施耐德Altistart48系列軟起動器在螺桿空壓機(jī)上的應(yīng)用
| 張慶忠，孔娟 |
| 兗礦魯南化肥廠電氣分廠，山東滕州277527 |
| 摘要 通過施耐德軟起動器在污水處理廠螺桿空壓機(jī)的應(yīng)用實例，詳細(xì)地介紹了施耐德ATS48C25Q 軟起動器的起動、停止控制方式，參數(shù)設(shè)定程序，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作過程，給出了軟起動器在該控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果。 |
| 關(guān)鍵字 電動機(jī)；軟起動器；應(yīng)用 |
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| Schneider Altistart48 Series Soft Starter in Screw Air Compressor |
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| Abstract Schneider Soft Starter by sewage treatment plants in the application of screw air compressor instance, a detailed introduction of the soft starter Schneider ATS48C25Q start, stop control, bbbbbeter setting procedure, the control system's structure and working process, given Soft Starter in the control system results. |
| Keywords Motor; soft starter; Application |
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0 引言
三相鼠籠式異步電動機(jī)作為基本的動力執(zhí)行設(shè)備以其性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。但是異步電動機(jī)本身也具有一定的缺點(diǎn)：
1）異步電動機(jī)起動時，要產(chǎn)生較大的沖擊電流，一般可達(dá)到額定電流的4～7倍，風(fēng)機(jī)類負(fù)載甚至更大，可達(dá)到額定電流的10 倍以上，對供電系統(tǒng)的沖擊很大，直接影響供電系統(tǒng)的的其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行。
2）異步電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩突變，造成機(jī)械應(yīng)力沖擊較大，使電動機(jī)及拖動負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。
3）在停機(jī)時，拖動負(fù)載突然失去轉(zhuǎn)矩，容易產(chǎn)生水泵的水錘現(xiàn)象。
目前大容量的異步電動機(jī)傳統(tǒng)的起動方式多采用Y/△轉(zhuǎn)換起動，自耦變壓器降壓起動，飽和電抗器起動，水電阻起動等方式來實現(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。它不僅能實現(xiàn)在整個起動過程中無沖擊而平滑的起動電動機(jī)，而且可根據(jù)電動機(jī)負(fù)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，它對電機(jī)還具有多種保護(hù)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。
1 軟起動器工作原理
智能型軟起動器是一種集電機(jī)軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國外稱為“Soft Starter”。它主要由6只串聯(lián)于電源與被控電機(jī)之間的正反并聯(lián)的晶閘管組成的三相調(diào)壓回路及其電子控制電路兩部分組成。通過單片機(jī)模糊控制系統(tǒng)，運(yùn)用不同的方法，控制三相晶閘管的導(dǎo)通角，來改變其輸出電壓，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，實現(xiàn)不同的功能，完成電動機(jī)的平滑起動。軟起動器的工作原理圖如圖1所示。
2 施耐德軟起動器的功能特點(diǎn)
施耐德Altistart48 軟起動器是由6 只晶閘管組成的軟起-軟停單元，可控制三相異步電機(jī)，主要由雙CPU的主控板、電機(jī)主控制回路及供電變壓器構(gòu)成，具有控制功能、電機(jī)保護(hù)功能以及顯示、報警、參數(shù)設(shè)置等功能。本文以施耐德ATS48C25Q軟起動器（額定電壓230～415 V，額定電流250 A），在螺桿空壓機(jī)（電機(jī)型號Y2-315M-4，額定功率132 kW，額定電壓380 V，額定電流240 A，控制電機(jī)功率132 kW）上的應(yīng)用，詳細(xì)介紹此款軟起動器的功能特點(diǎn)。
2.1 施耐德軟起動器的主要特點(diǎn)
1）優(yōu)良的人性化設(shè)計。全系列產(chǎn)品進(jìn)線端子統(tǒng)一，位于模塊頂部，方便接線；全系列產(chǎn)品提供旁路接線端子，位于模塊底部，分別為三個電機(jī)端子，三個旁路端子；外形美觀實用，結(jié)構(gòu)合理；功能完善，操作簡單。
2）可靠的質(zhì)量保證。采用計算機(jī)模擬設(shè)計；結(jié)合SMT貼片生產(chǎn)工藝；每臺整機(jī)出廠前均經(jīng)過整機(jī)老化、振動試驗。
3）完善、可靠的保護(hù)功能。具有過熱保護(hù)、輸入缺相保護(hù)、輸出缺相保護(hù)、三相不平衡保護(hù)、起動過流保護(hù)、運(yùn)行過載保護(hù)、電源電壓過低保護(hù)、電源電壓過高保護(hù)、負(fù)載短路保護(hù)等保護(hù)功能。每種保護(hù)動作時都有相應(yīng)的代碼，用戶可以方便地判斷故障原因和采取相應(yīng)解決辦法。
4）采用施耐德獨(dú)一無二的專利轉(zhuǎn)矩控制方式，性能卓越，適合重載大力矩起動。電流及其他多參數(shù)的實時監(jiān)控，無須熱繼，保護(hù)完善可靠。操作盤參數(shù)設(shè)定，簡潔明了。支持Modbus/Profibus等多種通訊。
5）由散熱器溫度控制模塊控制內(nèi)部風(fēng)扇；復(fù)位所有可復(fù)位故障（包括熱故障）；通過邏輯輸入口強(qiáng)迫自由停車；自動再起動；捕捉旋轉(zhuǎn)負(fù)載；由密碼保護(hù)參數(shù)設(shè)定；電機(jī)內(nèi)三角型連接（Q系列）。
2.2 施耐德軟起動器的主要功能
2.2.1 主要保護(hù)功能
1）起動器熱保護(hù)通過安裝在散熱器上的PTC傳感器和所計算的晶閘管的溫升值來提供熱保護(hù)。
2）電機(jī)熱保護(hù)根據(jù)受控制的額定電流和實際吸收的電流持續(xù)地計算電機(jī)的溫升，如果電機(jī)超過了臨界溫升值，熱故障將使電機(jī)停機(jī)。
3）超長起動時間保護(hù)如果電機(jī)起動時間超過超長起動時間保護(hù)設(shè)定值，則起動器會保護(hù)跳閘，并顯示“起動時間過長”故障
4）起動器過電流保護(hù)起動器在運(yùn)行過程中，由于負(fù)載太重而導(dǎo)致模塊或晶閘管發(fā)熱嚴(yán)重。
5）輸入、輸出缺相保護(hù)電源、起動器、電機(jī)連接以及所有處于電源、起動器、電機(jī)之間的電氣隔離設(shè)備（接觸器、斷路器等）進(jìn)線和出線電纜的松脫，導(dǎo)致接觸不良，軟起動器輸出相是斷相或是電機(jī)有損壞，都會引起輸入、輸出缺相保護(hù)動作。
6）過載保護(hù)軟起動器在運(yùn)行過程中，由于負(fù)載發(fā)生變化而導(dǎo)致模塊或晶閘管發(fā)熱嚴(yán)重，可檢查負(fù)載與軟起動器功率大小是否匹配。
2.2.2 顯示、報警、參數(shù)設(shè)置功能
在軟起動器的控制面板上，可顯示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行電流，故障報警代碼；設(shè)定軟起動器的各種參數(shù)值。
2.3 施耐德軟起動器起動/ 停止控制模式
ATS48C25Q 軟起動器有完美的起動/ 停止模式，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(jī)的控制，運(yùn)行（RUN）、停機(jī)（STOP）邏輯輸入控制模式有以下幾種：
1）2 線控制模式軟起動器運(yùn)行和停機(jī)是由狀態(tài)1（運(yùn)行）和0（停機(jī)）進(jìn)行控制，RUN 和STOP 狀態(tài)同時考慮。我廠污水處理廠螺桿空壓機(jī)ATS48C25Q軟起動器采用“2線控制模式”，電氣控制原理圖如圖2所示。
2）3 線控制模式軟起動器運(yùn)行和停機(jī)是由兩個不同的邏輯輸入端控制，斷開（狀態(tài)0）STOP 輸入可獲得停機(jī)。在RUN輸入端的脈沖一直存儲到停機(jī)輸入斷開為止。
3）強(qiáng)制自由停車（LIA）模式一旦收到一個STOP命令即進(jìn)行強(qiáng)制自由停車。在這種停車模式下，軟起動器接到STOP 停止命令后立即禁止軟起動器晶閘管的電壓輸出，軟起動器的輸出電壓由全壓逐漸減小，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)降低，以避免機(jī)械震蕩，直到電動機(jī)停止運(yùn)行。
4）強(qiáng)制為本地控制模式（LIL） 如果使用了串口，則從線路模式轉(zhuǎn)為本地控制模式。
3 軟啟動器參數(shù)及故障代碼
ATS48C25Q軟起動器參數(shù)設(shè)定如表1所列。
ATS48C25Q軟起動器故障代碼及故障原因如表2所列。
4 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括斷路器、外置旁路接觸器、軟起動器、可編程控制器、壓力傳感器、進(jìn)氣電磁閥。
5 控制系統(tǒng)工作過程
當(dāng)氣罐氣壓降至空壓機(jī)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(jī)的起動電壓和電流，使空壓機(jī)系統(tǒng)在空載狀態(tài)下平滑起動。當(dāng)電壓達(dá)到額定值時，旁路接觸器吸合，晶閘管短路，三相電源直接加在電動機(jī)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。可編程控制器經(jīng)過9 s的延時，投進(jìn)氣電磁閥，空壓機(jī)帶載運(yùn)行，向氣罐打氣；當(dāng)氣罐氣壓達(dá)停機(jī)值時，可編程控制器切斷進(jìn)氣電磁閥，使空壓機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入空載狀態(tài)，2 s 后向軟起動器發(fā)停機(jī)令，在軟起動器的控制下，電動機(jī)逐漸減速至完全停機(jī)。自動／手動控制空壓機(jī)啟、停，控制方式通過工作方式切換開關(guān)選擇。
自動工作方式時，根據(jù)氣罐氣壓的變化自動啟停空壓機(jī)。
手動方式時可編程控制器退出運(yùn)行，在軟起動器現(xiàn)場控制箱上面手動操作起動、停止按鈕控制空壓機(jī)的運(yùn)行與停止，控制室設(shè)有急停按鈕，控制空壓機(jī)事故情況下的緊急停車。根據(jù)空壓機(jī)系統(tǒng)的實際情況，選擇電機(jī)的起、停方式是限流軟起動和軟停車。
6 使用效果
ATS48C25Q軟起動器運(yùn)行近1 年，運(yùn)行情況表明，其可靠性、功能和性能與原控制系統(tǒng)相比都有顯著的改善和提高。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
1）在結(jié)構(gòu)上采用軟起動器作為控制輸出執(zhí)行元件，控制邏輯用可編程控制器實現(xiàn)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，也便于維護(hù)。
2）軟起動器將起動電流控制在（3～4倍）安全范圍內(nèi)，改善了因起動電流較大沖擊工廠用電而影響其它設(shè)備正常運(yùn)行的狀況。
3）起動過程采用雙向晶閘管，起動過程完成后，接觸器短接晶閘管的控制方式，既避免了用接觸器直接控制電機(jī)接點(diǎn)易拉弧、粘連、燒壞等故障的發(fā)生，也節(jié)約了能源。
4）軟起動、軟停車方式，減少機(jī)械應(yīng)力，對設(shè)備的沖擊大大降低，保護(hù)設(shè)備，延長其使用壽命。
5）保護(hù)功能涉及空壓機(jī)系統(tǒng)各不良運(yùn)行工況，有利于提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。
6）控制盤上的顯示功能，便于在現(xiàn)場全面了解設(shè)備運(yùn)行情況。
7）數(shù)字化參數(shù)設(shè)定及顯示直觀、方便、省時。
8）由于具有完善可靠的保護(hù)功能，有效地保護(hù)了電動機(jī)及相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的使用安全，基本實現(xiàn)免日常維護(hù)，大大降低了維護(hù)費(fèi)用。
7 結(jié)語
目前軟起動器現(xiàn)已廣泛用于冶金、鋼鐵、石油、化工等各個行業(yè)，主要用在空壓機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等電動機(jī)控制領(lǐng)域。采用傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)存在諸多缺陷，對于大負(fù)載，其問題就顯得更為突出，軟起動器不但克服了傳統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的不足，而且使控制功能更加完善。
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作者簡介： |
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張慶忠（1973-），男，工程師，在兗礦魯南化肥廠電氣分廠從事電氣設(shè)計、維護(hù)等工作。 |
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參考文獻(xiàn)： （略） |
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