異步電動機的變頻器啟動實例

張玉軍

摘 要：以實例的方式闡述了重負載條件下異步電動機的啟動方案，即采用變頻器啟動，啟動完成后變頻器退出運行，由裝置將電動機轉入工頻運行，這種啟動方法可有效地解決電機啟動過程對電網的沖擊，整個過程由PLC控制，運行可靠。

關鍵詞：變頻器；可編程控制器；連鎖

當變壓器容量相對較小，或者變壓器的負荷率較高情況下，異步電動機在重負載條件下啟動時，應采取措施限制啟動電流的措施，避免長時間較高的啟動電流沖擊低壓電網，以保持供電的穩定。電動機啟動電流一般是電動機額定電流的3～7倍，當電動機的功率對變壓器容量而言相對較大時，電動機的啟動對電網有較大的影響。根據《城市配電網規劃設計規范》GB506132010，380V受端電壓的允許偏差為±7%。在變壓器和電動機條件確定的情況下，應該如何選擇電動機的啟動方式呢？對于轉動慣量比較大的負載，三相異步電動機采用星三角啟動或采用降壓啟動，啟動電流仍不能滿足的情況下，可以考慮采用變頻啟動的方法。

變頻器啟動，就是讓電動機在啟動時由變頻器拖動，變頻器升速的過程中，電動機的電壓逐漸升高，消耗的功率也是逐漸加大，此時啟動電流很小，大小在電動機的額定電流之內；當啟動結束之后，變頻器退出運行，切換成工頻運行。這樣既能讓啟動電流不對電網產生沖擊，另一方面啟動結束之后變頻器退出運行，以降低變頻器產生的損耗，同時縮短變頻器工作時間，延長使用壽命。

下邊通過一個實例來闡述變頻啟動實現的方法。

1 變頻器啟動裝置的配置情況及工作原理

一臺220kW的三相異步電動機，拖動一離心式風機，風機葉輪很重，屬于重負載啟動。而電網要求啟動電流小，啟動時不能產生大的沖擊。采用變頻器的啟動的方式，需要配置的設備或元器件有，三只交流接觸器，一臺變頻器（以EV2000變頻器為例說明），動力設備的一次線路如圖1所示。

圖1

電機啟動時，在工頻接觸器DM斷開的情況下變頻器輸入接觸器CM1吸合，變頻器輸出接觸器CM2吸合，變頻器的中間回路充電完成后給變頻器啟動信號，變頻器拖動電機啟動。啟動完成后，CM2釋放，然后CM1釋放，再延時1秒，DM吸合，轉入工頻運行。整個轉換動作的控制使用可編程控制器S7200（CPU224）完成，線路圖如圖2所示。

表中設定頻率掉電存儲，是指變頻器掉電或欠壓時，F0.02（運行頻率設定）以當前實際頻率設定值自動刷新；停機設定頻率保持，是指變頻器在停機時，頻率設定值為最終修改值。

2 配制裝置和調試過程中的注意事項

動作的準確可靠決定了啟動過程的安全可靠，為此，不管是在PLC內部編程中，還是外部線路上，都要增加連鎖保護。

1）通過外部線路采取的安全措施有：

①通過外部連鎖實現了只有變頻器輸出接觸器CM2吸合之后，變頻器輸出接觸器CM1才能吸合，以防止出現電動機實際沒有運行的情況下，控制系統誤認為電機在啟動；

②只有在工頻接觸器DM釋放的狀態下，變頻器才能通電；

③轉入工頻運行前，變頻器輸入接觸器CM1和變頻器輸出接觸器CM2都必須釋放，如圖3所示。

2）通過PLC編程實現的保護措施有：

①工頻接觸器處在釋放狀態，且變頻器輸入接觸器CM1跟變頻器輸出接觸器CM2均吸合的狀態下，PLC才允許發出變頻啟動指令，這部分的PLC梯形圖如圖4所示。

②在非工頻運行狀態下，若變頻運行指令下達之后，變頻器沒有運行，3秒鐘之后可編程控制器的內部繼電器M13.5置1，系統報故障。

3）變頻器參數設置時，變頻器停車方式選擇為自由停車，這樣變頻器停止運行后，在斷開CM2的瞬間接觸器觸頭上無電流。變頻器的加速時間要小于PLC程序中T55所設定的時間，以保證變頻啟動結束之后再轉換。

4）在PLC的編程中，要注意兩個延時：一是變頻器上電后，要延時幾秒鐘，等變頻器中間回路充電結束之后，才能給變頻器的啟動信號；二是斷開變頻器輸入接觸器CM1和輸出接觸器CM2之后，工頻接觸器DM吸合之前要有一秒鐘的延時，保證CM2接觸器觸頭有個降溫的過程，做到轉換的安全。這兩個延時在PLC程序中實現。

5）在調試時，可先接上一臺小功率電機試運轉，核對電動機在工頻運行時的轉向跟在變頻啟動時的轉向是否一致，確認無誤后，再接入大功率電機投入運行。

3 本例中變頻器啟動的結論

電動機在變頻器啟動過程中，電動機的運行電流在電機額定電流范圍內。變頻啟動結束之后，電動機進入自由運轉狀態，由負載拖動電動機運轉，此時電動機處在發電狀態，相位跟電網相位不一致。在電動機由自由運轉狀態轉入工頻運行狀態的那一刻，電流有一瞬間的波動，馬上拉入同步，對電網幾乎沒有影響。轉換之后，電動機就處在工頻運行狀態，整個啟動過程結束。

4 結語

這種啟動方式盡管投資相對較大，但是能夠有效解決實際問題，已經在我們公司多臺設備上使用。事實證明，這種裝置使用穩定、可靠。