成棒材组长度定位的生产线来说，由于要等到棒材组在辊道上完全停止后才进行剪切，对冷剪定位控制的实时性和精确性不要求非常高，这时对交流电机可考虑使用软启动器控制，设备投资大大减少。2软启动器概述软起动器是电力电子技术与自动控制技术相结合的产物，其电路原理如图1所示。将三组反并联晶闸管串接于供电电源与被控电机之间。起动时，由电子电路控制晶闸管的导通角，使电机的端电压
2、逐渐增大，直至全电压，使电机实现无冲击软起动;停机时，则控制晶闸管的关断速度，使电机的端电压由全电压逐渐下降至零，实现软停车，可见，软起动器实际上是一个晶闸管交流调压器。改变晶闸管的触发角，就可调节晶闸管调压电路的输出电压。在整个起动过程中，软起动器的输出是一个平滑的升压过程（且可具有限流功能），直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作。图1是ABBPSD系列软启动器产品的原理图，图中的元件如下：E1：电路板;F6：温度监视器;J1J3：连接端子;K4：继电器，在运行状态时动作;K5：继电器，在全压状态时（Ue=100%）动作;K6：继电器，故障信号;T2：电流互感器;T5：控制变压器;V1V6
3、：晶闸管;X1X3：端子板。另外，根据功率范围，还有两组或三组风扇作为标准配置。根据不同的应用要求，还可选择过载保护器。在图1中，V2、V4、V6三只晶闸管依次对应于U、V、W三相电源的正半周，开通角相同，故三相的触发脉冲应依次相差120;每相的正、负半周依次分别由反并联的两只晶闸管触发控制，所以同一相的两个反并联晶闸管触发脉冲应相差180，触发顺序是V2、V5、V4、V1、V6、V3，依次相差60。图1软启动器原理框图3控制原理及软件实现3.1软起动器的上电与起动控制软起动器控制回路如图2所示。操作员首先手动合上开关Q50，如果没有过载等故障并且熔丝F40正常，K51将吸合，给PLC发出“上
4、电准备好”信号，此时操作员可以在HMI画面上给出上电命令，K51将吸合，从而K10吸合，给PLC发出“上电完成”信号，完成上电操作。起动时，操作员从操作台上按下起动按钮，电机按设定的起动时间从低速起动至设定值，给PLC发出“运行”信号。抱闸风机也与主电机同时起动。为了保护电机和机械设备，除了必须收到“上电完成”信号，还必须满足以下条件：无急停连锁;润滑油泵运行;润滑压力达到规定值;干油泵运行;空气压力达到规定值。图2控制回路原理图3.2软起动器的参数设置软起动器上电后，需对其有关参数进行设定。对于PSD型软起动器来说，主要参数及其设定范围如下：（1）起动时升压时间：0.560s。（2）起动时初
5、始电压：1060%电源电压。（3）限流功能：25倍电机额定电流。（4）停止时降压时间：030s。软起动器在得到停止信号后，按照设定的降压时间，输出端由设定的级落电压（100%30%的电源电压）降至初始电压，然后即刻降到零电压。3.3冷剪的剪切控制剪切控制实质上是抱闸和离合器的控制。抱闸和离合器分别由一个单向气动电磁阀控制，其控制原理如图3所示。PLC给出剪切指令的同时给出抱闸打开指令，0.5秒后离合器插入以进行剪切;当检测到剪刃闭合接近开关后，延时0.61秒（剪刃从闭合位置到原始位置所需的时间），剪切指令取消，离合器移出，延时0.2秒后抱闸锁紧。在图3中，离合器插入指令给出的同时再次给出抱闸打
6、开指令，以确保剪切期间抱闸是打开的。剪切指令的给出：当钢头部到达定尺机挡板后，辊道停止，如果下列条件满足，则给出剪切指令：软启动器运行;抱闸风机运行;无急停连锁;润滑压力达到规定值;干油泵运行;空气压力达到规定值;上下剪刃锁紧;切头挡板在上位;尾部清理设备在后退位置。切头时，钢头部到达切头挡板位置即停止，然后开始剪切。所有剪切也可从操作台手动完成，联锁条件同上。图3抱闸和离合器控制原理图4应用效果该软启动器具有坚固的金属外壳设计，可适用各类应用，包括常规启动和重载启动;在前面板上可进行柔性组合的电位器式参数设定，并配备清晰的LED状况与故障指示;电子过载保护脱扣器为电机提供比常规双金属片更有效
7、的保护。对于冷剪来说，由于无需反转、旁路等控制，而且上电、起动、抱闸和离合器的控制均由PLC完成，控制回路极其简单。生产运行表明，采用软启动器控制冷剪是一种非常经济、实用的方法，系统运行稳定、可靠。摘要 简述了大中型电动机新型控制启动装置软启动器的原理、功能和特点，以及在丹江口水电站中的应用情况，并针对软启动口出现的问题提出了改进意见和观点，对于完善软启动器在该领域的控制功能和普及应用将起到积极作用。 关键词 大中型电动机；软启动器；应用；改进 传统的大中型电动机控制装置采用的是接触器、磁力启动器直接启停方式，缺点是控制方式简单、不灵活，对系统冲击较大且控制元件易损坏，维护工作量大。 随着计算
8、机控制技术的日趋成熟，近年来一种以计算机为核心，采用双向可控硅为主控回路的智能化新型控制器 “ 软启动器 ” 已普遍应用于该领域，它以控制方式灵活简便，对系统冲击小且控制元件不易损坏以及维护方便等诸多优点正逐步取代传统的控制装置。当然新产品应用总会暴露出一些不足，本文以丹江口电厂使用的软启动器为基础，对其在 3 年中的运行情况及暴露出的问题进行探讨，从生产角度提出几点改进建议使其控制功能更加完善，供生产厂家及同行们参考。 1 软启动器的功能及特点 1 1 应用情况 丹江电厂 20 m 3 空压机系统是机组调相、检修和其它用气设备的气源，由 2 台空压机和 4 个储气罐构成，工作气压为 0 6
9、0 8MPa ，空压机的电机容量为 132 kW ，额定电流 272 A 。 2 套独立的控制系统各控制 1 台空压机，运行已 20 多年，设备老化严重，故障率高。受当时科技水平的限制，逻辑控制回路由继电器构成，启动方式为传统的频敏电阻降压方式，启动电机执行元件是接触器。控制系统接线复杂，故障点多，对电机保护功能不全，启动电流大，对厂用电有较大的冲击，不利于其它设备的稳定运行。 1997 年初对该系统改造时，应用了软启动器。新控制系统解决了原控制系统存在的诸多问题，且有利于同正着手全面改造的新计算机监控系统接口，为提高全厂综合自动化水平，实现减人增效打下了基础。 1 2 软启动器 软启动器主要
10、由 CPU 为 8096 的主控板、驱动板、电机主控制回路及控制面板构成。软启动器具有控制功能、电机保护功能以及显示、报警、参数设置功能。 1 2 1 控制功能模式 收到外部启、停命令后，按照预先设定的启、停方式实现对电机的控制。可选的启、停控制模式有以下几种： （ 1 ）限流软启动控制模式：如图 1 所示，电动机启动时，其输出电压从零迅速增加，直至输出电流达到设定的电流限幅值 m ，然后保证输出电流在不大于该值的情况下，电压逐渐升高，电动机逐渐加速，完成启动过程。 （ 2 ）电压斜坡启动控制模式 : 如图 2 所示， U 1 为电动机启动所需最小转矩对应的初始电压。当电动机启动时，软启动器的
11、输出电压迅速上升到整定值 U 1 ，然后按设定的速率逐渐增加，直至达到电网电压后，接触器吸合，启动过程完成。 （ 3 ）停车模式：电动机按所设定的速率逐渐减速直到完全停机。 （ 4 ）自由停车：电动机不受控制地依惯性自由停机。 （ 5 ）点动功能：在该方式的控制下，软启动器输出电压迅速增加至初始电压 U 1 ，并保持该输出电压值。 1 2 2 电机保护功能 软启动器的电机保护功能有：相序保护、缺相保护、启动过流保护、运行过流保护、运行过载保护及电动机长时间不能完成启动过程保护。 软启动器的保护功能动作时，软启动器将产生停机输出，并在控制面板上直接显示其原因。 1 2 3 显示、报警和参数设置功
12、能 在软启动器的控制面板上，可显示电机电流、报警信号及设定的参数值；以数字形式设置电机保护值、电机运行方式；手动操作启、停电机。 软启动器的工作原理是：软启动器收到启动命令后，便按所设定的启动方式进行有关计算，确定可控硅的触发输出电压信号，以控制电动机的启动过程。当电动机的启动过程完成后，软启动器便控制交流接触器吸合，短接所有可控硅，使电动机直接投网运行，避免不必要的能源损耗。图 3 为软启动器的原理图。 1 3 应用于丹江口电厂的软启动器 1 3 1 系统结构 控制系统结构如图 4 所示，主要包括软启动器、可编程控制器、压力传感器、进气电磁阀。 1 3 2 系统主要功能 （ 1 ）控制功能
13、自动手动控制空压机启、停。控制方式通过工作方式切换开关选择。 自动工作方式时，根据气罐气压的变化自动启停空压机。手动方式时可编程控制器退出运行，在软启动器控制面板上手动操作启停空压机。根据 20m 3 空压机系统的实际情况，选择电机的启停方式是限流软启动和软停车。 （ 2 ）保护功能 保护功能涉及整个空压机系统。当发生一级气缸气压过高低、油缸压力过高低、排气温度过高以及断相、相序错、电机过流、过载等任一异常时，保护动作自动停机。 （ 3 ）监视、报警功能 实时监视系统的运行工况，在控制盘上有主回路电流、电压指示及显示系统运行状态，当系统出现故障时，控制盘上有详细的故障报警显示，同时向中控室发报
14、警信号。 1 3 3 系统工作原理 当气罐气压降至空压机启动值时，可编程控制器向软启动器发出启动命令，软启动器通过可控硅控制电动机的启动电压和电流，使空压机系统平滑启动到空载。当电压达到额定值时，接触器吸合，可控硅短路，三相电源直接加在电动机上，软启动器启动完成，并向可编程控制器发启动完成信号。可编程控制器经过 9 s 的延时，投进气电磁阀，空压机带载运行，向气罐打气；当气罐气压达停机值时，可编程控制器切进气电磁阀，使空压机系统进入空载状态， 2 s 后向软启动器发停机令，在软启动器的控制下，电动机逐渐减速至完全停机。2 运行效果及改进建议 新控制系统 3 年的运行情况表明，其可靠性、功能和性
15、能与原控制系统相比都有显著的改善和提高。主要体现在以下几点： （ 1 ）在结构上采用软启动器作为控制输出执行元件，控制逻辑用可编程控制器实现，使得系统结构简单明了，提高了控制系统的可靠性，也便于维护。 （ 2 ）软启动器的限流启动方式，将启动电流控制在安全范围内，改善了原控制系统因启动电流较大冲击厂用电而影响其它设备正常运行的状况。 （ 3 ）启动过程采用双向可控硅，启动过程完成后，接触器短接可控硅的控制方式，既避免了用接触器直接控制电机接点易拉弧、粘连、烧坏等故障的发生，也节约了能源。 （ 4 ）软启动、软停车方式，减少机械应力，保护设备，延长其使用寿命。 （ 5 ）保护功能涉及空压机系统各不良运行工况，有利于提高设备健康水平。 （ 6 ）控制盘上的显示功能，便于在现场全面了解设备运行情况。 （ 7 ）数字化参数设定及显示功能直观、方便、省时。 软启动器的抗干扰能力，是影响其可靠性的一个
