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1 引言
中鐵株洲橋梁有限公司用于窄鋼板下料的主要生產設備―25MN立式剪板機是上世紀90年代初生產的老設備，其電控系統為傳統的繼電器邏輯控制，主電機采用繞線轉子異步電動機串頻敏變阻器啟動方式，由于電控系統老化，加之繞線轉子異步電動機有機械換向器和電刷，電氣故障日漸增多，維修成本不斷上升。此臺立式剪板機的電控系統急待改造。
近年來，電氣傳動和控制技術的發展日新月異,PLC在機械設備自動化控制中大量應用，新型的電動機電子控制器（即軟起動器）在大功率三相異步電動機的限流起動中也開始大量應用。由于立式剪板機主拖動電機功率為37kW，需采用起動限流措施，以減小起動電流對電網的沖擊。考慮到繞線轉子異步電動機有機械換向器和電刷，存在故障率高的缺點，因此我們選用YH型高轉差率三相異步電動機來代替原來的YZR型繞線轉子三相異步電動機，同時選用軟起動器來實現主電機的限流起動。電控系統的邏輯控制采用三菱公司的FX2N型PLC完成。
2 軟起動器在立式剪板機中應用的必要性
由于立式剪板機主拖動電機功率為37kW，需采用起動限流措施，以減小起動電流對電網的沖擊。眾所周知，鼠籠異步電動機帶載直接起動時將會產生4～8倍額定電流的起動電流，會對電網造成不利影響。容量較大的電機，一般不允許帶載直接起動，需采用起動限流措施，以減小對電網的沖擊。避免鼠籠異步電動機直接起動時的大電流沖擊，通常的方法是采用降壓起動。傳統的鼠籠異步電動機降壓起動方法有：星―角起動、定子串電阻起動和自耦變壓器起動。附表列出了常用鼠籠異步電動機降壓起動方法的起動轉矩和起動電流值（Mn：額定轉矩；In：額定電流）。
圖1中詳細描繪了三種傳統鼠籠異步電動機降壓起動方法的速度―電流、速度―轉矩特性曲線。由圖1可以看出，上述三種傳統鼠籠異步電動機降壓起動方法有一個共同的缺點，即在電機起動過程切換時仍會出現高的電流轉矩峰值。除了星―角起動方式所需的起動設備較少外，其他方式均需笨重設備，不但體積大，而且起動能耗損失大。所有傳統降壓起動方式的另一個共同的缺點是它們都不能很好的調整電機的起動特性去滿足負載軟起動的要求。也就是說，雖然起動電流和起動轉矩可以被降下來，但是更高的技術指標要求，如起動電流要求限制在某一規定值，或者電機的加速轉矩要按一定的規律變化等，卻不能達到。
圖1 三種傳統鼠籠異步電動機降壓起動方法的荷姓曲線
上述這些問題可以通過采用新型的電動機電子控制器（即軟起動器）來加以解決。軟起動器是采用微處理器控制技術，通過調節三相晶閘管的相位角來實現電動機的無級降壓起動，從而避免電機起動過程中的大電流峰值。現在市場上出售的軟起動器均可達到以下技術指標：起動轉矩可在0.15～1.5Mn，起動電流可在1.5～5In之間靈活調整。由于軟起動器是采用微處理器控制技術的新型電力電子裝置，除了上述的優點外，還具有以下有別于傳統降壓起動方式的特點：
（1） 結構緊湊，占有空間小，容易安裝在電控柜內;
（2） 設有多種可供選擇的起動和停車過程的整定參數,參數設置靈活;
（3） 具有多種電機保護和監視功能；
（4） 安裝和調試簡單；
（5） 保護傳動機械，避免浪涌轉矩的損害。
鑒于上述多種優點，立式剪板機主電機采用軟起動器對主機進行軟起動控制。
3 軟起動器的選型及其外圍線路設計
立式剪板機的起動過程屬于帶標準負載常規起動，因此軟起動器的選型可以直接從其產品選型手冊中查出。主電動機參數為：Pn=37kW，In=72A。查ABB公司的軟起動器產品選型手冊，滿足電壓等級400V、額定電流≥72A這一技術條件的軟起動器型號為：PSS85/147-500L，其技術參數為：In=85A。
圖2 軟起動器外圍電路原理圖
立式剪板機軟起動器外圍控制電路如圖2所示。由于軟啟動器用普通晶閘管做功率元件，它在完全開通后仍存在壓降損耗，并且伴有熱量產生，所以采用在軟起動器完成主機軟起動任務后，用一個旁路接觸器接入主電路，讓軟起動器退出運行。這樣做可帶來以下好處:
（1） 減少了晶閘管元件的通態損耗；
（2） 由于晶閘管元件在下一次起動前已經冷卻下來，這對于軟起動器的工作更為有利。
針對立式剪板機的近似恒力矩負載特性，采用起動電流限制的軟起動方式。軟起動器PSS85/147-500L在用于起動電流限制的軟起動方式時，其端子11、12應接入用于電流檢測的外置電流互感器，電流互感器選用安科瑞公司產品，訂貨號為AKH-0.66-40I-400/5。
軟起動器PSS85/147-500L的端子4、5、6為起動信號輸入端。端子4、5之間用導線短接，端子5、6之間接入起動繼電器KA10的常開觸點。軟起動器工作時，首先進線接觸器KM6閉合，然后起動繼電器KA10發出起動信號，軟起動器以預先設定的起動曲線開始工作。軟起動器的端子7、8為故障信號繼電器的輸出常開觸點。當軟起動器發生故障時，故障信號繼電器的常開觸點閉合，PLC檢測到故障信息后，立即切斷進線接觸器KM6，以避免故障進一步擴大。具體的故障信息可按ABB軟起動器產品說明書中的故障尋跡步驟進行。軟起動器的端子9、10為起動完畢信號指示繼電器。當起動過程完成時，內置觸點就會閉合；而停車信號發出時，內置觸點就會打開。PLC檢測到起動完畢信號后，接觸器KM7吸合，KM6斷開，軟起動器退出運行。
4 軟起動器的開通調試
立式剪板機為近似恒力矩負載特性，因此軟起動器采用起動電流限制的軟起動方式。它的開通調試按以下步驟進行：
（1） 仔細檢查軟起動器的主回路和控制回路，看有無接線錯誤；
（2） 把軟起動器前面板上用于選擇電動機連接方式的開關S1撥在電動機“外接”位置；
（3） 比照ABB軟起動器產品說明書第4節―不同應用的基本設定中的標準參數，將軟起動器前面板上的起動斜坡時間旋鈕設為10s、起動電流限制旋鈕設為3倍；
（4） 主回路送電后，控制系統給出軟起動信號，主電機起動。為了獲得最佳的起動參數，可以重復試驗。最后，立式剪板機軟起動器的起動斜坡時間設定為6s、起動電流限制設定為2.8倍。
在軟起動器的開通調試階段，為了獲得最佳的起動參數，因為重復試驗，從而造成起動次數大大增加，為此，必須注意以下問題：
● 軟起動器電控柜的冷卻風扇要一直運轉，以便于軟起動器中的功率晶閘管順利散熱，降低結溫；
● 在每次起動之間應當留有10～15min的間隔，以便于讓軟起動器中的功率晶閘管冷卻下來，從而避免軟起動器因為過熱而報警。
5 結束語
隨著計算機技術和電力電子技術在電氣控制領域的進一步發展，軟起動器的性能也不斷提高，功能日益強大，它在工業現場大功率電動機軟起動中的應用也日趨廣泛。本文介紹了利用ABB軟起動器，來實現立式剪板機主電機的軟起動。經過一年多時間的運行觀察，整機電控系統達到了設計要求，運行穩定，操作靈活。立式剪板機的電控系統還涉及到PLC等器件的自動控制，限于篇幅，均未討論。 |
