MCD3000軟起動器在熱鋸上的應用

鄧 偉， 張 翔

(西寧特殊鋼集團有限責任公司，青海西寧 810005)

0 引言

某公司軋鋼車間有一臺1.8 m、一臺1.5 m固定式金屬熱鋸，1.8 m金屬熱鋸整體拆掉后新上了一臺2 m固定式金屬熱鋸，其鋸片電機為YLV400-3-4 450 kW，利用MCD3000軟起動器進行起動控制，投入生產后一直運行良好，而同時運行的1.5 m金屬熱鋸的鋸片電機頻繁燒損，導致可用的電機JS-126-4 225 kW和Y355M3-4 315 kW(傳動為皮帶傳動，兩種電機共用一個底座，均可在線使用)無備品，燒損的電機送公司電修廠返修，無法及時供應，嚴重威脅著軋鋼車間鋼材的鋸切，為此車間利用為2 m金屬熱鋸備用的軟起動器對1.5 m金屬熱鋸鋸片電機控制系統進行了改造。

1 原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機的起動、運行

1.1 原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機的起動

原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機的起動采用電液阻柜(俗稱水電阻柜)在電機定子回路中串可變電阻進行降壓起動，隨著主電機的起動，水電阻柜起動裝置自動改變電機電子回路中動、靜極板之間的間距，使電阻線性均勻減小，電機端電壓均勻提高，起動電流限制在額定電流的1.3～3.3倍，起動結束后即進入全壓運行。

1.2 原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機的運行

原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機起動后無法對電機的運行進行監控，正常情況下平立軋機及750軋機軋制后的鋼材經輸送輥道至兩臺金屬熱鋸(1.5 m、2 m)進行定尺、鋸切，兩臺熱鋸基本上一直在使用，鋸切時鋸花(鋸切下的高溫鋸屑)飛濺，并且有循環水一直給鋸片進行冷卻，因此金屬熱鋸鋸片電機運行環境非常惡劣(過載、振動、潮濕、高溫、電機絕緣易被破壞、線路易被鋸切下的高溫鋸屑燙壞、著火燒損等)，導致電機燒損居高不下，威脅生產。

水電阻裝置起動的主要缺點如下:通過調節極板距離改變電阻，精度和靈敏度低;需要經常加水;環境溫度變化對起動性能有影響。

綜合以上因素，車間利用為2 m金屬熱鋸備用的軟起動器對1.5 m金屬熱鋸鋸片電機控制系統進行了改造。

2 改造后1.5 m金屬熱鋸鋸片電機的起動

2.1 軟起動器的工作原理

軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，是降壓起動中最先進的，能夠很好地控制電流和轉矩，同時有先進的電機保護功能和界面設置。軟起動器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電機定子之間。使用軟起動器起動電機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑起動，降低起動電流，避免起動過流跳閘。待電機達到額定轉速時，起動過程結束，自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟起動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。軟起動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟起動過程相反，電壓逐漸降低，轉速逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。

2.2 改造后鋸片電機的起動

MCD3000閉環電流控制器是軟起動器中最先進的，與基于閉環電壓技術不同的是基于閉環電流技術，采用電流作為主要參考量，該方法的優點是可以對起動電流進行精確的控制和方便的調整。用MCD3000軟起動器改造1.5 m金屬熱鋸鋸片電機的起動、運行控制線路如圖1所示。

圖1 1.5 m金屬熱鋸鋸片電機的起動、運行控制線路

MCD3000軟起動器應用于1.5 m固定式金屬熱鋸鋸片電機起動控制時，為使電機更容易起動、加速到額定轉速，起動電流必須足夠高，起動時的最小電流極限值由電機的設計與負載的要求決定，圖2為電機起動時電流－轉速曲線，最小電流極限值參數設置不宜過小，否則起動困難或不能完成，一般實際生產過程中設置在300% ～350%。因1.5 m固定式金屬熱鋸鋸片電機有JS-126-4 225 kW 408 A 和 Y355M3-4 315 kW 578.2 A兩種型號，故參數設置也設置了兩套，分別寫在了MCD3000軟起動器控制面板上，更換電機后在起動前進行參數的重新設置。具體參數設置如表1所示，各參數的設置充分考慮了1.5 m熱鋸在鋸切時的負載狀況，盡量使軟起動器在電機非正常狀態下，如過載、過電流、接地等運行時跳閘，保護電機避免燒損。225 kW電機起動時軟起動器電流在逐漸上升至1 320 A時，隨著轉速的上升，電流開始下降，穩定至空載電流98～122A后，鋸片電機起動結束，以額定轉速運行。315 kW電機起動時軟起動器電流在逐漸上升至1 848 A時，隨著轉速的上升電流開始下降，穩定至空載電流136～173 A后鋸片電機起動結束，以額定轉速運行。

圖2 電機起動時電流與轉速上升曲線

表1 適用于225 kW、315 kW電機的軟起動器參數設置

2.3 改造后鋸片電機的運行

用MCD3000軟起動器改造1.5 m金屬熱鋸鋸片電機的起動、運行控制，避免了原1.5 m金屬熱鋸鋸片電機定子回路串入水電阻進行降壓起動后，無法對電機的運行進行監控而存在的種種弊病，也消除了水電阻裝置起動的一些缺點，實現了平滑控制電壓、電流，避免階躍情況的發生，基于電機電流信號的實時監控，保證了電機過載、相間不平衡、欠流保護、起動時間過長等保護功能的實現，在實際生產運行過程中出現的傳動皮帶過緊、鋸軸因軸承損壞及潤滑脂缺失導致高溫抱死等各種非正常情況均引起鋸片電機運行異常、軟起動器跳閘，維護人員與生產人員共同查找原因并處理后，才允許送電重新起動軟起動器，使鋸片電機起動、運行，最大限度地減少了鋸片電機的燒損。據統計，改造以前1.5 m金屬熱鋸鋸片電機平均每月燒壞2～3臺，嚴重時特別是夏季多達每月3～5臺，改造后每2～3個月燒損1臺，極大地降低了電機維修費用，減輕了維護人員的工作量，提高了生產效率。

3 軟起動器調試、運行中應注意的主要問題及今后的改進措施

3.1 軟起動器調試、運行中應注意的主要問題

軟起動器調試過程中主要應注意以下問題:(1)能夠保證鋸片電機順利起動;(2)要使鋸片具有一定的過載能力;(3)要保證電機在過載、相間不平衡、電機絕緣被破壞等故障狀態下軟起動器跳閘。在1.5 m金屬熱鋸改造、調試時，開始設置的參數較低，如電機滿載電流、電流極限值設置，225 kW電機滿載電流為390 A而額定電流為408 A，315 kW電機滿載電流為550 A而額定電流為578.2 A;電流極限值設置為300%;同時電流上升時間設置也較長，為10 s，調試時鋸片電機起動、運行正常，生產運行一段時間后隨著負載狀況的變化，電機跳閘或停止后的再起動非常困難，說明原來參數的設置偏低，電機起動過載能力較低，適當調整參數至表1中所示，并且增加傳動皮帶松緊調整裝置、二硫化鉬潤滑脂的潤滑次數，鋸片電機起動、運行得以正常。

軟起動器內部有3個可編程的繼電器A、B、C，其觸點為 5 A、250 V AC/360 V AC，5 A、30 V DC，在運行了半年后控制旁路接觸器的繼電器C觸點不通，旁路接觸器無法吸合，后改為用繼電器A進行控制，但用了幾個月其觸點也無法導通，拆卸軟起動器查看，發現編程繼電器為焊接在電路板上且該繼電器為封裝的，而手頭24 V繼電器較多，故將軟起動器內部24 V及繼電器接線端子外引，在旁邊控制盤上安裝了幾個24 V DC的繼電器備用，用來控制旁路接觸器的吸合，使軟起動器、旁路接觸器得以正常運行。

3.2 改進措施

由于原來JS-126-4 225kW 408 A的鋸片電機為落后的J系列籠型轉子三相異步電機，防護等級低，而Y355M3-4 315 kW 578.2 A的鋸片電機為Y系列IP23或IP44，絕緣等級為B級。為降低電機運行的振動，減小噪聲，提高電機的外殼防護等級、絕緣等級以抵抗惡劣的工作環境，應逐步淘汰高耗能、低效率、防護等級和絕緣等級低的落后系列的電機，建議選用噪聲低、振動小、絕緣等級為F級、外殼防護等級為IP54或IP55的YLV系列的低壓大功率三相異步電機，并且加強1.5 m金屬熱鋸現場線路的改造、防護以及鋸軸傳動系統的維護、維修，逐步為鋸片電機創造良好的運行環境，以確保電機正常運行，延長電機的使用壽命，適應生產的連續、快節奏需求。

4 結語

經過兩年多的應用實踐的證明，MCD3000系列軟起動器在2 m、1.5 m固定式金屬熱鋸上的應用非常成功，特別是用MCD3000軟起動器對原1.5 m金屬熱鋸起動、運行控制線路的改造。據這兩年的統計數據顯示，每年為公司節約電機修理費約64萬元。隨著國內外電力電子技術的不斷更新和自動化控制理論的不斷發展，將會有性能更為優良、工作更為穩定、壽命更長的軟起動器應用于設備的改造，在提高設備自動化控制水平的同時也為公司帶來更多的經濟效益。

［1］金續曾.電機修理常用技術數據［M］.北京:機械工業出版社，1997.

［2］王建.維修電工(技師、高級技師)國家職業資格證書取證問答［M］.北京:機械工業出版社，2006.