QB42系列軟啟動器在2×220 m²燒結膠帶機的應用

侯兆海

摘 要：傳統的籠型異步電動機的起動分為直接啟動和降壓啟動。一般來說，大容量電機很少采用直接啟動，因為這勢必要增加供電變壓器的容量和線路設備的投資。對于中大容量異步電動機來說，采用降壓啟動是一種切實可行的方法，如串電阻（或電抗器）啟動、星–三角（Y-×）降壓啟動、自耦變壓器降壓啟動等，但是傳統的降壓啟動方式卻有一些難以克服的缺點。該文介紹了異步電機使用軟啟動器的原因、QB42系列軟啟動器的基本工作原理和性能特點以及使用要點，并通過實例分析了QB42系列軟啟動器在南鋼2×220 m2燒結改造項目膠帶機的應用控制情況。

關鍵詞：軟啟動器 啟動電流 控制 分析

中圖分類號：TM57 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（c）-0025-03

隨著傳動控制對自動化要求的不斷提高，采用普通可控硅或可控硅模塊為主要器件、單片機為控制核心的智能型電動機啟動控制設備──軟啟動器，在各行業中已得到越來越廣泛的應用。由于軟啟動器性能優良、體積小、重量輕，具有多種控制模式及齊全的保護功能，而且可根據不同負載靈活調整啟動參數，負載適應性強，因此電子式軟啟動器將逐步取代傳統的星–三角（Y-×）啟動、自耦變壓器啟動、磁控降壓啟動等啟動方式。2×220 m2燒結系南鋼老區改造項目，在配料混合系統和整粒篩分系統的多條90 kW及以上膠帶機中使用了長沙奧托自動化技術有限公司生產的QB42系列軟啟動器，這種軟啟動器是傳統降壓啟動方式的更新換代產品，使用兩年來，工作情況良好，沒有出現明顯故障，保障了生產穩定順行。

1 軟啟動器的使用原因與基本原理

1.1 異步電動機為何需要軟啟動器

大家知道，對于一般籠型異步電動機，它的直接啟動電流是額定電流的4～7倍。如果是小容量電機在輕載的情況下直接啟動，其啟動電流對電網的影響不大，但是對于那些經常重載和中大容量的電動機則不允許直接啟動。因為過大的啟動電流沖擊，會造成電網電壓的瞬間降落，這不僅影響接在同一電網上的其他電機和設備的正常運行，也會使該電動機本身啟動不起來或啟動時間過長。當然直接啟動的優點是設備簡單，操作方便，缺點是起動電流大而啟動轉矩卻不算很大，對于電機及傳動機構壽命有一定影響。一般規定，只要直接起動時的啟動電流在電網中引起的電壓降落不超過10%～15%（對于經常起動的電動機取10%，對于不經常起動的電動機取15%），就允許采用直接起動。對于中大容量電機來說，可以通過經驗公式來核定是否能直接啟動，即I1st/I1N≤3/4+SH/4PN。式中I1st為直接啟動時定子線電流；I1N為電動機的額定電流；SH為供電電源的總容量（kVA）；PN為電動機額定功率（kW）。應該指出，該經驗公式的條件相對比較嚴格。如果能夠滿足該經驗公式，則該機可以直接啟動。在相對寬松的條件下，如果不滿足該經驗公式，但是電機功率未超過變壓器容量的15%～20%，一般也可以直接啟動。當異步電動機不能直接啟動時，傳統上是采用降壓啟動，但是這些啟動方法都存在一定的缺陷，因為起動時存在主回路電壓切換，將會對電機及機械設備產生沖擊，從而降低設備使用壽命；主回路啟動電阻等耗能元件也將增加能耗，設備體積增大等；在電壓降低的同時，啟動轉矩也隨之降低；另外選好元件后啟動轉矩也不易調節。而軟啟動器卻能很好地克服以上缺點：（1）沒有沖擊電流。電機啟動時，通過逐漸增大晶閘管導通角，從而使電機啟動電流從零上升到限定值。（2）多種控制方式。可以根據負載情況進行調節，從而獲得最優起動性能。（3）具有缺相欠壓、短路、過熱等多種保護，功能較為完善。（4）實現了無級平滑啟動，而且故障率低，基本免維護。所以軟啟動器作為新興的電機啟動設備正逐步替代傳統的降壓啟動設備，獲得了廣泛的應用。

1.2 QB42軟啟動器的基本原理

QB42軟啟動器是日益進步的電力電子技術與自動控制技術緊密結合的產品，它以微處理器為核心，輔以相應檢測電路，將三組反并聯晶閘管分別串接于三相供電電源與被控電機之間。起動時，由內部控制電路控制晶閘管的導通角，使電動機的端電壓按一定控制方式變化，直至全電壓，消除了直接啟動引起的大電流。軟啟動器實際上可以看做是交流調壓器，改變晶閘管的觸發角就可改變其輸出電壓，從而能夠使電機實現無沖擊軟啟動。

2 QB42軟啟動器性能特質

2.1 QB42軟啟動器的作用

（1）能夠有效降低電動機的啟動電流，從而可以減少配電容量，消除了電網增容引起的投資費用。

（2）減小了電動機和負載設備起動時產生的應力，能夠延長電動機和相關設備的使用壽命。

（3）具有自適應的起動模式，能夠自動調節起動曲線從而可以適應復雜的電機和負載情況，以達到優良的起動效果。（4）保護功能可靠完善，從而保證了電動機及相關設備的使用安全。

2.2 QB42軟起動器的主要特點

（1）具有雙CPU結構，冗余的可靠性設計，這是單CPU結構軟啟動器所無法比擬的。

（2）起動過程中采用自適應智能化控制方法，避免了繁瑣的曲線選擇，從而可以自動控制電機達到最佳的起動性能。

（3）對三相輸入電源沒有相序要求。

（4）具有通訊功能。

（5）硅箱部件采用強制風冷結構，從而提高了散熱性能。

（6）利用電力電子技術與自動化技術，從而使該產品具有智能化、網絡化的特點。

3 QB42軟起動器的使用要點

（1）1/R、3/S、5/T是主回路的輸入端子，用來連接三相電源。2/U、4/V、6/W是主回路的輸出端子，用來連接三相電機，千萬不能反過來接線，否則會引起軟啟動器非預期的動作，容易損壞軟起動器和電機。QB42軟起動器對于電源和電機的相序不作要求，可以任意連接，相序決定了電機的轉向，但是旁路接觸器的輸入和輸出相序必須保持一致，否則旁路切換時會發生相間短路，使斷路器跳閘甚至損壞設備造成事故。

（2）端子11、12用來外接控制電源（AC220 V），13、14則用于控制軟啟動器工作，當13、14端子接通時軟起動器起動，在軟起動器起動電機的過程中，該信號必須保持，當軟起動器旁路輸出輔助觸點（15、16、17）動作后，13、14即可斷開（軟起動將會退出起動狀態而重新進入待機狀態），也可以繼續保持（軟啟動器將在5S后自動關斷晶閘管，然后重新進入待機狀態），停止運行是由切斷旁路接觸器的線圈電源來完成的。15、16、17端子為運行輔助觸點，在起動過程結束后動作，用來控制接通旁路接觸器。端子15、16為常閉觸點，15、17為常開觸點。運行輔助觸點（15、16、17）動作后持續時間較短，因此在控制回路內需要自鎖回路。18、19、20為故障輸出輔助觸點，在有故障保護時動作。端子18、20為常開觸點，觸點容量為250 VAC/2A。當軟啟動器在起動時檢測到故障時，故障輔助觸點會動作，在進行復位時，按面板上的停止鍵或斷電后重新上電均可。端子13、14、61～63使用內部工作電壓，不能在這些端子上連接其他的外部電源，不然將會損壞軟啟動器的內部電路。

（3）QB42軟起動器應當配套使用旁路接觸器，在起動完成后，輸出旁路信號，進入運行狀態。它就不再承擔負載電流，不會產生因功耗引起的溫升，電機運行負載電流則通過旁路接觸器到電機。

4 2×220 m2燒結膠帶機控制

4.1 成-1A膠帶機軟起控制分析

成-1A（傳動號710）與成-1B（傳動號720）是2×220 m2燒結篩分系統A、B兩個系列的第一輸送皮帶，電機型號為Y315S-4，功率為110 kW，額定電流為200.8 A，額定轉速為1485 r/min。已知篩分變電所變壓器額定容量為1 250 kVA，則根據經驗公式可求得3/4﹢SH/4PN=3/4﹢1 250/（4×110）=3.59，查得I1st/I1N為6.8，所以不能直接啟動。根據皮帶機的工作特點選用了QB42-132型軟啟動器進行啟動控制，現以成-1A（傳動號710）為例進行分析，電路控制原理圖如圖1所示。

膠帶機主回路主要由斷路器QL、軟啟動器QB42-132、旁路運行接觸器KM組成；熱保護部分由電流互感器TA1、TA3、熱繼電器KH組成；電流測量部分由電流互感器TA2、電流變送器TC組成，電流變送器TC把接收的電流信號轉換為4～20 mA信號傳送到PLC模塊柜，以進行電流采集，從而在主控制電腦畫面上顯示出來。在控制電路中，SLS1、SLS為轉換開關，SSE為安全開關，SS為停止按鈕，FDL為防堵料裝置，SE1～SE8為拉繩開關，PK11～PK61為跑偏開關的輕跑偏（一級跑偏），PK12～PK62為跑偏開關的重跑偏（二級跑偏），DH為打滑開關，PC-L為PLC輸入模塊的+24 V電源。由轉換開關SLS1選擇軟啟動還是直接起動，一般選在軟起動位置上，直接起動只在必要時進行。SLS用來選擇手動或自動，打在自動位置時，自動位繼電器KAS吸合，允許PLC控制，啟動控制信號來時，首先由PLC輸出信號到KSR進行響鈴預警，然后再輸出運行信號使KQ吸合，進而KA3吸合使QB42的13、14接通進行軟起控制，軟起動完成時，旁路輸出輔助觸點15、17接通從而KA2吸合，KM接著吸合進行旁路控制，KA3失電退出軟起狀態。當軟啟動器有故障時，故障輔助觸點18、20接通從而KA1吸合禁止軟起動并將故障信號送到PLC。當SLS打在手動位置時，按動啟動信號按鈕SSB，則KSP吸合，常開觸點接通電鈴進行預警，然后按動啟動按鈕SF，則接通KA3進行軟啟動，其余過程和打在自動位置時類似，不再贅述。

4.2 軟啟動器參數設置

（1） 控制模式：端子；

（2） 工作模式：斜坡；

（3） 起動時間：20秒；

（4） 突跳時間：0秒；

（5） 起動電壓：40%；

（6） 欠壓值：70%；

（7） 起動過流系數：3；

（8） 額定電流：200 A。

5 結語

QB42系列軟啟動器安裝在2×220 m2燒結低壓配電室，配電室內定期進行衛生清掃，環境整潔，并且安裝了空調，使QB42軟啟動器減少了灰塵的侵襲，內部元件能充分散熱，保證了軟啟動器的安全無故障運行。使用實踐表明，QB42系列軟啟動器實現了膠帶機的平穩起停，減少了電流對電網的沖擊，提高了系統的可靠性和穩定性，大大減少了故障率，確實是性能優良值得信奈的理想產品。

參考文獻

[1] 顧繩谷.電機及拖動基礎[M].第四版.下冊.北京：機械工業出版社，2015：111-112.

[2] 楊宗豹.電機拖動基礎[M].第二版.北京：冶金工業出版社，1989：260-261.

[3] 吳裕隆.電機及電力拖動[M] .北京：冶金工業出版社，2000：150-151.

[4] 林瑞光.電機與拖動基礎[M].杭州：浙江大學出版社，2002：159-160.