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(wǎng)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(yōu)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(wǎng)電壓波動, 可使機艙中的其它電動機發(fā)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(wǎng)的影響, 一旦出現(xiàn)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(fā)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(fā)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(chǎn)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(fā)信號由單片機給出, 根據(jù)晶閘管的觸發(fā)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(wěn)上升, 有效地克服了電動機啟動時沖擊電流對電網(wǎng)的影響。
在軟啟動器的觸發(fā)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(wěn)啟動。由于啟動電流為設定值, 當電網(wǎng)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(huán)控制, 只調整晶閘管的導通角, 使之與時間成一D的函數(shù)關系增加。由于沒有電流的閉環(huán)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(jù)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(jié)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(tǒng)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(fā)出停機命令之后控制器通過監(jiān)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(tǒng)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(yōu)點
(1) 采用泵控制功能可以根據(jù)泵類負載特性檢測電動機啟動相關參數(shù)并自動調節(jié)輸出轉矩, Z大限度地減小機械沖擊及“水擊”現(xiàn)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(shù), 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(wǎng)的沖擊, 避免發(fā)電機因多臺電動機同時啟動而跳閘的情況, 改善了電網(wǎng)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(tǒng)的安全運行有著重要的意義。
(5) 可實現(xiàn)輕載節(jié)能。電動機輕載時功率因數(shù)較低, 而重載時功率因數(shù)較高。軟啟動器能實現(xiàn)在輕載時通過降低電動機端電壓提高功率因數(shù), 減少電動機的銅耗、鐵耗, 達到節(jié)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(lián)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(fā)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(chǎn)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(lián)合控制式。機艙中的泵多是兩套, 一臺備用, 一臺運行�？蓪④泦悠髋c集控室主微機組合起來實現(xiàn)泵的自動報警、自動定時輪換運行的控制。
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