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軟啟動(dòng)在間接冷卻水系統(tǒng)的應(yīng)用

李慶華，關(guān) 巍
（河南安彩高科股份有限公司，河南安陽(yáng)455000）

摘要：對(duì)施耐德軟啟動(dòng)器做了介紹，并以施耐德Altistart48型軟啟動(dòng)器為例，淺談軟啟動(dòng)器在間接冷卻水泵系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)；軟起動(dòng)，Alstart48軟啟動(dòng)器

D01：10.19329/j.cnki.1673-2928.2016.04.009

前言

某工廠(chǎng)的間接冷卻水系統(tǒng)采用以下方式：間接水自保安水塔到地下管網(wǎng)進(jìn)入廠(chǎng)房，形成廠(chǎng)房?jī)?nèi)網(wǎng)狀管網(wǎng)對(duì)池爐、成型、加工車(chē)間設(shè)備冷卻后，回到地下水池內(nèi)，由水泵將高溫水，泵回水處理車(chē)間冷卻塔進(jìn)行冷卻，再由水泵將水打入保安水塔。

針對(duì)該系統(tǒng)使用水泵多、功率大且啟動(dòng)頻繁，經(jīng)常導(dǎo)致是由以下幾種情況：

1）由于大部分電機(jī)采用直接起動(dòng)方式，除了造成對(duì)電網(wǎng)及拖動(dòng)系統(tǒng)的沖擊和事故之外，8～10倍的起動(dòng)電流造成巨大的能量損耗。

2）在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)容量選配時(shí)，往往片面追求大的安全余量，且層層加碼，結(jié)果使電動(dòng)機(jī)容量過(guò)大，造成“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)偏離最佳工況點(diǎn)，運(yùn)行效率和功率因數(shù)降低。

3）從電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械自身的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性考慮，往往要求電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有變壓、變速調(diào)節(jié)能力，若用定速定壓拖動(dòng)，勢(shì)必造成大量的額外電能損失。

4）采用的啟動(dòng)是星三角啟動(dòng)，耗費(fèi)功率大而且由于啟動(dòng)頻繁對(duì)接觸器的損壞也增加。

由于工廠(chǎng)生產(chǎn)的不斷更新和發(fā)展，對(duì)水泵電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能提出了越來(lái)越高的要求，歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方面：

1）求電動(dòng)機(jī)有足夠大的，并且能平穩(wěn)提升的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和符合要求的機(jī)械特性曲線(xiàn)；

2）盡可能小的起動(dòng)電流；

3）起動(dòng)設(shè)備盡可能簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠；起動(dòng)操作方便；

4）起動(dòng)過(guò)程中的功率消耗應(yīng)盡可能地少。

1何謂軟起動(dòng)

所謂“軟起動(dòng)”，實(shí)際上就是按照預(yù)先設(shè)定的控制模式進(jìn)行的降壓起動(dòng)過(guò)程。目前的軟起動(dòng)器一般有以下幾種起動(dòng)方式：

1）限流軟起動(dòng)：限流起動(dòng)顧名思義就是在電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程中限制其起動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值（Im）的軟起動(dòng)方式。主要用在輕載起動(dòng)的負(fù)載的降壓起動(dòng)，其輸出電壓從零開(kāi)始迅速增長(zhǎng)，直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后在保持輸出電流I，這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小，且可按需要調(diào)整，（起動(dòng)電流的限值Im必須根據(jù)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)設(shè)定，Im設(shè)置過(guò)小，將會(huì)使起動(dòng)失敗或燒毀電機(jī)。）對(duì)電網(wǎng)電壓影響小。其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

2）轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)：主要用在重載起動(dòng)，它是按電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩線(xiàn)性上升的規(guī)律控制輸出電壓，它的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑、柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有利，同時(shí)減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載起動(dòng)方式。它的缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。

3）轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)一樣也是用在重載起動(dòng)的場(chǎng)合。所不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩，克服拖動(dòng)系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，可縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其他負(fù)荷，使用時(shí)應(yīng)特別注意。

4）電壓控制起動(dòng)是用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，在保證起動(dòng)壓降的前提下使電動(dòng)機(jī)獲得最大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能地縮短起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟起動(dòng)方式。

2由星三角型改為軟啟動(dòng)器實(shí)例

現(xiàn)在以施耐德Altistart48型軟啟動(dòng)器為例，介紹一下該軟啟動(dòng)器在間接冷卻水系統(tǒng)的應(yīng)用。

在原有的星三角型接線(xiàn)回路下，先拆除原有的接觸器，安裝軟啟動(dòng)器。Altistart48型軟啟動(dòng)器的控制端子的出廠(chǎng)配置如圖1：

圖1　Altistart48型軟啟動(dòng)器的控制端子的配置圖

其軟啟動(dòng)器與電機(jī)連接到電機(jī)三角形繞組圖如圖2所示：

圖2　軟啟動(dòng)器與電機(jī)連接的連接

ATS48的應(yīng)用接線(xiàn)有多種，最普遍的兩種接線(xiàn)圖如圖3、圖4所示。

這種連線(xiàn)圖是帶有進(jìn)線(xiàn)接觸器、自由停車(chē)的普通型。它適用于小功率（30kW以下電機(jī)）控制。

圖4種是帶有進(jìn)線(xiàn)接觸器、旁路、自由停車(chē)或可控停車(chē)的接線(xiàn)圖。

3軟啟動(dòng)器的故障以及處理方法

3.1起動(dòng)器不啟動(dòng)，無(wú)故障顯示

無(wú)顯示：檢查控制電源CL1/CL2上是否有電源。

檢查顯示的代碼是否與起動(dòng)器正常狀態(tài)對(duì)應(yīng)。檢查是否有RUN/STOP命令。

3.2不能被復(fù)位的故障

當(dāng)此類(lèi)故障出現(xiàn)時(shí)，起動(dòng)器鎖定，電機(jī)轉(zhuǎn)為自由停車(chē)模式。

故障跡象：起動(dòng)結(jié)束繼電器R2斷開(kāi)；繼電器R1斷開(kāi)（在起動(dòng)器鎖定之后）。顯示屏上故障代碼閃爍。故障碼表的故障原因及處理方法如表1所示。

圖3　常用接線(xiàn)方案一

圖4　常用接線(xiàn)方案二

3.3故障原因一消失即可被復(fù)位的故障

當(dāng)此類(lèi)故障出現(xiàn)時(shí)，起動(dòng)器鎖定，電機(jī)轉(zhuǎn)為自由停車(chē)模式。

故障現(xiàn)象：起動(dòng)結(jié)束繼電器R2斷開(kāi)；僅當(dāng)作為隔離繼電器時(shí)繼電器R1斷開(kāi)；只要故障存在，顯示屏上就一直有故障代碼閃爍。故障碼表的故障原因及處理方法如表2所示。

3.4可以被復(fù)位并能使起動(dòng)器自動(dòng)重新起動(dòng)的故障

當(dāng)此類(lèi)故障出現(xiàn)時(shí)，起動(dòng)器鎖定，電機(jī)轉(zhuǎn)為自由停車(chē)模式。

伴隨自動(dòng)重起動(dòng)的故障跡象：起動(dòng)結(jié)束繼電器R2斷開(kāi)；僅當(dāng)作為隔離繼電器時(shí)繼電器R1斷開(kāi)。如果配置為故障繼電器則R1保持閉合；只要故障存在，顯示屏上就一直有故障代碼閃爍。故障碼表的故障原因及處理方法如表3所示。

5.可以被手動(dòng)復(fù)位的故障

當(dāng)此類(lèi)故障出現(xiàn)時(shí)，起動(dòng)器鎖定，電機(jī)轉(zhuǎn)為自由停車(chē)模式。

故障現(xiàn)象：起動(dòng)結(jié)束繼電器R2斷開(kāi)；繼電器R1斷開(kāi)；只要故障存在，顯示屏上就一直有故障代碼閃爍。故障碼表的故障原因及處理方法如表4所示。

表1　不能復(fù)位故障原因及處理措施

表2　可被復(fù)位故障原因及處理措施

表3　可被啟動(dòng)的故障原因及處理措施

4軟啟動(dòng)器和變頻器的區(qū)別

變頻器是用于需要調(diào)速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時(shí)改變頻率；軟起動(dòng)器實(shí)際上是個(gè)調(diào)壓器，用于電機(jī)起動(dòng)時(shí)，輸出只改變電壓并沒(méi)有改變頻率。變頻器具備所有軟起動(dòng)器功能，但它的價(jià)格比軟起動(dòng)器貴得多，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜得多。變頻器同時(shí)改變輸出頻率與電壓，也就是改變了電機(jī)運(yùn)行曲線(xiàn)上的n0，使電機(jī)運(yùn)行曲線(xiàn)平行下移。因此變頻器可以使電機(jī)以較小的啟動(dòng)電流，同時(shí)使電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到其最大轉(zhuǎn)矩，即變頻器可以啟動(dòng)重載負(fù)荷。軟啟動(dòng)只改變輸出電壓，不改變頻率，也就是不改變電機(jī)運(yùn)行曲線(xiàn)上的n0，而是加大該曲線(xiàn)的陡度，使電機(jī)特性變軟。當(dāng)n0不變時(shí)，電機(jī)的各個(gè)轉(zhuǎn)矩（額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩）均正比于其端電壓的平方，因此用軟啟動(dòng)大大降低電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以軟啟動(dòng)并不適用于重載啟動(dòng)的電機(jī)。

表4　可以被手動(dòng)復(fù)位的故障原因及處理措施

參考文獻(xiàn)：

［1］天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)：第3版［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［2］施耐德電氣公司，Altistart48軟起動(dòng)-軟停止用戶(hù)手冊(cè)［Z］.2004.

［3］李洪雨，耿玉彪，闕麗群.變頻器、軟啟動(dòng)器電路設(shè)計(jì)寶典：第2版［Z］.中國(guó)電力出版社，2014.

（責(zé)任編輯：郝安林）

中圖分類(lèi)號(hào)：TM301

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-2928（2016）04-0022-05

收稿日期：2016-03-25

作者簡(jiǎn)介：李慶華（1976-），男，河南永城人，河南安彩高科科技股份有限公司電氣工程師，主要從事電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)。