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應(yīng)用設(shè)計(jì)

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山宇SJR2系列軟起動(dòng)器的特點(diǎn)及其應(yīng)用

山宇SJR2系列軟起動(dòng)器的特點(diǎn)及其應(yīng)用

2008/3/6 9:39:00
摘要:本文介紹了軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn),對(duì)比了交流電動(dòng)機(jī)各種起動(dòng)方式的特性,對(duì)軟起動(dòng)器的起、停方式進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。并通過(guò)軟起動(dòng)器在電廠的應(yīng)用實(shí)例,給出了軟起動(dòng)器在該控制系統(tǒng)的應(yīng)用效果。 關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī),軟起動(dòng)器,應(yīng)用    1 引言   異步電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)良的性能及無(wú)需維護(hù)的特點(diǎn),在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。然而由于其起動(dòng)時(shí)要產(chǎn)生較大沖擊電流,同時(shí)由于起動(dòng)應(yīng)力較大,使負(fù)載設(shè)備的使用壽命降低。國(guó)家有關(guān)部門對(duì)電機(jī)起動(dòng)早有明確規(guī)定,既電機(jī)起動(dòng)時(shí)的電網(wǎng)電壓降不能超過(guò)15%。人們往往需要配備限制電機(jī)起動(dòng)電流的起動(dòng)設(shè)備,過(guò)去人們多采用Y/△轉(zhuǎn)換、磁控降壓起動(dòng)器、自藕降壓等方式來(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,它還具有多種對(duì)電機(jī)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。    2、軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn)    軟起動(dòng)器是一種用來(lái)控制交流異步電動(dòng)機(jī)的新設(shè)備,它是集電機(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。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法,控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角,使被控電機(jī)的輸入電壓按不 同的要求而變化,就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。以上海山宇公司生產(chǎn)的軟起動(dòng)器來(lái)說(shuō)明軟起動(dòng)器的功能特點(diǎn)。山宇公司的軟起動(dòng)器主要由雙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。    2.1軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)起動(dòng)方式的比較   表1給出了軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)起動(dòng)器的比較,從起動(dòng)電流的波形可以看出軟起動(dòng)器啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊電流,而傳統(tǒng)的起動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)有1-2次的沖擊電流。而且從起始電壓、電機(jī)轉(zhuǎn)矩特性、能否頻繁起動(dòng)方面對(duì)比情況看,軟起動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)有傳統(tǒng)起動(dòng)器無(wú)法比擬的優(yōu)越性。   表1軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)起動(dòng)器的比較         
      2.2啟、停控制模式   山宇公司SJR2軟起動(dòng)器有完美的起動(dòng)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??蛇x的起、??刂颇J接幸韵聨追N:  ?。?)限流軟起動(dòng)控制模式:電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),其輸出電壓從零迅速增加,直至輸出電流達(dá)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(dòng)機(jī)逐漸加速,當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí),旁路接觸器吸合,輸出電流迅速下降至電機(jī)額定電流Ie以下,完成起動(dòng)過(guò)程。如圖1所示。      
  圖1 限流軟起動(dòng)示意圖           ?。?)電壓斜坡起動(dòng)控制模式 : 當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),在電動(dòng)機(jī)電流不超出額定值400%的范圍內(nèi),軟起動(dòng)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(dòng)機(jī)隨電壓的上升不斷平穩(wěn)加速,直至達(dá)到額定電壓后,電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,旁路接觸器吸合,起動(dòng)過(guò)程完成。起動(dòng)時(shí)間T是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下所得的控制參數(shù),SJR2系列軟起動(dòng)器以此參數(shù)為基準(zhǔn),通過(guò)控制輸出電壓使電機(jī)平穩(wěn)加速以完成起動(dòng)過(guò)程,并非機(jī)械的控制時(shí)間T而不論電機(jī)加速是否平穩(wěn),鑒于此,在負(fù)載較輕時(shí),起動(dòng)時(shí)間往往小于設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間,只要能順利起動(dòng)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(dòng)模式適用于對(duì)起動(dòng)電流要求不嚴(yán)對(duì)起動(dòng)平穩(wěn)性要求較高的場(chǎng)所。輸出特性曲線如圖2所示。      
  圖2電壓斜坡起動(dòng)輸出特性曲線           ?。?)突跳+限流或突跳+電壓起動(dòng)模式:圖3給出了突跳起動(dòng)模式的輸出變化波形,在某些重載場(chǎng)合下,由于機(jī)械靜摩擦力的影響而不能起動(dòng)電機(jī)時(shí),可選用此種起動(dòng)模式。在起動(dòng)時(shí),先對(duì)電動(dòng)機(jī)施加一個(gè)較高的固定的電壓并持續(xù)有限的一段時(shí)間,以克服電動(dòng)機(jī)負(fù)載的靜摩擦力使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),然后按限制電流或電壓斜坡的方式起動(dòng)。在選用此模式前,應(yīng)先用非突跳模式起動(dòng)電機(jī),若電機(jī)因靜摩擦力太大不能轉(zhuǎn)動(dòng),再選用此模式,否則應(yīng)避免用此模式起動(dòng),以減少不必要的大電流沖擊。      
       ?。╝)突跳+限流 (b)突跳+電壓起動(dòng)   圖3 突跳起動(dòng)輸出特性曲線   (4) 電流斜坡起動(dòng)模式。圖4為電流斜坡起動(dòng)模式的輸出電流波形,其中I1為限流值,T1為設(shè)置的時(shí)間值。電流斜坡起動(dòng)模式具有較強(qiáng)的加速能力,適用與兩極電動(dòng)機(jī),也可在一定范圍內(nèi)縮短起動(dòng)時(shí)間   
  圖4電流斜坡起動(dòng)輸出特性曲線            (5)軟停車模式:在這種停車模式下,電動(dòng)機(jī)的供電有旁路接觸器切換到軟起動(dòng)器的晶閘管輸出,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。  ?。?)自由停車:在這種停車模式下,軟起動(dòng)器接到停止命令后立即斷開(kāi)旁路接觸器并禁止軟起動(dòng)器晶閘管的電壓輸出,電動(dòng)機(jī)依負(fù)載慣性逐漸停車。    2.3電機(jī)保護(hù)功能   山宇SJR2系列軟起動(dòng)器具有完善的保護(hù)功能,保護(hù)軟起動(dòng)器和電機(jī)的安全。包括: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。每種保護(hù)動(dòng)作時(shí)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(dòng)器為三進(jìn)六出的設(shè)計(jì),當(dāng)起動(dòng)完成時(shí)也可以在線監(jiān)視電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù),時(shí)時(shí)保護(hù)電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。    2.4顯示、報(bào)警和參數(shù)設(shè)置功能   在軟起動(dòng)器的控制面板上,可顯示電機(jī)電流、報(bào)警信號(hào)及設(shè)定的參數(shù)值;以數(shù)字形式設(shè)置電機(jī)保護(hù)值、電機(jī)運(yùn)行方式;手動(dòng)操作啟、停電機(jī)。    3 軟起動(dòng)器在電廠空壓機(jī)中的應(yīng)用 3.1概述   某電廠空壓機(jī)系統(tǒng)是機(jī)組調(diào)相、檢修和其它用氣設(shè)備的氣源,由2臺(tái)空壓機(jī)和4個(gè)儲(chǔ)氣罐構(gòu)成。2套獨(dú)立的控制系統(tǒng)各控制1臺(tái)空壓機(jī),運(yùn)行已20多年,設(shè)備老化嚴(yán)重,故障率高。受當(dāng)時(shí)科技水平的限制,邏輯控制回路由繼電器構(gòu)成,起動(dòng)方式為傳統(tǒng)的頻敏電阻降壓方式,起動(dòng)電機(jī)執(zhí)行元件是接觸器。控制系統(tǒng)接線復(fù)雜,故障點(diǎn)多,對(duì)電機(jī)保護(hù)功能不全,起動(dòng)電流大,對(duì)廠用電有較大的沖擊,不利于其它設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。 2004年初對(duì)該系統(tǒng)改造時(shí),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(dòng)器。新控制系統(tǒng)解決了原控制系統(tǒng)存在的諸多問(wèn)題,且有利于同正著手全面改造的新計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接口,為提高全廠綜合自動(dòng)化水平,實(shí)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(dòng)器、接觸器、可編程控制器、壓力傳感器、進(jìn)氣電磁閥。      
  圖5 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖          3.3軟起動(dòng)器的工作原理   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)可控硅控制電動(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),接觸器吸合,可控硅短路,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)9s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),2s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)。原理圖如圖6所示。   
  圖6軟起動(dòng)器的工作原理 3.4 軟起動(dòng)器在系統(tǒng)中的控制  ?。?)控制功能   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??諌簷C(jī)。手動(dòng)方式時(shí)可編程控制器退出運(yùn)行,在軟起動(dòng)器控制面板上手動(dòng)操作啟??諌簷C(jī)。根據(jù)空壓機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際情況,選擇電機(jī)的啟停方式是限流軟起動(dòng)和軟停車。   (2) 保護(hù)功能   保護(hù)功能涉及整個(gè)空壓機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生一級(jí)氣缸氣壓過(guò)高/低、油缸壓力過(guò)高/低、排氣溫度過(guò)高以及斷相、相序錯(cuò)、電機(jī)過(guò)流、過(guò)載等任一異常時(shí),保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)停機(jī)。    (3) 監(jiān)視、報(bào)警功能   實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行工況,在控制盤上有主回路電流、電壓指示及顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),控制盤上有詳細(xì)的故障報(bào)警顯示,同時(shí)向中控室發(fā)報(bào)警信號(hào)。       3.5 軟起動(dòng)器的運(yùn)行效果   山宇軟起動(dòng)器已在該廠運(yùn)行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):  ?、?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)器的限流起動(dòng)方式,將起動(dòng)電流控制<
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