軟起動器的特點及其應(yīng)用

　　1　引言

　　異步電動機以其優(yōu)良的性能及無需維護的特點，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而由于其起動時要產(chǎn)生較大沖擊電流，同時由于起動應(yīng)力較大，使負載設(shè)備的使用壽命降低。國家有關(guān)部門對電機起動早有明確規(guī)定，即電機起動時的電網(wǎng)電壓降不能超過15%。人們往往需要配備限制電機起動電流的起動設(shè)備，過去多采用y/△轉(zhuǎn)換、磁控降壓起動器、自耦降壓等方式來實現(xiàn)。這些方法雖然可以起到一定的限流作用，但沒有從根本上解決問題。

　　隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟起動器得到廣泛應(yīng)用。它不僅實現(xiàn)在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電機，而且可根據(jù)電動機負載的特性來調(diào)節(jié)起動過程中的參數(shù)，如限流值、起動時間等。此外，它還具有多種對電機保護功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動設(shè)備的諸多弊端。

　　2　軟起動器的功能特點

　　軟起動器是一種用來控制交流異步電動機的新設(shè)備，它是集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為softstarter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導通角，使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。以上海山宇公司生產(chǎn)的軟起動器來說明軟起動器的功能特點。山宇公司的軟起動器主要由雙cpu的主控板、電機主控制回路及供電變壓器構(gòu)成，具有控制功能、電機保護功能以及顯示、報警、參數(shù)設(shè)置等功能。

　　2.1　軟起動器與傳統(tǒng)起動方式的比較

　　表1給出了軟起動器與傳統(tǒng)起動器的比較，從起動電流的波形可以看出軟起動器啟動時無沖擊電流，而傳統(tǒng)的起動器在起動時有1～2次的沖擊電流。而且從起始電壓、電機轉(zhuǎn)矩特性、能否頻繁起動方面的對比情況看，軟起動器在起動時有傳統(tǒng)起動器無法比擬的優(yōu)越性。

　　2.2 啟、?？刂颇Ｊ?/FONT>

　　山宇公司sjr2軟起動器有完美的起動模式，收到外部起、停命令后，按照預(yù)先設(shè)定的起、停方式實現(xiàn)對電機的控制。可選的起、?？刂颇Ｊ接幸韵聨追N：

　?。?）限流軟起動控制模式：電動機起動時，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，當電動機達到額定轉(zhuǎn)速時，旁路接觸器吸合，輸出電流迅速下降至電機額定電流ie以下，完成起動過程。如圖1所示。

　　（2）電壓斜坡起動控制模式

　　當電動機起動時，在電動機電流不超出額定值400%的范圍內(nèi)，軟起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，電動機隨電壓的上升不斷平穩(wěn)加速，直至達到額定電壓后，電機達到額定轉(zhuǎn)速，旁路接觸器吸合，起動過程完成。起動時間t是根據(jù)標準負載在標準實驗條件下所得的控制參數(shù)，sjr2系列軟起動器以此參數(shù)為基準，通過控制輸出電壓使電機平穩(wěn)加速以完成起動過程，并非機械的控制時間t而不論電機加速是否平穩(wěn)，鑒于此，在負載較輕時，起動時間往往小于設(shè)定的起動時間，只要能順利起動則屬正常，這也是山宇變頻器智能化的表現(xiàn)之一。一般而言，電壓斜坡起動模式適用于對起動電流要求不嚴對起動平穩(wěn)性要求較高的場所。輸出特性曲線如圖2所示。

　?。?）突跳+限流或突跳+電壓起動模式

　　圖3給出了突跳起動模式的輸出變化波形，在某些重載場合下，由于機械靜摩擦力的影響而不能起動電機時，可選用此種起動模式。在起動時，先對電動機施加一個較高的固定的電壓并持續(xù)有限的一段時間，以克服電動機負載的靜摩擦力使電機轉(zhuǎn)動，然后按限制電流或電壓斜坡的方式起動。在選用此模式前，應(yīng)先用非突跳模式起動電機，若電機因靜摩擦力太大不能轉(zhuǎn)動，再選用此模式，否則應(yīng)避免用此模式起動，以減少不必要的大電流沖擊。

　?。?） 電流斜坡起動模式

　　圖4為電流斜坡起動模式的輸出電流波形，其中i1為限流值，t1為設(shè)置的時間值。電流斜坡起動模式具有較強的加速能力，適用于兩極電動機，也可在一定范圍內(nèi)縮短起動時間。

　?。?）軟停車模式：在這種停車模式下，電動機的供電有旁路接觸器切換到軟起動器的晶閘管輸出，軟起動器的輸出電壓由全壓逐漸減小，使電動機轉(zhuǎn)速平穩(wěn)降低，以避免機械震蕩，直到電動機停止運行。

　　（6）自由停車：在這種停車模式下，軟起動器接到停止命令后立即斷開旁路接觸器并禁止軟起動器晶閘管的電壓輸出，電動機依負載慣性逐漸停車。

　　2.3　電機保護功能

　　山宇sjr2系列軟起動器具有完善的保護功能，保護軟起動器和電機的安全。包括：過熱保護、輸入缺相保護、輸出缺相保護、三相不平衡保護、起動過流保護、運行過載保護、電源電壓過低保護、電源電壓過高保護、負載短路保護等。每種保護動作時都有相應(yīng)的代碼，用戶可以方便的判斷故障原因和采取相應(yīng)解決辦法。由于sjr2軟起動器為三進六出的設(shè)計，當起動完成時也可以在線監(jiān)視電動機的運行參數(shù)，時時保護電動機的安全運行。

　　2.4　顯示、報警和參數(shù)設(shè)置功能

　　在軟起動器的控制面板上，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。

　　3　軟起動器在電廠空壓機中的應(yīng)用

　　3.1　概述

　　某電廠空壓機系統(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。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，起動方式為傳統(tǒng)的頻敏電阻降壓方式，起動電機執(zhí)行元件是接觸器?？刂葡到y(tǒng)接線復雜，故障點多，電機保護功能不全，起動電流大，對廠用電有較大的沖擊，不利于其它設(shè)備的穩(wěn)定運行。2004年初對該系統(tǒng)改造時，應(yīng)用了上海山宇電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)的sjr2型軟起動器。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)。

　　3.2　控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要包括軟起動器、接觸器、可編程控制器、壓力傳感器、進氣電磁閥。

　　3.3　軟起動器的工作原理

　　當氣罐氣壓降至空壓機起動值時，可編程控制器向軟起動器發(fā)出起動命令，軟起動器通過晶閘管控制電動機的起動電壓和電流，使空壓機系統(tǒng)在空載狀態(tài)下平滑起動。當電壓達到額定值時，接觸器吸合，晶閘管短路，三相電源直接加在電動機上，軟起動器起動完成，并向可編程控制器發(fā)起動完成信號?？删幊炭刂破鹘?jīng)過9s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