作為籠式異步電動機的起動設備——軟起動器,從20世紀70年代開始利用晶閘管交流調壓技術進行制作應用,以后又把功率因素控制技術結合進去。近年來,采用微電腦代替模擬控制電路,發展成現代的智能化軟起動器。
1 智能化軟起動器的主要品種
目前世界上有許多電氣公司在生產智能化軟起動器,著名的有:法國施耐德電氣(Schneider Electric)公司生產的Altistart(ATS)軟起動器,最大功率達到800kW:美國艾倫-布拉得利(Allen-Bradley, A-B)公司生產的SMC系列軟起動器,最大功率達1200kW:通用電氣(GE)公司生產的QC、ASTAT系列軟起動器,最大功率達850kW,額定電壓500V,額定電流1180A,最大起動電流5900A:意大利西威(SIEI)公司生產的eST、dST系列軟起動器,額定電壓690V、額定電流1600A:德國西門子(SIEMENS)公司生產的3RW22系列軟起動器,額定電壓690V、額定電流1200A。上述產品中,ATS產品實用可靠,體積小,結構緊湊,使用方便,為一般用戶考慮選用:通用電氣和西威公司產品力求功能全面:A-B公司則把軟起動器設計成許多派生品種,不同品種對應不同功能:西門子公司的產品介于通用電氣與A-B公司產品之間。
2 智能化軟起動器
幾乎所有的智能化軟起動器的結構組成原理均大同小異,現以Altistart(ATS)軟起動器為例加以說明。
ATS軟起動器的結構
ATS系列軟起動器
ATS軟起動器的控制原理
ATS軟起動器包括一個控制模塊和一個電源組件,其結構組成如圖1所示。
圖1
控制模塊 同一系列不同功率之間的模塊可以互換,其功能有:觸發可控硅整流器:用微處理機計算操作狀況:記錄和儲存電動機和起動器熱狀態:監測電源和電氣絕緣:通過內部聯鎖繼電器發出監測和報警輸出信號:3個LED提供狀態顯示:4個選擇開關實現選擇功能:4個電位器實現整定。
電源組件 包括:背對背安裝的3對可控硅整流器并帶有保護電路:測量用電流互感器和控制電路電源:72A以上的風扇及其安全電路。
ATS系列軟起動器包括:各種用途的ATS-23軟起動——軟停止單元:控制離心泵液壓泵的ATS-23P軟起動——軟停止單元:控制1.5~8.5kW低功率電動機簡單用途的ATS系列VR2電壓斜坡起動器。
圖2
ATS軟起動器的控制原理如圖2所示。通過推移相位角g,直到電動機電流為零以后,再觸發可控硅。
該技術可保證電動機在起動完成后連續平穩轉動,具有極佳的穩定性:微處理機控制起動單元和電動機的主要工作參數,并不斷進行優化。
軟起動器實際上是一個晶閘管調壓調速的線路。其工作原理是通過改變晶閘管的觸發角,調節晶閘管調壓電路的輸出電壓。其特點是電動機轉速近似與定子電壓的平方成正比。軟起動器起動電動機時,晶閘管全導通,使電動機工作在額定電壓的機械特性上。
3 基本功能
[$page] 起動電壓 軟起動器的起動電壓在35%~65%(甚至20%~95%)額定電壓間可調,這時起動轉矩為10%~36%(或4%~90%)直接起動轉矩。
脈沖突跳起動方式 有些負載如擠壓機、攪拌機和皮帶輸送機等靜阻力比較大,必須施加一個短時的大起動力矩,以克服大的靜摩擦力,所以在軟起動器上設置了脈沖突跳方式,可以短時輸出95%的額定電壓(相當于90%直接起動轉矩),0~400ms可控。脈沖突跳結束后,根據斜坡設定值繼續起動。軟起動器在一個工作周期中的輸出電壓波形如圖3所示。
圖3
加速斜坡控制 電動機開始轉動后,可以控制電動機電壓線性增大,加速時間可在一定范圍內(如1~999s)調節。還可提供電流限幅(如在200%~500%電動機額定電流間可調)的起動加速方式,可使電動機線性加速到額定轉速。
加速斜坡作用于小功率電動機,而快速斜坡用于慣性大的設備。
運行狀態 軟起動有4種運行狀態:①跨越運行模式:晶閘管處于全導通狀態,電動機工作于全壓方式,電壓斜坡分量可以完全忽略,常用于短時重復的電動機。②接觸器旁路工作模式:在電動機達到滿速運行時,用旁路接觸器來取代已完成任務的軟起動器,這樣可以降低晶閘管的熱損耗,提高系統效率。可以用一臺軟起動器起動多臺電動機。③節能運行模式:當電動機負荷較輕時,軟起動器自動降低施加于電動機定子上的電壓,減少電動機電流勵磁分量,從而提高了電動機的功率因素,起到了節能效果。④調壓調速方式:軟起動器可以作調壓調速運行,因電動機轉子內阻很小,要得到大范圍的調速,就需在電動機轉子中串入適當的電阻。
停止功能 該功能的停止方式有4種:①自由停車:直接切斷電源,電動機自由停車。②軟停止:有時不希望電動機突然停止,采用軟停止方式。在接收停機信號后,電動機端電壓逐漸減小,轉速下降到可調整斜坡時間(如1~999s)。③泵停止:適用于慣性力矩較小的泵驅動,消除“水錘效應”。④直流制動:當給出停車信號后,將直流注入電動機加快制動,直流制動時間可在0~99s間選擇。主要用于慣性力矩大的負載或需要快速停機的場合。還可用于準確停車功能,該功能用于要求定位控制停車的場合。⑤保護和監控:軟起動器以字符式顯示器