剪板機(jī)主電機(jī)軟起動的控制方案

1 引言

中鐵株洲橋梁有限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)90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，以減小起動電流對電網(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。

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，以減小起動電流對電網(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。附表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中詳細(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)降壓起動方法有一個共同的缺點(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。

圖1 三種傳統(tǒng)鼠籠異步電動機(jī)降壓起動方法的荷姓曲線

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)三相晶閘管的相位角來實(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?，F(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)采用軟起動器對主機(jī)進(jìn)行軟起動控制。

　3 軟起動器的選型及其外圍線路設(shè)計(jì)

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。

圖2 軟起動器外圍電路原理圖