SMC型軟啟動器在機艙輔機控制上的應用
文中以SMC 型軟啟動器為例論述了軟啟動器的工作原理、啟動方式、泵控制功能及常用的接線方式, 并論述了實行軟啟動對改善船舶電網運行質量、保證泵類正常運行的意義。
船舶機艙泵及通風機的驅動一般采用感應式異步電動機。感應式三相異步電動機具有價格低廉、工作可靠等一系列優點, 在船上得到了廣泛應用,但它的啟動性能不夠理想, 在啟動過程中沖擊電流很大, 對傳動設備造成很大的機械沖擊; 另外, 船舶電站的容量有限, 空壓機、艙底泵的容量可達主電站總容量的10 %左右, 啟動時造成電網電壓波動, 可使機艙中的其它電動機發生堵轉。星、三角啟動等方法雖然控制電路簡單, 但依然無法克服二次沖擊電流對電網的影響, 一旦出現電壓下降, 依然會造成電機堵轉或啟動困難。如果幾臺大容量電動機同時啟動, 還會造成發電機主開關跳閘, 導致全船停電的不良后果。
近年來, 隨著電力電子技術、計算機控制技術的發展, 將強電與弱電相結合已成為機電控制的新趨勢。軟啟動器就是這一新技術的產物。本文論述了軟啟動器的工作原理和美國A - B 公司的SMC 型軟啟動器的功能與應用。
1 軟啟動的工作原理
圖1為軟啟動器的主電路,在該電路中, 三相電源線與3 組可逆導的晶閘管相接。晶閘管的觸發信號由單片機給出, 根據晶閘管的觸發脈沖控制原理, 在啟動時控制角α從180°向0°移相, 電動機的端電壓從0 V 開始上升至額定電壓。電動機的電流隨電壓平穩上升, 有效地克服了電動機啟動時沖擊電流對電網的影響。
在軟啟動器的觸發電路中引入電流反饋, 使電動機在啟動過程中保持恒流, 電動機平穩啟動。由于啟動電流為設定值, 當電網電壓上下浮動時, 通過控制電路自動調整晶閘管的導通角, 以保持啟動電流的恒定。控制電路具有啟動電流變化率可調的功能, 從而有效地降低了啟動轉矩的沖擊。啟動器還具有軟停機功能,當需要停機時逐漸減小晶閘管的導通角, 停機時間可以在0～120 s 之間調整。
2 軟啟動方式
(1) 斜坡升壓軟啟動。
這種啟動方式不具備電流閉環控制, 只調整晶閘管的導通角, 使之與時間成一D的函數關系增加。由于沒有電流的閉環控制, 有時有較大的沖擊電流,容易使晶閘管受到損壞, 一般很少采用。
(2) 斜坡恒流軟啟動。
這種啟動方法是在電動機啟動的初始階段啟動電流逐漸增加, 當電流達到整定值時保持恒流, 直至啟動完畢。啟動過程曲線參見圖2 。電流上升變化率可以根據電動機啟動時所帶負載的大小調整設定。電流上升率大, 則啟動轉矩大, 啟動時間短。這種啟動方法是應用Z多的一種, 尤其適用于船舶機艙中通風機和泵類的軟啟動。
(3) 階躍啟動。
開機即以Z短的時間使啟動電流迅速達到整定值, 啟動電流的整定值可調, 這種啟動方法可以達到快速啟動的效果。
(4) 脈沖沖擊啟動。
在啟動的開始階段, 晶閘管在極短時間內以較大的電流導通一段時間后再減小, 然后再逐漸上升至設定值, 進入恒流啟動階段(見圖3) 。這種啟動方法適用于重載啟動并需克服較大靜摩擦力的場合。
3 獨特的SMC 專門泵控制功能
SMC型軟啟動器不但具有對電動機的軟啟動、軟停車功能, 而且還具有專門的泵控制功能。
(1) 泵啟動。
SMC 的泵控制功能不需要轉速表、壓力傳感器或其它外部反饋器件, 而是利用基于微處理器的電動機反饋來完成的, 它將典型的泵特性曲線存入存儲器做為基準。當電動機加速時, 從電動機線電壓、線電流中取回反饋信號用以調節電動機的端電壓,并不斷修改電動機的機械特性使電動機的加速轉矩接近恒定。由于沒有突然的轉矩變化, 電動機可以平滑加速, 啟動過程對泵系統的沖擊降到Z小。其機械特性的對比見圖4 。
(2) 泵停機。
專門用于控制泵停機過程。在發出停機命令之后控制器通過監視電壓、電流的反饋信號降低電動機的速度, 以避免轉矩的突然變化, 因而使泵系統的喘振和沖擊降低到Z小限度(見圖5) 。
泵啟動、泵停機控制功能對降低機艙噪音法,提高設備的使用壽命具有很大的意義。SMC 軟啟動器具有完備的保護功能, 可完成過載、堵轉、欠壓、過壓、超溫、相序、限制電動機啟動頻率等保護。
4 采用SMC 軟啟動器的優點
(1) 采用泵控制功能可以根據泵類負載特性檢測電動機啟動相關參數并自動調節輸出轉矩, Z大限度地減小機械沖擊及“水擊”現象。
(2) 內置的過載保護功能可以使控制盤內布線更加簡單, 減小控制盤體積。
(3) 不需要任何傳感器或儀表就可讀取電動機運行參數, 如電壓、電流、功率、運行時間等。
(4) 克服了電動機啟動時對電網的沖擊, 避免發電機因多臺電動機同時啟動而跳閘的情況, 改善了電網的運行質量, 保證了機艙中其它電動機的正常運行。所以軟啟動器應用于機艙輔機的控制對保證船舶電力系統的安全運行有著重要的意義。
(5) 可實現輕載節能。電動機輕載時功率因數較低, 而重載時功率因數較高。軟啟動器能實現在輕載時通過降低電動機端電壓提高功率因數, 減少電動機的銅耗、鐵耗, 達到節能的目的; 重載時提高電機端電壓, 以保證電機正常運行。
5 軟啟動器的接線方式
(1) 單臺單機式(參見圖6) 。
(2) 軟啟動器+ 旁路接觸器式(參見圖7) 。
在軟啟動器的晶閘管兩端并聯接觸器觸頭, 當電動機軟啟動結束后電流將通過開關K 送至電動機。一旦發出停車信號, 先將K 斷開, 然后啟動器對電動機進行軟停車。這種運行方式可以避免電動機運行時軟啟動器產生的諧波, 比較適合在船上使用。
(3) 單臺多機式(參見圖8) 。
為了提高軟啟動器的利用率, 可用一臺軟啟動器對多臺電動機進行軟啟動、軟停車控制。但被控制的電動機不能同時啟動。
(4) 軟啟動器與微機聯合控制式。機艙中的泵多是兩套, 一臺備用, 一臺運行。可將軟啟動器與集控室主微機組合起來實現泵的自動報警、自動定時輪換運行的控制。
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