0 引言

三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)作為基本的動(dòng)力執(zhí)行設(shè)備以其性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)機(jī)本身也具有一定的缺點(diǎn)：

1)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，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(duì)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(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩突變，造成機(jī)械應(yīng)力沖擊較大，使電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。

3)在停機(jī)時(shí)，拖動(dòng)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(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的起動(dòng)方式多采用Y/△轉(zhuǎn)換起動(dòng)，自耦變壓器降壓起動(dòng)，飽和電抗器起動(dòng)，水電阻起動(dòng)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些方法雖然可以起到一定的限流作用，但沒(méi)有從根本上解決問(wèn)題。

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟起動(dòng)器得到廣泛應(yīng)用。它不僅能實(shí)現(xiàn)在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中無(wú)沖擊而平滑的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，而且可根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載的特性來(lái)調(diào)節(jié)起動(dòng)過(guò)程中的參數(shù)，如限流值、起動(dòng)時(shí)間等。此外，它對(duì)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(dòng)設(shè)備的諸多弊端。

1 軟起動(dòng)器工作原理

智能型軟起動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、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(guó)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(guò)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(lái)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(shí)現(xiàn)不同的功能，完成電動(dòng)機(jī)的平滑起動(dòng)。軟起動(dòng)器的工作原理圖如圖1所示。

2 施耐德軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn)

施耐德Altistart48 軟起動(dòng)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(bào)警、參數(shù)設(shè)置等功能。本文以施耐德ATS48C25Q軟起動(dòng)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(hào)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(dòng)器的功能特點(diǎn)。

2.1 施耐德軟起動(dòng)器的主要特點(diǎn)

1)優(yōu)良的人性化設(shè)計(jì)。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(gè)電機(jī)端子，三個(gè)旁路端子;外形美觀實(shí)用，結(jié)構(gòu)合理;功能完善，操作簡(jiǎn)單。

2)可靠的質(zhì)量保證。采用計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì);結(jié)合SMT貼片生產(chǎn)工藝;每臺(tái)整機(jī)出廠前均經(jīng)過(guò)整機(jī)老化、振動(dòng)試驗(yàn)。

3)完善、可靠的保護(hù)功能。具有過(guò)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(dòng)過(guò)流保護(hù)、運(yùn)行過(guò)載保護(hù)、電源電壓過(guò)低保護(hù)、電源電壓過(guò)高保護(hù)、負(fù)載短路保護(hù)等保護(hù)功能。每種保護(hù)動(dòng)作時(shí)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(wú)二的專利轉(zhuǎn)矩控制方式，性能卓越，適合重載大力矩起動(dòng)。電流及其他多參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，無(wú)須熱繼，保護(hù)完善可靠。操作盤參數(shù)設(shè)定，簡(jiǎn)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(guò)邏輯輸入口強(qiáng)迫自由停車;自動(dòng)再起動(dòng);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(dòng)器的主要功能

2.2.1 主要保護(hù)功能

1)起動(dòng)器熱保護(hù)通過(guò)安裝在散熱器上的PTC傳感器和所計(jì)算的晶閘管的溫升值來(lái)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(shí)際吸收的電流持續(xù)地計(jì)算電機(jī)的溫升，如果電機(jī)超過(guò)了臨界溫升值，熱故障將使電機(jī)停機(jī)。

3)超長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間保護(hù)如果電機(jī)起動(dòng)時(shí)間超過(guò)超長(zhǎng)起動(dòng)時(shí)間保護(hù)設(shè)定值，則起動(dòng)器會(huì)保護(hù)跳閘，并顯示“起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)”故障

4)起動(dòng)器過(guò)電流保護(hù)起動(dòng)器在運(yùn)行過(guò)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(dòng)器、電機(jī)連接以及所有處于電源、起動(dòng)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(dòng)器輸出相是斷相或是電機(jī)有損壞，都會(huì)引起輸入、輸出缺相保護(hù)動(dòng)作。

6)過(guò)載保護(hù)軟起動(dòng)器在運(yùn)行過(guò)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(dòng)器功率大小是否匹配。

2.2.2 顯示、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置功能

在軟起動(dòng)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(bào)警代碼;設(shè)定軟起動(dòng)器的各種參數(shù)值。

2.3 施耐德軟起動(dòng)器起動(dòng)/ 停止控制模式

ATS48C25Q 軟起動(dòng)器有完美的起動(dòng)/ 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(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)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(shí)考慮。我廠污水處理廠螺桿空壓機(jī)ATS48C25Q軟起動(dòng)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(dòng)器運(yùn)行和停機(jī)是由兩個(gè)不同的邏輯輸入端控制，斷開(kāi)(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(chǔ)到停機(jī)輸入斷開(kāi)為止。

3)強(qiáng)制自由停車(LIA)模式一旦收到一個(gè)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(dòng)器接到STOP 停止命令后立即禁止軟起動(dòng)器晶閘管的電壓輸出，軟起動(dòng)器的輸出電壓由全壓逐漸減小，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)降低，以避免機(jī)械震蕩，直到電動(dòng)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(dòng)器參數(shù)及故障代碼

ATS48C25Q軟起動(dòng)器參數(shù)設(shè)定如表1所列。

ATS48C25Q軟起動(dòng)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(dòng)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(guò)程

當(dāng)氣罐氣壓降至空壓機(jī)起動(dòng)值時(shí)，可編程控制器向軟起動(dòng)器發(fā)出起動(dòng)命令，軟起動(dòng)器通過(guò)晶閘管控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓和電流，使空壓機(jī)系統(tǒng)在空載狀態(tài)下平滑起動(dòng)。當(dāng)電壓達(dá)到額定值時(shí)，旁路接觸器吸合，晶閘管短路，三相電源直接加在電動(dòng)機(jī)上，軟起動(dòng)器起動(dòng)完成，并向可編程控制器發(fā)起動(dòng)完成信號(hào)?？删幊炭刂破鹘?jīng)過(guò)9 s的延時(shí)，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(shí)，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(dòng)器發(fā)停機(jī)令，在軟起動(dòng)器的控制下，電動(dòng)機(jī)逐漸減速至完全停機(jī)。自動(dòng)/手動(dòng)控制空壓機(jī)啟、停，控制方式通過(guò)工作方式切換開(kāi)關(guān)選擇。

自動(dòng)工作方式時(shí)，根據(jù)氣罐氣壓的變化自動(dòng)啟停空壓機(jī)。

手動(dòng)方式時(shí)可編程控制器退出運(yùn)行，在軟起動(dòng)器現(xiàn)場(chǎng)控制箱上面手動(dòng)操作起動(dòng)、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(shí)際情況，選擇電機(jī)的起、停方式是限流軟起動(dòng)和軟停車。

6 使用效果

ATS48C25Q軟起動(dòng)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(dòng)器作為控制輸出執(zhí)行元件，控制邏輯用可編程控制器實(shí)現(xiàn)，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)器將起動(dòng)電流控制在(3～4倍)安全范圍內(nèi)，改善了因起動(dòng)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(dòng)過(guò)程采用雙向晶閘管，起動(dòng)過(guò)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(dòng)、軟停車方式，減少機(jī)械應(yīng)力，對(duì)設(shè)備的沖擊大大降低，保護(hù)設(shè)備，延長(zhǎng)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(chǎng)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(shí)。

8)由于具有完善可靠的保護(hù)功能，有效地保護(hù)了電動(dòng)機(jī)及相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的使用安全，基本實(shí)現(xiàn)免日常維護(hù)，大大降低了維護(hù)費(fèi)用。

7 結(jié)語(yǔ)

目前軟起動(dòng)器現(xiàn)已廣泛用于冶金、鋼鐵、石油、化工等各個(gè)行業(yè)，主要用在空壓機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等電動(dòng)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(duì)于大負(fù)載，其問(wèn)題就顯得更為突出，軟起動(dòng)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。