侯兆海

摘 要：传统的笼型异步电动机的起动分为直接启动和降压启动。一般来说，大容量电机很少采用直接启动，因为这势必要增加供电变压器的容量和线路设备的投资。对于中大容量异步电动机来说，采用降压启动是一种切实可行的方法，如串电阻（或电抗器）启动、星–三角（Y-×）降压启动、自耦变压器降压启动等，但是传统的降压启动方式却有一些难以克服的缺点。该文介绍了异步电机使用软启动器的原因、QB42系列软启动器的基本工作原理和性能特点以及使用要点，并通过实例分析了QB42系列软启动器在南钢2×220 m2烧结改造项目胶带机的应用控制情况。

关键词：软启动器 启动电流 控制 分析

中图分类号：TM57 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（c）-0025-03

随着传动控制对自动化要求的不断提高，采用普通可控硅或可控硅模块为主要器件、单片机为控制核心的智能型电动机启动控制设备──软启动器，在各行业中已得到越来越广泛的应用。由于软启动器性能优良、体积小、重量轻，具有多种控制模式及齐全的保护功能，而且可根据不同负载灵活调整启动参数，负载适应性强，因此电子式软启动器将逐步取代传统的星–三角（Y-×）启动、自耦变压器启动、磁控降压启动等启动方式。2×220 m2烧结系南钢老区改造项目，在配料混合系统和整粒筛分系统的多条90 kW及以上胶带机中使用了长沙奥托自动化技术有限公司生产的QB42系列软启动器，这种软启动器是传统降压启动方式的更新换代产品，使用两年来，工作情况良好，没有出现明显故障，保障了生产稳定顺行。

1 软启动器的使用原因与基本原理

1.1 异步电动机为何需要软启动器

大家知道，对于一般笼型异步电动机，它的直接启动电流是额定电流的4～7倍。如果是小容量电机在轻载的情况下直接启动，其启动电流对电网的影响不大，但是对于那些经常重载和中大容量的电动机则不允许直接启动。因为过大的启动电流冲击，会造成电网电压的瞬间降落，这不仅影响接在同一电网上的其他电机和设备的正常运行，也会使该电动机本身启动不起来或启动时间过长。当然直接启动的优点是设备简单，操作方便，缺点是起动电流大而启动转矩却不算很大，对于电机及传动机构寿命有一定影响。一般规定，只要直接起动时的启动电流在电网中引起的电压降落不超过10%～15%（对于经常起动的电动机取10%，对于不经常起动的电动机取15%），就允许采用直接起动。对于中大容量电机来说，可以通过经验公式来核定是否能直接启动，即I1st/I1N≤3/4+SH/4PN。式中I1st为直接启动时定子线电流；I1N為电动机的额定电流；SH为供电电源的总容量（kVA）；PN为电动机额定功率（kW）。应该指出，该经验公式的条件相对比较严格。如果能够满足该经验公式，则该机可以直接启动。在相对宽松的条件下，如果不满足该经验公式，但是电机功率未超过变压器容量的15%～20%，一般也可以直接启动。当异步电动机不能直接启动时，传统上是采用降压启动，但是这些启动方法都存在一定的缺陷，因为起动时存在主回路电压切换，将会对电机及机械设备产生冲击，从而降低设备使用寿命；主回路启动电阻等耗能元件也将增加能耗，设备体积增大等；在电压降低的同时，启动转矩也随之降低；另外选好元件后启动转矩也不易调节。而软启动器却能很好地克服以上缺点：（1）没有冲击电流。电机启动时，通过逐渐增大晶闸管导通角，从而使电机启动电流从零上升到限定值。（2）多种控制方式。可以根据负载情况进行调节，从而获得最优起动性能。（3）具有缺相欠压、短路、过热等多种保护，功能较为完善。（4）实现了无级平滑启动，而且故障率低，基本免维护。所以软启动器作为新兴的电机启动设备正逐步替代传统的降压启动设备，获得了广泛的应用。

1.2 QB42软启动器的基本原理

QB42软启动器是日益进步的电力电子技术与自动控制技术紧密结合的产品，它以微处理器为核心，辅以相应检测电路，将三组反并联晶闸管分别串接于三相供电电源与被控电机之间。起动时，由内部控制电路控制晶闸管的导通角，使电动机的端电压按一定控制方式变化，直至全电压，消除了直接启动引起的大电流。软启动器实际上可以看做是交流调压器，改变晶闸管的触发角就可改变其输出电压，从而能够使电机实现无冲击软启动。

2 QB42软启动器性能特质

2.1 QB42软启动器的作用

（1）能够有效降低电动机的启动电流，从而可以减少配电容量，消除了电网增容引起的投资费用。

（2）减小了电动机和负载设备起动时产生的应力，能够延长电动机和相关设备的使用寿命。

（3）具有自适应的起动模式，能够自动调节起动曲线从而可以适应复杂的电机和负载情况，以达到优良的起动效果。（4）保护功能可靠完善，从而保证了电动机及相关设备的使用安全。

2.2 QB42软起动器的主要特点

（1）具有双CPU结构，冗余的可靠性设计，这是单CPU结构软启动器所无法比拟的。

（2）起动过程中采用自适应智能化控制方法，避免了繁琐的曲线选择，从而可以自动控制电机达到最佳的起动性能。

（3）对三相输入电源没有相序要求。

（4）具有通讯功能。

（5）硅箱部件采用强制风冷结构，从而提高了散热性能。

（6）利用电力电子技术与自动化技术，从而使该产品具有智能化、网络化的特点。

3 QB42软起动器的使用要点

（1）1/R、3/S、5/T是主回路的输入端子，用来连接三相电源。2/U、4/V、6/W是主回路的输出端子，用来连接三相电机，千万不能反过来接线，否则会引起软启动器非预期的动作，容易损坏软起动器和电机。QB42软起动器对于电源和电机的相序不作要求，可以任意连接，相序决定了电机的转向，但是旁路接触器的输入和输出相序必须保持一致，否则旁路切换时会发生相间短路，使断路器跳闸甚至损坏设备造成事故。

（2）端子11、12用来外接控制电源（AC220 V），13、14则用于控制软启动器工作，当13、14端子接通时软起动器起动，在软起动器起动电机的过程中，该信号必须保持，当软起动器旁路输出辅助触点（15、16、17）动作后，13、14即可断开（软起动将会退出起动状态而重新进入待机状态），也可以继续保持（软启动器将在5S后自动关断晶闸管，然后重新进入待机状态），停止运行是由切断旁路接触器的线圈电源来完成的。15、16、17端子为运行辅助触点，在起动过程结束后动作，用来控制接通旁路接触器。端子15、16为常闭触点，15、17为常开触点。运行辅助触点（15、16、17）动作后持续时间较短，因此在控制回路内需要自锁回路。18、19、20为故障输出辅助触点，在有故障保护时动作。端子18、20为常开触点，触点容量为250 VAC/2A。当软启动器在起动时检测到故障时，故障辅助触点会动作，在进行复位时，按面板上的停止键或断电后重新上电均可。端子13、14、61～63使用内部工作电压，不能在这些端子上连接其他的外部电源，不然将会损坏软启动器的内部电路。

（3）QB42软起动器应当配套使用旁路接触器，在起动完成后，输出旁路信号，进入运行状态。它就不再承担负载电流，不会产生因功耗引起的温升，电机运行负载电流则通过旁路接触器到电机。

4 2×220 m2烧结胶带机控制

4.1 成-1A胶带机软起控制分析

成-1A（传动号710）与成-1B（传动号720）是2×220 m2烧结筛分系统A、B两个系列的第一输送皮带，电机型号为Y315S-4，功率为110 kW，额定电流为200.8 A，额定转速为1485 r/min。已知筛分变电所变压器额定容量为1 250 kVA，则根据经验公式可求得3/4﹢SH/4PN=3/4﹢1 250/（4×110）=3.59，查得I1st/I1N为6.8，所以不能直接启动。根据皮带机的工作特点选用了QB42-132型软启动器进行启动控制，现以成-1A（传动号710）为例进行分析，电路控制原理图如图1所示。

胶带机主回路主要由断路器QL、软启动器QB42-132、旁路运行接触器KM组成；热保护部分由电流互感器TA1、TA3、热继电器KH组成；电流测量部分由电流互感器TA2、电流变送器TC组成，电流变送器TC把接收的电流信号转换为4～20 mA信号传送到PLC模块柜，以进行电流采集，从而在主控制电脑画面上显示出来。在控制电路中，SLS1、SLS为转换开关，SSE为安全开关，SS为停止按钮，FDL为防堵料装置，SE1～SE8为拉绳开关，PK11～PK61为跑偏开关的轻跑偏（一级跑偏），PK12～PK62为跑偏开关的重跑偏（二级跑偏），DH为打滑开关，PC-L为PLC输入模块的+24 V电源。由转换开关SLS1选择软启动还是直接起动，一般选在软起动位置上，直接起动只在必要时进行。SLS用来选择手动或自动，打在自动位置时，自动位继电器KAS吸合，允许PLC控制，启动控制信号来时，首先由PLC输出信号到KSR进行响铃预警，然后再输出运行信号使KQ吸合，进而KA3吸合使QB42的13、14接通进行软起控制，软起动完成时，旁路输出辅助触点15、17接通从而KA2吸合，KM接着吸合进行旁路控制，KA3失电退出软起状态。当软启动器有故障时，故障辅助触点18、20接通从而KA1吸合禁止软起动并将故障信号送到PLC。当SLS打在手动位置时，按动启动信号按钮SSB，则KSP吸合，常开触点接通电铃进行预警，然后按动启动按钮SF，则接通KA3进行软启动，其余过程和打在自动位置时类似，不再赘述。

4.2 软启动器参数设置

（1） 控制模式：端子；

（2） 工作模式：斜坡；

（3） 起动时间：20秒；

（4） 突跳时间：0秒；

（5） 起动电压：40%；

（6） 欠压值：70%；

（7） 起动过流系数：3；

（8） 额定电流：200 A。

5 結语

QB42系列软启动器安装在2×220 m2烧结低压配电室，配电室内定期进行卫生清扫，环境整洁，并且安装了空调，使QB42软启动器减少了灰尘的侵袭，内部元件能充分散热，保证了软启动器的安全无故障运行。使用实践表明，QB42系列软启动器实现了胶带机的平稳起停，减少了电流对电网的冲击，提高了系统的可靠性和稳定性，大大减少了故障率，确实是性能优良值得信奈的理想产品。

参考文献

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