牛丙喜（天津天鐵冶金集團有限公司運輸部，河北涉縣056404）

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異步電機軟啟動在高爐供料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

牛丙喜
（天津天鐵冶金集團有限公司運輸部，河北涉縣056404）

［摘要］為滿足高爐冶煉的要求，將大型異步電機軟啟動技術(shù)應(yīng)用于天鐵高爐供料控制系統(tǒng)中。采用ATS48軟啟動器以后，電機能耗比原來降低了15％，延長了電機使用壽命，保護了傳動機械設(shè)備，節(jié)省了維修費用，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟效益。

［關(guān)鍵詞］異步電動機；軟啟動；高爐供料控制系統(tǒng)

1　引言

天津天鐵運輸部一料廠皮帶系統(tǒng)擔負著向5座高爐運輸鐵礦石的重要任務(wù)，皮帶機的正常運行直接關(guān)系到高爐的正常生產(chǎn)。為進一步滿足高爐冶煉的要求，增加了礦粉過篩改造項目。隨著工作量的增加，原來的電機不能滿足工作量的需要，為此，需要把5號皮帶電機的額定功率有原來的75 kW改為110 kW。本文主要介紹了高爐供料控制系統(tǒng)大型異步電機啟動方法，ATS48軟啟動技術(shù)的工作原理及在實際工作的應(yīng)用，并針對實際工作中出現(xiàn)的問題進行了分析和探討，滿足了工作需要，達到了理想效果。

2　方案的選擇

大型輸送異步電動機啟動過程中，應(yīng)滿足兩方面要求：一是啟動過程中電磁轉(zhuǎn)矩足夠大，這樣即使電機啟動實現(xiàn)軟特性，不至于產(chǎn)生較大的機械沖擊，又使電機啟動時間盡量縮短；二是啟動電流盡量小。

2.1常用啟動方法的比較

2.1.1直接啟動

料場車間皮帶機大都采取繼電器—接觸器控制直接啟動，引起的沖擊電流達到4～8倍的額定值，造成電網(wǎng)電壓的下降，對電動機所帶動的設(shè)備產(chǎn)生電氣和機械沖擊，影響其老化和機械損害。

2.1.2頻敏變阻器啟動

料場車間3#、4#皮帶機采用繞線式電動機，在其轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動。這種方法能限制啟動電流增加啟動轉(zhuǎn)矩，達到無級平滑啟動。但繞線式電動機價格昂貴，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，灰塵較大，造成電機轉(zhuǎn)子接地、滑環(huán)打火等故障?，F(xiàn)已把繞線式電動機改成了鼠籠式電動機。

2.1.3變頻器啟動

變頻器可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或變轉(zhuǎn)矩啟動，可以滿足不同的負載及工藝啟動要求，啟動電流很小，有著其它啟動方式不可比擬的優(yōu)點。但是，它存在高次諧波，維護與檢修，投資價格過高等問題。它將其作為電動機的啟動設(shè)備時，無法發(fā)揮它的調(diào)速性能優(yōu)勢，造成資源的浪費。料場車間翻車機電動機都采用了變頻器啟動，并進行了調(diào)速控制時，節(jié)能效果好。

2.1.4軟啟動器啟動

啟動電流可在額定電流的2～5倍間調(diào)節(jié)，啟動轉(zhuǎn)矩可在額定轉(zhuǎn)矩的0.15～1倍間變化，有效地消除轉(zhuǎn)矩浪涌并降低沖擊電流。可以按應(yīng)用要求調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)矩，降低電機損耗，還可以對電機進行熱過載和缺相保護。

2.2方案的選型

經(jīng)過對大型異步電動機啟動方法的比較可知，功率較小的異步電動機可以采用直接啟動的方法，對于需要啟動并且調(diào)速的異步電動機可以優(yōu)先采用變頻器啟動的方案；而對于大型鼠籠異步電動機的啟動，考慮到價格和運行的可靠性，優(yōu)先采用軟啟動器啟動。根據(jù)以往經(jīng)驗和電機的額定值，最后采用了性價比較高的施耐德ATS48系列交流電機軟啟動器。

3　方案的制定

3.1軟啟動工作原理

施耐德ATS48系列交流電機軟啟動器主回路由串接于電源與被控電動機之間的三項反并聯(lián)晶閘管調(diào)壓電路組成。通過改變晶閘管的觸發(fā)角，實現(xiàn)調(diào)節(jié)晶閘管的輸出電壓，使得啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩可調(diào)。

3.2 ATS48軟啟動器的功能與特點

3.2.1 ATS48軟啟動的功能

ATS48軟啟動-軟停單元由6個晶閘管控制器組成，有高性能的算法，提高了設(shè)備的可用性和安全性。電機運行時，軟啟動器具有對電動機和軟啟動器本身的熱保護，可對其運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視及控制。軟啟動器設(shè)置了較完備的保護功能，如過載保護、缺相保護、過熱保護、欠載保護、過電流保護、過電壓保護、短路保護功能，并且有計算機接口，帶有通訊地址，實現(xiàn)通訊控制和故障自診段功能。

3.2.2 ATS48軟啟動器的顯著特點

控制器控制晶閘管的觸發(fā)角，輸出電壓平穩(wěn)增加，而頻率不變，轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，調(diào)整了啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流，避免了瞬時電流尖峰?？刂齐姍C平穩(wěn)啟動，減小啟動電流，調(diào)節(jié)起始電壓，使得電機獲得最小的啟動轉(zhuǎn)矩，啟動電流可調(diào)，啟動時間可調(diào)，電機的轉(zhuǎn)速可調(diào)，軟停車快慢可調(diào)，性能可靠，操作方便，軟啟動器配有顯示器，實現(xiàn)了實時監(jiān)測，并顯示電流等參數(shù)，故障時顯示故障名稱，方便維修。

3.3改造方案

3.3.1選型

所用電動機為Y系列380 V 110 kW鼠籠電動機，ICL額定值為210 A，負載為標準負載，重型啟動時大兩個級別。根據(jù)以上參數(shù)，選用ATS-48C41Q型軟啟動，配VW3-G48101調(diào)節(jié)顯示選件，該啟動器在400 V工作電壓時，允許電機功率110 kW，額定電流為210 A，功率因數(shù)0.85。

3.3.2原理

現(xiàn)場環(huán)境惡劣，灰塵特別大，把啟動器安裝在電磁站單獨配電柜內(nèi)。啟動器單向運行、軟啟動動、軟停車、控制線路（見圖1）當合上Q1、Q2、Q3，按啟動按鈕S2，軟啟動器啟動，繼電器R1常開觸電閉合，KM1線圈得電，其主觸點閉合，主電源加入軟啟動器，電動機啟動。當啟動完成后，R2常開觸點閉合，KM2線圈得電，電動機由旁路接觸器KM2觸電供電，同時將軟啟動器內(nèi)部的功率晶閘管短接，電動機通過接觸器由電網(wǎng)直接供電。若發(fā)生過載、過流，R1觸電斷開，進線接觸器KM1斷電。正常停車時，按S1，停止指令使R1和R2常開觸電斷電，KM1和KM2線圈斷電，電動機軟停車。緊急停車時按緊急停車按鈕，KM1、KM2斷電，電機自由停轉(zhuǎn)。

軟啟動器僅在啟動和停車時工作，避免長期運行使晶閘管發(fā)熱，延長了使用壽命。

3.3.3電器控制元器件

Q1，NSX630N；KM1，LC1-D410M7C；KM2，LC1 -D410M7C；QS，DZ47-60/2 10A；SB1，SB2，施耐德控制按鈕。

3.3.4參數(shù)設(shè)置

ATS-48軟啟動器VW3-G48101選件的前面板上有4個鍵，1個LED指示燈和3個七段顯示鍵。背面的開關(guān)用于選擇對話等級的配置，共有3種對話等級可供選擇，見表1。

根據(jù)多年的使用經(jīng)驗，軟啟動器的啟動特性調(diào)整偏軟時，對設(shè)備沖擊小，但啟動時間長，啟動特性調(diào)整越硬，啟動時間減短，但對設(shè)備沖擊明顯。一般來講，啟動電壓調(diào)整為額定電壓的0.5～0.7，啟動電流控制在額定電流3倍為宜。

圖1　軟動器單向運行、軟啟動動、軟停車、控制線路圖

表1　調(diào)整和配置參數(shù)

3.3.5常見故障及處理方法（見表2）

表2　常見故障及處理方法

4　實際應(yīng)用

4.1節(jié)能效果

采用ATS48軟啟動器以后，電機啟動電流由5倍的額定電流降為3倍，軟啟動器在瞬態(tài)變化期間減少電機的損耗，使電機能耗比原來降低了15％。

4.2延長電機壽命、節(jié)省維修費用

電機啟動有直接啟動變?yōu)闊o沖擊啟動，大大延長了電機的使用壽命，改造后電機的使用壽命由2個月延長到1年半，一臺電機維修費用需5 000元，一年一臺電機可節(jié)約40 000元維修費用。

4.3保護傳動機械設(shè)備

啟動沖擊力減小，降低了傳動機械設(shè)備故障率，維修時間由原來的每周8 h降低到每周4 h，一年可節(jié)省維修時間200 h，間接地創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

5　結(jié)束語

在運輸部一料場車間投入生產(chǎn)以來，電動機的啟動方法有直接啟動，頻敏變阻器啟動，變頻器啟動等。采用了施耐德公司的ATS48軟啟動器，并根據(jù)選型原則和實際生產(chǎn)情況，配不同型號的軟啟動器。在實際生產(chǎn)過程中，運行可靠，完成了生產(chǎn)任務(wù)。

參考文獻

［1］王巖，王祥珩.電工技術(shù)［M］.北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1991.

［2］王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2008.

Application of Asynchronous Motor Soft Starter to BF Material Supplying Control System

NIU Bing-xi （Transportation Department of Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractLarge scale asynchronous motor soft starter technique was applied to the control system of Tiantie BF material supplying control system in order to meet the demand by BF smelting. After ATS48 soft starter was adopted，the energy consumption of the motor was reduced by 15％and its service life prolonged. The mechanical equipment for the drives was protected. With saved maintenance cost，high economic benefit was created. Key words asynchronous motor；soft starter；BF material supplying control system

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.011

收稿日期：2016- 02- 08修回日期：2016- 02- 25

作者簡介：牛丙喜（1971—），男，工程師，主要從事冶金設(shè)備控制技術(shù)管理工作。