異步電機(jī)軟啟動(dòng)在高爐供料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

牛丙喜（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部，河北涉縣056404）

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異步電機(jī)軟啟動(dòng)在高爐供料控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

牛丙喜
（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司運(yùn)輸部，河北涉縣056404）

［摘要］為滿足高爐冶煉的要求，將大型異步電機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于天鐵高爐供料控制系統(tǒng)中。采用ATS48軟啟動(dòng)器以后，電機(jī)能耗比原來(lái)降低了15％，延長(zhǎng)了電機(jī)使用壽命，保護(hù)了傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備，節(jié)省了維修費(fèi)用，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

［關(guān)鍵詞］異步電動(dòng)機(jī)；軟啟動(dòng)；高爐供料控制系統(tǒng)

1　引言

天津天鐵運(yùn)輸部一料廠皮帶系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著向5座高爐運(yùn)輸鐵礦石的重要任務(wù)，皮帶機(jī)的正常運(yùn)行直接關(guān)系到高爐的正常生產(chǎn)。為進(jìn)一步滿足高爐冶煉的要求，增加了礦粉過篩改造項(xiàng)目。隨著工作量的增加，原來(lái)的電機(jī)不能滿足工作量的需要，為此，需要把5號(hào)皮帶電機(jī)的額定功率有原來(lái)的75 kW改為110 kW。本文主要介紹了高爐供料控制系統(tǒng)大型異步電機(jī)啟動(dòng)方法，ATS48軟啟動(dòng)技術(shù)的工作原理及在實(shí)際工作的應(yīng)用，并針對(duì)實(shí)際工作中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析和探討，滿足了工作需要，達(dá)到了理想效果。

2　方案的選擇

大型輸送異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，應(yīng)滿足兩方面要求：一是啟動(dòng)過程中電磁轉(zhuǎn)矩足夠大，這樣即使電機(jī)啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)軟特性，不至于產(chǎn)生較大的機(jī)械沖擊，又使電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間盡量縮短；二是啟動(dòng)電流盡量小。

2.1常用啟動(dòng)方法的比較

2.1.1直接啟動(dòng)

料場(chǎng)車間皮帶機(jī)大都采取繼電器—接觸器控制直接啟動(dòng)，引起的沖擊電流達(dá)到4～8倍的額定值，造成電網(wǎng)電壓的下降，對(duì)電動(dòng)機(jī)所帶動(dòng)的設(shè)備產(chǎn)生電氣和機(jī)械沖擊，影響其老化和機(jī)械損害。

2.1.2頻敏變阻器啟動(dòng)

料場(chǎng)車間3#、4#皮帶機(jī)采用繞線式電動(dòng)機(jī)，在其轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動(dòng)。這種方法能限制啟動(dòng)電流增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，達(dá)到無(wú)級(jí)平滑啟動(dòng)。但繞線式電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，灰塵較大，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子接地、滑環(huán)打火等故障。現(xiàn)已把繞線式電動(dòng)機(jī)改成了鼠籠式電動(dòng)機(jī)。

2.1.3變頻器啟動(dòng)

變頻器可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或變轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)，可以滿足不同的負(fù)載及工藝啟動(dòng)要求，啟動(dòng)電流很小，有著其它啟動(dòng)方式不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。但是，它存在高次諧波，維護(hù)與檢修，投資價(jià)格過高等問題。它將其作為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，無(wú)法發(fā)揮它的調(diào)速性能優(yōu)勢(shì)，造成資源的浪費(fèi)。料場(chǎng)車間翻車機(jī)電動(dòng)機(jī)都采用了變頻器啟動(dòng)，并進(jìn)行了調(diào)速控制時(shí)，節(jié)能效果好。

2.1.4軟啟動(dòng)器啟動(dòng)

啟動(dòng)電流可在額定電流的2～5倍間調(diào)節(jié)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可在額定轉(zhuǎn)矩的0.15～1倍間變化，有效地消除轉(zhuǎn)矩浪涌并降低沖擊電流。可以按應(yīng)用要求調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，降低電機(jī)損耗，還可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行熱過載和缺相保護(hù)。

2.2方案的選型

經(jīng)過對(duì)大型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法的比較可知，功率較小的異步電動(dòng)機(jī)可以采用直接啟動(dòng)的方法，對(duì)于需要啟動(dòng)并且調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)可以優(yōu)先采用變頻器啟動(dòng)的方案；而對(duì)于大型鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，考慮到價(jià)格和運(yùn)行的可靠性，優(yōu)先采用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和電機(jī)的額定值，最后采用了性價(jià)比較高的施耐德ATS48系列交流電機(jī)軟啟動(dòng)器。

3　方案的制定

3.1軟啟動(dòng)工作原理

施耐德ATS48系列交流電機(jī)軟啟動(dòng)器主回路由串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)之間的三項(xiàng)反并聯(lián)晶閘管調(diào)壓電路組成。通過改變晶閘管的觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)晶閘管的輸出電壓，使得啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可調(diào)。

3.2 ATS48軟啟動(dòng)器的功能與特點(diǎn)

3.2.1 ATS48軟啟動(dòng)的功能

ATS48軟啟動(dòng)-軟停單元由6個(gè)晶閘管控制器組成，有高性能的算法，提高了設(shè)備的可用性和安全性。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，軟啟動(dòng)器具有對(duì)電動(dòng)機(jī)和軟啟動(dòng)器本身的熱保護(hù)，可對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視及控制。軟啟動(dòng)器設(shè)置了較完備的保護(hù)功能，如過載保護(hù)、缺相保護(hù)、過熱保護(hù)、欠載保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、短路保護(hù)功能，并且有計(jì)算機(jī)接口，帶有通訊地址，實(shí)現(xiàn)通訊控制和故障自診段功能。

3.2.2 ATS48軟啟動(dòng)器的顯著特點(diǎn)

控制器控制晶閘管的觸發(fā)角，輸出電壓平穩(wěn)增加，而頻率不變，轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，調(diào)整了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流，避免了瞬時(shí)電流尖峰。控制電機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)，減小啟動(dòng)電流，調(diào)節(jié)起始電壓，使得電機(jī)獲得最小的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)電流可調(diào)，啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可調(diào)，軟停車快慢可調(diào)，性能可靠，操作方便，軟啟動(dòng)器配有顯示器，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并顯示電流等參數(shù)，故障時(shí)顯示故障名稱，方便維修。

3.3改造方案

3.3.1選型

所用電動(dòng)機(jī)為Y系列380 V 110 kW鼠籠電動(dòng)機(jī)，ICL額定值為210 A，負(fù)載為標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載，重型啟動(dòng)時(shí)大兩個(gè)級(jí)別。根據(jù)以上參數(shù)，選用ATS-48C41Q型軟啟動(dòng)，配VW3-G48101調(diào)節(jié)顯示選件，該啟動(dòng)器在400 V工作電壓時(shí)，允許電機(jī)功率110 kW，額定電流為210 A，功率因數(shù)0.85。

3.3.2原理

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，灰塵特別大，把啟動(dòng)器安裝在電磁站單獨(dú)配電柜內(nèi)。啟動(dòng)器單向運(yùn)行、軟啟動(dòng)動(dòng)、軟停車、控制線路（見圖1）當(dāng)合上Q1、Q2、Q3，按啟動(dòng)按鈕S2，軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，繼電器R1常開觸電閉合，KM1線圈得電，其主觸點(diǎn)閉合，主電源加入軟啟動(dòng)器，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)啟動(dòng)完成后，R2常開觸點(diǎn)閉合，KM2線圈得電，電動(dòng)機(jī)由旁路接觸器KM2觸電供電，同時(shí)將軟啟動(dòng)器內(nèi)部的功率晶閘管短接，電動(dòng)機(jī)通過接觸器由電網(wǎng)直接供電。若發(fā)生過載、過流，R1觸電斷開，進(jìn)線接觸器KM1斷電。正常停車時(shí)，按S1，停止指令使R1和R2常開觸電斷電，KM1和KM2線圈斷電，電動(dòng)機(jī)軟停車。緊急停車時(shí)按緊急停車按鈕，KM1、KM2斷電，電機(jī)自由停轉(zhuǎn)。

軟啟動(dòng)器僅在啟動(dòng)和停車時(shí)工作，避免長(zhǎng)期運(yùn)行使晶閘管發(fā)熱，延長(zhǎng)了使用壽命。

3.3.3電器控制元器件

Q1，NSX630N；KM1，LC1-D410M7C；KM2，LC1 -D410M7C；QS，DZ47-60/2 10A；SB1，SB2，施耐德控制按鈕。

3.3.4參數(shù)設(shè)置

ATS-48軟啟動(dòng)器VW3-G48101選件的前面板上有4個(gè)鍵，1個(gè)LED指示燈和3個(gè)七段顯示鍵。背面的開關(guān)用于選擇對(duì)話等級(jí)的配置，共有3種對(duì)話等級(jí)可供選擇，見表1。

根據(jù)多年的使用經(jīng)驗(yàn)，軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)特性調(diào)整偏軟時(shí)，對(duì)設(shè)備沖擊小，但啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，啟動(dòng)特性調(diào)整越硬，啟動(dòng)時(shí)間減短，但對(duì)設(shè)備沖擊明顯。一般來(lái)講，啟動(dòng)電壓調(diào)整為額定電壓的0.5～0.7，啟動(dòng)電流控制在額定電流3倍為宜。

圖1　軟動(dòng)器單向運(yùn)行、軟啟動(dòng)動(dòng)、軟停車、控制線路圖

表1　調(diào)整和配置參數(shù)

3.3.5常見故障及處理方法（見表2）

表2　常見故障及處理方法

4　實(shí)際應(yīng)用

4.1節(jié)能效果

采用ATS48軟啟動(dòng)器以后，電機(jī)啟動(dòng)電流由5倍的額定電流降為3倍，軟啟動(dòng)器在瞬態(tài)變化期間減少電機(jī)的損耗，使電機(jī)能耗比原來(lái)降低了15％。

4.2延長(zhǎng)電機(jī)壽命、節(jié)省維修費(fèi)用

電機(jī)啟動(dòng)有直接啟動(dòng)變?yōu)闊o(wú)沖擊啟動(dòng)，大大延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命，改造后電機(jī)的使用壽命由2個(gè)月延長(zhǎng)到1年半，一臺(tái)電機(jī)維修費(fèi)用需5 000元，一年一臺(tái)電機(jī)可節(jié)約40 000元維修費(fèi)用。

4.3保護(hù)傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備

啟動(dòng)沖擊力減小，降低了傳動(dòng)機(jī)械設(shè)備故障率，維修時(shí)間由原來(lái)的每周8 h降低到每周4 h，一年可節(jié)省維修時(shí)間200 h，間接地創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

5　結(jié)束語(yǔ)

在運(yùn)輸部一料場(chǎng)車間投入生產(chǎn)以來(lái)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法有直接啟動(dòng)，頻敏變阻器啟動(dòng)，變頻器啟動(dòng)等。采用了施耐德公司的ATS48軟啟動(dòng)器，并根據(jù)選型原則和實(shí)際生產(chǎn)情況，配不同型號(hào)的軟啟動(dòng)器。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，運(yùn)行可靠，完成了生產(chǎn)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

［1］王巖，王祥珩.電工技術(shù)［M］.北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1991.

［2］王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2008.

Application of Asynchronous Motor Soft Starter to BF Material Supplying Control System

NIU Bing-xi （Transportation Department of Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractLarge scale asynchronous motor soft starter technique was applied to the control system of Tiantie BF material supplying control system in order to meet the demand by BF smelting. After ATS48 soft starter was adopted，the energy consumption of the motor was reduced by 15％and its service life prolonged. The mechanical equipment for the drives was protected. With saved maintenance cost，high economic benefit was created. Key words asynchronous motor；soft starter；BF material supplying control system

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.011

收稿日期：2016- 02- 08修回日期：2016- 02- 25

作者簡(jiǎn)介：牛丙喜（1971—），男，工程師，主要從事冶金設(shè)備控制技術(shù)管理工作。