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大中型电动机软启动器的应用及改进

[ 摘要] 简述了大中型电动机新型控制启动装置软启动器的原理、功能和特点，以及在丹江口水电站中的应用情况，并针对软启动口出现的问题提出了改进意见和观点，对于完善软启动器在该领域的控制功能和普及应用将起到积极作用。

传统的大中型电动机控制装置采用的是接触器、磁力启动器直接启停方式，缺点是控制方式简单、不灵活，对系统冲击较大且控制元件易损坏，维护工作量大。

随着计算机控制技术的日趋成熟，近年来一种以计算机为核心，采用双向可控硅为主控回路的智能化新型控制器 软启动器 已普遍应用于该领域，它以控制方式灵活简便，对系统冲击小且控制元件不易损坏以及维护方便等诸多优点正逐步取代传统的控制装置。当然新产品应用总会暴露出一些不足，本文以丹江口电厂使用的软启动器为基础，对其在 3 年中的运行情况及暴露出的问题进行探讨，从生产角度提出几点改进建议使其控制功能更加完善，供生产厂家及同行们参考。

1 软启动器的功能及特点

1 ． 1 应用情况

丹江电厂 20 m 3 空压机系统是机组调相、检修和其它用气设备的气源，液压系统的环境条件-斟酌因素 室内、露天由 2 台空压机和 4 个储气罐构成，工作气压为 0 ． 6 ～ 0 ． 8MPa ，空压机的电机容量为 132 kW ，额定电流 272 A 。 2 套独立的控制系统各控制 1 台空压机，运行已 20 多年，设备老化严重，故障率高。受当时科技水平的限制，逻辑控制回路由继电器构成，启动方式为传统的频敏电阻降压方式，启动电机执行元件是接触器。控制系统接线复杂，故障点多，对电机保护功能不全，启动电流大，对厂用电有较大的冲击，不利于其它设备的稳定运行。 1997 年初对该系统改造时，应用了软启动器。新控制系统解决了原控制系统存在的诸多问题，且有利于同正着手全面改造的新计算机监控系统接口，为提高全厂综合自动化水平，实现减人增效打下了基础。

1 ． 2 软启动器

软启动器主要由 CPU 为 8096 的主控板、驱动板、电机主控制回路及控制面板构成。软启动器具有控制功能、电机保护功能以及显示、报警、参二手汽车数设置功能。

1 ． 2 ． 1 控制功能模式

收到外部启、停命令后，按照预先设定的启、停方式实现对电机的控制。可选的启、停控制模式有以下几种：

（ 1 ）限流软启动控制模式：如图 1 所示，电动机启动时，其2.精度级别：0.5级输出电压从零迅速增加，直至输出电流达到设定的电流限幅值Ｉ m ，然后保证输出电流在不大于该值的情况下，电压逐渐升高，电动机逐渐加速，完成启动过程。

（ 2 ）电压斜坡启动控制模式 : 如图 2 所示， U 1 为电动机启动所需最小转矩对应的初始电压。当电动机启动时，软启动器的输出电压迅速上升到整定值 U 1 ，然后按设定的速率逐渐增加，直至达到电电压后，接触器吸合，启动过程完成。

（ 3 ）停车模式：电动机按所设定的速率逐渐减速直到完全停机。

（ 4 ）自由停车：电动机不受控制地依惯性自由停机。

（ 5 ）点动功能：在该方式的控制下，软启动器输出电压迅速增加至初始电压 U 1 ，并保持该输出电压值。

1 ． 2 ． 2 电机保护功能

软启动器的电机保护功能有：相序保护、缺相保护、启动过流保护、运行过流保护、运行过载保护及电动机长时间不能完成启动过程保护。

软启动器的保护功能动作时，软启动器将产生停机输出，并在控制面板上直接显示其原因。

1 ． 2 ． 3 显示、报警和参数设置功能

在软启动器的控制面板上，可显示电机电流、报警信号及设定的参数值；以数字形式设置电机保护值、电机运行方式；手动操作启、停电机。

软启动器的工作原理是：软启动器收到启动命令后，便按所设定的启动方式进行有关计算，确定可控硅的触发输出电压信号，以控制电动机的启动过程。当电动机的启动过程完成后，软启动器便控制交流接触器吸合，短接所有可控硅，使电动机直接投运行，避免不必要的能源损耗。图 3 为软启动器的原理图。

1 ． 3 应用于丹江口电厂的软启动器

1 ． 3 ． 1 系统结构

控制系统结构如图 4 所示，主要包括软启动器、可编程控制器、压力传感器、进气电磁阀。

1 ． 3 ． 2 系统主要功能

（ 1 ） 控制功能

自动／手动控制空压机启、停。控制方式通过工作方式切换开关选择。

自动工作方式时，根据气罐气压的变化自动启停空压机。手动方式时可编程控制器退出运行，在软启动器控制面板上手动操作启停空压机。并且根据系统的提示根据 20m 3 空压机系统的实际情况，选择电机的启停方式是限流软启动和软停车。

（ 2 ） 保护功能

保护功能涉及整个空压机系统。当发生一级气缸气压过高／低、油缸压力过高／低、排气温度过高以及断相、相序错、电机过流、过载等任一异常时，保护动作自动停机。

（ 3 ） 监视、报警功能

实时监视系统的运行工况，在控制盘上有主回胶南路电流、电压指示及显示系统运行状态，当系统出现故障时，控制盘上有详细的故障报警显示，同时向中控室发报警信号。

1 ． 3 ． 3 系统工作原理

当气罐气压降至空压机启动值时，可编程控制器向软启动器发出启动命令，软启动器通过可控硅控制电动机的启动电压和电流，使空压机系统平滑启动到空载。当电压达到额定值时，接触器吸合，可控硅短路，三相电源直接加在电动机上，软启动器启动完成，并向可编程控制器发启动完成信号。可编程控制器经过 9 s 的延时，投进气电磁阀，空压机带载运行，向气罐打气；当气罐气压达停机值时，可编程控制器切进气电磁阀，使空压机系统进入空载状态， 2 s 后向软启动器发停机令，在软启动器的控制下，电动机逐渐减速至完全停机。

2 运行效果及改进建议

新控制系统 3 年的运行情况表明，其可靠性、功能和性能与原控制系统相比都有显著的改善和提高。主要体现在以下几点：

（ 1 ）在结构上采用软启动器作为控制输出执行元件，控制逻辑用可编程控制器实现，使得系统结构简单明了，提高了控制系统的可靠性，也便于维护。

（ 2 ）软启动器的限流启动方式，将启动电流控制在安全范围内，改善了原控制系统弯钩不得朝上因启动电流较大冲击厂用排气电而影响其它设备正常运行的状况。

（ 3 ）启动过程采用双向可控硅，启动过程完成后，接触器短接可控硅的控制方式，既避免了用接触器直接控制电机接点易拉弧、粘连、烧坏等故障的发生，也节约了能源。

（ 4 ）软启动、软停车方式，减少机械应力，保护设备，延长其使用寿命。

（ 5 ）保护功能涉及空压机系统各不良运行工况，有利于提高设备健康水平。

（ 6 ）控制盘上的显示功能，便于在现场全面了解设备运行情况。

（ 7 ）数字化参数设定及显示功能直观、方便、省时。

软启动器的抗干扰能力，是影响其可靠性的一个重要指标，在软启动器运行的 3 年中，曾发生装置加电瞬间误启动的现象，为此，针对目前该软启动器存在的问题，特提出以下建议和改进措施供厂家参考：

（ 1 ）为防止装置加电后瞬间误启动现象的发生，建议厂家对控制软件进行修改，在装置软件的最终出口信号回路上增加一个延时功能块，延时时间的多少要以躲过干扰信号为前提，这需要现场调试确定，或者在硬件最终信号出口回路上增加一个延时继电器，也可以有效解决干扰问题。

（ 2 ）为便于维护，希望软启动器能够在负载正常运行中便于退出和投入，也就是说正常运行过程中，若关断相应的软启动器控制装置电源，系统运行方式保持原状态不变，此时可以对故障的软启动器装置进行检修，检修完后直接将软启动器控制装置电源合上，而运行方式 ( 即自动跟随装置软件 ) 的要求一致，该功能对现场日常维护非常适用。

（ 3 ）建议将软启动器装置模块化，便于维修。

4 结束语

在水电站以及很多工业方面的空压机、泵、风机等辅机控制领域，采用传统控制结构存在诸多缺陷，对于大负载，其问题就显得更为突出，软启动器不但克服了传统控制结构的不足，而棉芯且使控制功能更加完善。随着技术的不断进步和对软启动器的不断改进，将使软启动器更成熟，因此，软启动器广泛应用大中型电动机是必然趋势。