軟起動器在立式剪板機(jī)中的應(yīng)用

1 前言 我公司用于窄鋼板下料的主要生產(chǎn)設(shè)備－25MN立式剪板機(jī)是上世紀(jì)九十年代初生產(chǎn)的老設(shè)備，其電控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，主電機(jī)采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串頻敏變阻器啟動方式，由于電控系統(tǒng)老化，加之繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)有機(jī)械換向器和電刷，電氣故障日漸增多，維修成本不斷上升。此臺立式剪板機(jī)的電控系統(tǒng)急待改造。 近年來，電氣傳動和控制技術(shù)的發(fā)展日新月異,PLC在機(jī)械設(shè)備自動化控制中大量應(yīng)用，新型的電動機(jī)電子控制器（即軟起動器）在大功率三相異步電動機(jī)的限流起動中也開始大量應(yīng)用。由于立式剪板機(jī)主拖動電機(jī)功率為37KW，需采用起動限流措施，以減小對電網(wǎng)的沖擊。考慮到繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)有機(jī)械換向器和電刷，存在故障率高的缺點(diǎn)，因此我們選用YH型高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機(jī)來代替原來的YZR型繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機(jī)，同時選用軟起動器來實(shí)現(xiàn)主電機(jī)的限流起動。電控系統(tǒng)的邏輯控制采用三菱公司的FX2N型PLC完成。 限于篇幅，本文僅介紹軟起動器在立式剪板機(jī)中的應(yīng)用。 2 軟起動器在立式剪板機(jī)中應(yīng)用的必要性 由于立式剪板機(jī)主拖動電機(jī)功率為37KW，需采用起動限流措施，以減小對電網(wǎng)的沖擊。眾所周知，鼠籠異步電動機(jī)帶載直接起動時將會產(chǎn)生4—8倍額定電流的起動電流，會對電網(wǎng)造成不利影響。容量較大的電機(jī)，一般不允許帶載直接起動，需采用起動限流措施，以減小對電網(wǎng)的沖擊。避免鼠籠異步電動機(jī)直接起動時的大電流沖擊，通常的方法是采用降壓起動。傳統(tǒng)的鼠籠異步電動機(jī)降壓起動方法有：星—角起動、定子串電阻起動和自耦變壓器起動。下表1列出了常用鼠籠異步電動機(jī)降壓起動方法的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流值（MN：額定轉(zhuǎn)矩；IN：額定電流）。 圖1詳細(xì)描繪了三種傳統(tǒng)鼠籠異步電動機(jī)降壓起動方法的速度—電流、速度—轉(zhuǎn)矩特性曲線。由圖1可以看出，上述三種傳統(tǒng)鼠籠異步電動機(jī)降壓起動方法一個共同的缺點(diǎn)，即在電機(jī)起動過程切換時仍會出現(xiàn)高的電流轉(zhuǎn)矩峰值。除了星—角起動方式所需的起動設(shè)備較少外，其他方式均需笨重設(shè)備，不但體積大，而且起 動能耗損失大。所有傳統(tǒng)降壓起動方式的另一個共同的缺點(diǎn)是它們都不能很好的調(diào)整電機(jī)的起動特性去滿足負(fù)載軟起動的要求。也就是說，雖然起動電流和起動轉(zhuǎn)矩可以被降下來，但是更高的技術(shù)指標(biāo)要求，如起動電流要求限制在某一規(guī)定值，或者電機(jī)的加速轉(zhuǎn)矩要按一定的規(guī)律變化等，卻不能達(dá)到。 上述這些問題可以通過采用新型的電動機(jī)電子控制器（即軟起動器）來加以解決。軟起動器是采用微處理器控制技術(shù)，通過調(diào)節(jié)三相晶閘管的相位來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的無級降壓起動，從而避免電機(jī)起動過程中的大電流峰值。現(xiàn)在市場上出售的軟起動器均可達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：起動轉(zhuǎn)矩可在0.15—1.5MN ，起動電流可在1.5—5IN之間靈活調(diào)整。由于軟起動器是采用微處理器控制技術(shù)的新型電力電子裝置，除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下有別于傳統(tǒng)降壓起動方式的特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)緊湊，占有空間小，容易安裝在電控柜內(nèi)。②設(shè)有多種可供選擇的起動和停車過程的整定參數(shù)，參數(shù)設(shè)置靈活。③具有多種電機(jī)保護(hù)和監(jiān)視功能。④安裝和調(diào)試簡單。⑤保護(hù)傳動機(jī)械，避免浪涌轉(zhuǎn)矩的損害。 鑒于上述多種優(yōu)點(diǎn)，立式剪板機(jī)主電機(jī)采用軟起動器進(jìn)行主機(jī)軟起動。 3 軟起動器的選型及其外圍線路設(shè)計 立式剪板機(jī)的起動過程屬于帶標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載常規(guī)起動，因此軟起動器的選型可以直接從其產(chǎn)品選型手冊中查出。主電動機(jī)參數(shù)為：Pn=37KW，In=72A。查ABB公司的軟起動器產(chǎn)品選型手冊，滿足電壓等級400V、額定電流≥72A這一技術(shù)條件的軟起動器型號為：PSS85/147—500L，其技術(shù)參數(shù)為：In=85A。 立式剪板機(jī)軟起動器外圍控制電路如圖2所示。由于軟啟動器用普通晶閘管做功率元件，它在完全開通后仍存在壓降損耗，并且伴隨有熱量產(chǎn)生，所以我們采用在軟起動器完成主機(jī)軟起動任務(wù)后，用一個旁路接觸器接入主電路，讓軟起動器退出運(yùn)行。這樣做可帶來以下好處：①避免了晶閘管元件的通態(tài)損耗；②由于晶閘管元件在下一次起動前已經(jīng)冷卻下來，這對于軟起動器的工作更為有利。針對立式剪板機(jī)的近似恒力矩負(fù)載特性，采用起動電流限制的軟起動方式。軟起動器PSS85/147—500L在用于起動電流限制的軟起動方式時，其端子11、12應(yīng)接入用于電流檢測的外置電流互感器，電流互感器選用安科瑞公司產(chǎn)品，訂貨號為AKH-0.66-40I-400/5。 軟起動器PSS85/147—500L的端子4、5、6為起動信號輸入端。端子4、5之間用導(dǎo)線短接，端子5、6之間接入起動繼電器KA10的常開觸點(diǎn)。軟起動器工作時，首先進(jìn)線接觸器KM6閉合，然后起動繼電器KA10發(fā)出起動信號，軟起動器以預(yù)先設(shè)定的起動曲線開始工作。軟起動器的端子7、8為故障信號繼電器的常開觸點(diǎn)輸出。當(dāng)軟起動器發(fā)生故障時，故障信號繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，PLC檢測到故障信息后，立即切斷進(jìn)線接觸器KM6，以避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大。具體的故障信息可按ABB軟起動器產(chǎn)品說明書中的故障尋跡步驟進(jìn)行。軟起動器的端子9、10為起動完畢信號指示繼電器。當(dāng)起動過程完成時，內(nèi)置觸點(diǎn)就會閉合；而停車信號發(fā)出時，內(nèi)置觸點(diǎn)就會打開。PLC檢測到起動完畢信號后，接觸器KM7吸合，KM6斷開，軟起動器退出運(yùn)行。 4 軟起動器的開通調(diào)試 立式剪板機(jī)為近似恒力矩負(fù)載特性，因此軟起動器采用起動電流限制的軟起動方式。它的開通調(diào)試按以下步驟進(jìn)行： （1）仔細(xì)檢查軟起動器的主回路和控制回路，看有無接線錯誤。 （2）把軟起動器前面板上用于選擇電動機(jī)連接方式的開關(guān)S1撥在電動機(jī)“外接”位置。 （3）比照ABB軟起動器產(chǎn)品說明書第4節(jié)——不同應(yīng)用的基本設(shè)定中的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，將軟起動器前面板上的起動斜坡時間旋鈕設(shè)為10秒鐘、起動電流限制旋鈕設(shè)為3倍。 （4）主回路送電后，控制系統(tǒng)給出軟起動信號，主電機(jī)起動。為了獲得最佳的起動參數(shù)，可以重復(fù)試驗(yàn)。最后，立式剪板機(jī)軟起動器的起動斜坡時間設(shè)定為6秒鐘、起動電流限制設(shè)定為2.8倍。 在軟起動器的開通調(diào)試階段，為了獲得最佳的起動參數(shù)，因?yàn)橹貜?fù)試驗(yàn)，從而造成起動次數(shù)大大增加，為此，必須注意以下問題： （1）軟起動器電控柜的冷卻風(fēng)扇要一直運(yùn)轉(zhuǎn)，以便于軟起動器中的功率晶閘管順利散熱，降低結(jié)溫。 （2）在每次起動之間應(yīng)當(dāng)留有10—15分鐘的間隔，以便于讓軟起動器中的功率晶閘管冷卻下來，從而避免軟起動器因?yàn)檫^熱而報警。 5 結(jié)束語 隨著計算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)在電氣控制領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，軟起動器的性能也不斷提高，功能日益強(qiáng)大，它在工業(yè)現(xiàn)場大功率電動機(jī)軟起動中的應(yīng)用也日趨廣泛。本文介紹了利用ABB軟起動器，來實(shí)現(xiàn)立式剪板機(jī)主電機(jī)的軟起動。經(jīng)過一年多時間的運(yùn)行觀察，整機(jī)電控系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計要求，運(yùn)行穩(wěn)定，操作靈活。立式剪板機(jī)的電控系統(tǒng)還涉及到PLC等器件的自動控制，限于篇幅，均未討論。 參考文獻(xiàn)： 1． SIEMENS•軟起動器安裝維修手冊•2000 2． ABB•軟起動器安裝維修手冊•2001 3. 周紹英，牛秀巖•電機(jī)與拖動•中央廣播電視大學(xué)出版社，1994 作者：段蘇振 Email:dszdpf@163.com 電話：13657330339，0733－8372232