1 引言
在鋁材加工生產中，包裝產品之前有很多道工序，型材的鋸切就是其中之一。在產品包裝前必須把它鋸切到客戶要求的長度，鋸床是包裝必不可少的設備。某公司生產線多，因此采用成品鋸床的數量十分龐大，成品鋸床的用電量對成本的控制有一定的影響。而軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節能和多功能保護于一體的新型電機控制裝備，可實現無沖擊而平滑的起動，并根據電機負載特性來調節起動過程參數，如限流值、起動時間等。此外，還具有多種對電機保護功能，這就從根本上解決了沖擊電流問題，也節約了電能。故擬用軟起動器起動鋸床電動機。
2 鋸床工作存在的主要問題
某公司鋸床由一臺7.5kw三相鼠籠式異步電動機在控制回路的控制下驅動皮帶輪工作的。因為其設備的特殊性，生產必須每天24小時不間斷進行，所以成品鋸床每天24小時工作。我們把鋸切產品的時段稱為帶負荷工作時段，不鋸切時稱為空載時段。一般鋸切一批成品的平均時間是10分鐘，即一個工作循環內帶負荷時間是10分鐘，到下一批產品鋸切等待的時間大約是5分鐘，即鋸床電機空載時間大約是5分鐘。由此計算可得，一天中電機帶負荷工作24×10/15=16小時，空載時間8小時。16小時是理想狀態下的帶負荷時間，實際帶負荷時間要短些，即空載時間更長。
原鋸床電機采用y/△降壓啟動，起動電流比較大，轉矩沖擊大，皮帶輪軸承損壞較頻繁，起動完畢之后電機全壓運行，空載時浪費大量電能，節能效果不好。
圖1 功率因數角與轉速的關系曲線
從圖1[1]可見，在電動機起動的過程中，隨著轉速的增加，功率因數角有較大的變化，如圖1中曲線b段所示。功率因數角隨轉速增大而減小，當達到額定轉速時，功率因數角達到最小值（即功率因數最大）。若達到額定轉速后，電機運行于輕載或空載狀態，則轉速會進一步增加，如圖1中a段曲線所示，此時功率因數角增大，即功率因數變小，相電流增大，電機的銅損、鐵損增加，即能耗增加。
3 改造方案
我們提出了兩個改造方案，第一種是用變頻器代替y/△起動兼運行，第二種是用軟起動器代替y/△起動兼運行。由于不需要調速，考慮到成本問題，決定采用第二種方案。
3.1 軟起動器的工作原理、起動方式及特點
軟起動器的主工作電路見圖2[2]，它主要由串接于電源與被控電機之間的三相反并聯晶閘管及實施控制的單片機組成。單片機以預設函數關系改變晶閘管的導通角，使軟起動器的輸出電壓從預設的初始電壓開始平滑上升，同時起動電流也得到有效限制，電機轉矩逐漸增加，轉速逐漸上升，直到晶閘管全導通，起動過程結束，電機在額定電壓下平穩工作。軟起動器有內置旁路接觸器和不帶旁路接觸器兩種。后者在軟起動過程結束后，晶閘管全導通，輸出全電壓，使電機長期運行。大容量的軟起動器一般均內置旁路接觸器，或者由用戶外設旁路接觸器。當軟起動過程結束后，旁路接觸器吸合，電機由旁路接觸器回路供電運行[3]。
圖2 典型軟起動器的主工作電路
軟起動器的起動方式: ⑴電壓斜坡軟起動:軟起動器的輸出電壓在設置的時間內呈一次曲線(呈斜坡狀)上升，直至額定電壓，完成起動過程。這種起動方式最為簡單。但是由于該起動方式沒有引入電流閉環控制，在起動過程中，尤其在升壓時間設置過短的情況下，仍會產生較大的沖擊電流，對供電系統影響較大，還可能損壞晶閘管，因此在實際中應用很少。⑵電壓斜坡、恒流軟起動：在電壓斜坡軟起動的基礎上引入了電流閉環控制。在軟起動器中除設置初始電壓和升壓時間外，還要設置電流的限制值，通常以額定電流為基數設置限流倍數。這種軟起動方式應用最多，尤其適用于壓縮機、風機、泵類等負載的起動。⑶沖擊起動(突跳起動)：調壓電路給電機突加一個較大的沖擊電壓，進而轉為對電機施加較高的起動電流。經短暫的沖擊后，軟起動器輸出的電壓、電流回歸原設置的電壓斜坡、恒流起動的特性曲線上，直到起動過程完成。沖擊起動方式實際應用很少，但對于那些具有較大靜阻力矩的機械設備有特殊的使用價值。
軟起動器特性：⑴使電動機起動電流以恒定的斜率平穩上升至設定值，對電網無沖擊電流。⑵電動機在起動過程中保持恒流，確保平穩起動，且不受電網電壓的影響。當電網電壓波動時，控制電路能自動改變晶閘管的導通角，從而使起動電流保持在原設定值。⑶起動電流上升速率可調，從而減輕電動機起動時轉矩對負載的沖擊。⑷起動時間可調。
3.2 改造方案
改造內容有：電機繞組改為三角型接法，軟起動器智能模塊提供24v工作電源，plc輸出觸發軟起動器工作指令，軟起動器反饋工作信號給plc輸入，方便維護。本改造案例中鋸床電機功率不大，軟啟動器不帶旁路接觸器。
鋸床的控制回路改為plc控制回路（plc是其他設備的，我們只利用它的剩余觸點，然后再對鋸床控制部分編程，最后下載就可以了。其實不用plc控制也可以），因為鋸床還有很多其他的動作和其他設備之間的聯鎖。軟起動接線原理圖如圖3所示。
圖3 鋸床改造接線原理圖
采用西門子軟起動器3rw3026-1ab14控制電機起動。設備起動后，接觸器km動作吸合，軟起動器受電。a1，a2是軟起動器內單片機工作電源，電壓是24v直流，當軟起動器正常時，端子3輸出信號給plc。軟起動器的啟動信號由plc輸出給定，當plc輸出觸發軟起動器1號端子時，軟起動器運行， 電機起動。當缺相或過載時，軟起動器停止工作，端子2輸出故障信號給plc，這時如端子1仍處于觸發狀態，軟起動器亦不能工作。
3.3 參數設置
選用siemens-3rw3026-1ab14軟起動器的原因是：故障率低，不需要帶旁路繼電器，晶管壽命長，控制回路簡單。軟起動器額定功率11kw，具備智能電流閉環檢測控制功能。軟起動器面板有三個可調旋扭開關可以設定：tr-on；us；tr-off。tr-on設定軟起動升壓時間，us設定初始電壓，tr-off設定軟停止的減壓時間。tr-on設定啟動時間為10秒，經過測試后電機起動很平滑，沒有沖擊。us初始電壓設定為額定電壓的60%。tr-off設定時間為5秒，見圖4。
圖4 設定參數與控制信號時基圖
4 改造效果
某公司有100多臺鋸床，采用西門子軟起動器3rw3026-1ab14進行改造，設定上述參數后，經過測試：電機起動平滑、停車理想。y/△降壓啟動時，用鉗形表測量起動電流約92a，空載電流12a。軟起動時，起動電流約為45a（額定電流為16.5a），空載電流8.7a。使用一年多，效果良好，沒有出現過晶閥管擊穿等問題。軟起動器啟動電機時，設定的起動電流是額定電流的3倍左右，是原起動電流的一半。斜坡恒流式的起動加速，克服了y/△轉換時產生的轉速差對皮帶輪軸承的沖擊，很少損壞，降低了噪音。電機處于空載時，軟起動器改變電流與電壓的相位差，提高了電機的功率因數，降低電機三相繞組端電壓，三相電流比原來全壓運轉時降低了大約40%。空載時電機節電率在40%～50%之間，效果非常明顯。
作者簡介
彭建新（1971-） 男 肇慶市高級技工學校講師/在讀教育碩士，從事機電一體化教學及研究。
參考文獻
[1] 孫立偉,孫力． 基于功率因數閉環控制的異步電動機軟起動器的研究[j]. 上海大中型電機,2008(4):18-19.
[2] 胡才． 軟起動器在循環水泵上的應用[j]．石油化工應用,2008(3):72-73.
[3] 陳永武．電動機軟起動器的功能和應用[j]．硫磷設計與粉體工程,2008(1):44－45.
：鞏經理
：13915946763
：南京塞姆泵業有限公司
