1、引言
長(zhǎng)期以來(lái)，各種各樣的軟啟動(dòng)技術(shù)不斷出現(xiàn)，就三相交流異步電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)來(lái)說(shuō)，從傳統(tǒng)的串電阻、電抗器、自藕變壓器啟動(dòng)等發(fā)展到智能軟啟動(dòng)、熱變電阻、液體變阻以及變頻變壓等各種現(xiàn)代的軟啟動(dòng)，可以說(shuō)是百花開(kāi)放，并且已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。將智能軟啟動(dòng)器應(yīng)用于我廠破碎機(jī)中，取代原電機(jī)主回路加自藕變壓器降壓?jiǎn)?dòng)，可實(shí)現(xiàn)破碎機(jī)平滑啟動(dòng)，減小沖擊電流，避免沖擊電網(wǎng)。同時(shí)，智能軟啟動(dòng)器具有的缺相、逆相、過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、啟動(dòng)過(guò)流、電機(jī)溫度保護(hù)等更適合于破碎機(jī)使用。
2、自藕變壓器啟動(dòng)的缺點(diǎn)
由于其電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流仍然較大，達(dá)到額定電流的4-6倍，所以多數(shù)情況下，不能完全滿足要求，傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)雖然可以人為地滿足啟動(dòng)電流的要求，然而它們又存在著以下缺點(diǎn)：屬于有級(jí)啟動(dòng)、啟動(dòng)特性不理想、切除時(shí)造成二次沖擊電流無(wú)法解決、裝置復(fù)雜、不能頻繁啟動(dòng)等。所以，應(yīng)用現(xiàn)代的智能軟啟動(dòng)技術(shù)就勢(shì)在必行，智能軟啟動(dòng)器作為現(xiàn)代啟動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用之一，同液態(tài)變阻軟啟動(dòng)、熱變電阻軟啟動(dòng)以及變頻變壓軟啟動(dòng)相比較，在目前情況下，更適合破碎機(jī)使用。
3、智能軟啟動(dòng)器
3.1智能軟啟動(dòng)器的概念
智能軟啟動(dòng)器是以技術(shù)成熱的傳統(tǒng)的電力電子器件一晶閘管為開(kāi)關(guān)元件，結(jié)合現(xiàn)代微電腦技術(shù)發(fā)展而成的現(xiàn)代電機(jī)啟動(dòng)技術(shù)，是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車和多種保護(hù)功能于一體的新型電機(jī)控制裝置，它最早出現(xiàn)在美國(guó)，在國(guó)外稱為SoftStarter，隨著其智能化程度不斷提高，在國(guó)內(nèi)常稱為智能軟啟動(dòng)器。
3.2 PST250智能軟啟動(dòng)器的主要功能特點(diǎn)
(1)控制電動(dòng)機(jī)平滑啟動(dòng)，減小沖擊電流，避免沖擊電網(wǎng)：(2)啟動(dòng)電流可根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整，減小啟動(dòng)損耗，以最小電流產(chǎn)生最佳的轉(zhuǎn)矩：(3)啟動(dòng)電壓可調(diào)，保證電機(jī)啟動(dòng)的最小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，避免電動(dòng)機(jī)過(guò)熱和能源浪費(fèi)：(4)啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，在設(shè)定的范圍內(nèi)，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升，避免轉(zhuǎn)速?zèng)_擊；可頻繁啟動(dòng)。(5)自由停車和軟停車可選，軟停車時(shí)間可調(diào)。(6)具有缺相、逆相、過(guò)熱、啟動(dòng)過(guò)程過(guò)流、過(guò)載的檢測(cè)及保護(hù)，過(guò)流過(guò)載值可調(diào)：(7)智能化設(shè)計(jì)，中文界面，可以與上位控制計(jì)算機(jī)接口（一般為RS232或RS485串行通迅接口）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中自動(dòng)化控制。
3.3智能軟啟動(dòng)器的工作原理
智能軟啟動(dòng)器主回路采用三對(duì)反并聯(lián)可控硅作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動(dòng)機(jī)定子之間（原理圖見(jiàn)圖1）。這種電路如三相全控橋式整流電路，利用可控硅的電子開(kāi)關(guān)特性，通過(guò)控制其觸發(fā)導(dǎo)通角的人小來(lái)改變可控硅的開(kāi)通程度，從而控制電動(dòng)機(jī)的輸入電壓，達(dá)到控制加速轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流的目的，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。
由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與加在定子端的電壓的平方成正比，而電動(dòng)機(jī)電流與定子端的電壓成正比，因此，可以通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的輸入電壓對(duì)加速轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流進(jìn)行限制。
啟動(dòng)時(shí)，當(dāng)軟啟動(dòng)器接到控制信號(hào)（啟動(dòng)）時(shí)，由軟啟動(dòng)裝置的微處理器根據(jù)設(shè)定進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，確定可控硅的觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)控制可控硅的導(dǎo)通角，使可控硅的輸出電壓逐漸增加，電動(dòng)機(jī)逐漸加速，直到可控硅完全導(dǎo)通，電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，降低啟動(dòng)電流。待電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)（即：加在電機(jī)上的電壓為額定電壓Ue%），啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，由控制器發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)外接中間繼電器，中間繼電器常開(kāi)點(diǎn)閉合使旁路接觸器吸合，取代已完成任務(wù)的可控硅，可控硅暫停工作，由旁路接觸器為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低可控硅的熱損耗，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。
停機(jī)時(shí)，當(dāng)軟啟動(dòng)控制器接收到停車指令時(shí)，（若原設(shè)定為自由停車方式），則先控制斷開(kāi)旁路接觸器，然后逐漸改變可控硅的導(dǎo)通角，使旁路接觸器完成無(wú)弧切斷：如果電機(jī)的停機(jī)方式設(shè)定在軟停機(jī)方式，則控制可控硅的觸發(fā)脈沖，使可控硅的輸出電壓逐漸降低，轉(zhuǎn)速逐漸下降，完成設(shè)定的軟停機(jī)過(guò)程。
3.4智能軟啟動(dòng)器的啟動(dòng)控制模式
(1)斜坡電壓?jiǎn)?dòng)控制模式
如圖2．電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電壓迅速上升到初始電壓U,然后依設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間t逐漸上升直至電網(wǎng)額定電壓Ueo這種控制模式最簡(jiǎn)單，不具備電流閉環(huán)控制，以調(diào)整可控硅導(dǎo)通角，使輸出電壓呈線性上升，其缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)不利，如果要增大初始轉(zhuǎn)矩，則必須增大初始電壓，不能限定啟動(dòng)電流。
(2)限流啟動(dòng)控制模式
如圖3．電機(jī)啟動(dòng)的初始階段，輸入電壓從零迅速增加，啟動(dòng)電流逐漸增加，直至輸出電流上升到設(shè)定的限流值Iq，然后保證輸出電流在不大于Iq情況下，電壓逐漸上升，電機(jī)加速，直至啟動(dòng)完畢啟動(dòng)過(guò)程中，電流上升變化的速率可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定，電流上升速率大，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)時(shí)間短。該啟動(dòng)方式是應(yīng)用最多的啟動(dòng)方式，尤其適用于風(fēng)機(jī)、泵類輕載啟動(dòng)的負(fù)載。
(3)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)控制模式
如圖4．電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，根據(jù)設(shè)定的程序，通過(guò)控制可控硅的觸發(fā)角，使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩線性上升。優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)平滑，柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有更好的保護(hù)，延長(zhǎng)拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命，同時(shí)降低電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊是最優(yōu)的重載啟動(dòng)方式，它的缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。
4.PST250型智能軟啟動(dòng)器用于破碎機(jī)時(shí)應(yīng)用設(shè)置
(1) PST250型智能軟啟動(dòng)器為用戶提供了9種應(yīng)用類型（離心泵、液壓泵、離心風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、皮帶輸送機(jī)、攪拌機(jī)、推進(jìn)器、破碎機(jī)），當(dāng)軟啟動(dòng)器用于破碎機(jī)時(shí)，只需在“應(yīng)用設(shè)置”項(xiàng)中選擇“破碎機(jī)”，在設(shè)定電流選項(xiàng)中設(shè)定電流為額定電流，軟啟動(dòng)器將自動(dòng)辯識(shí)生成6組參數(shù)，即：升壓時(shí)間、降壓時(shí)間、初始電壓、結(jié)束電壓、級(jí)落電壓、限流倍數(shù)。如果需要更精確調(diào)節(jié)，這6組參數(shù)可單獨(dú)調(diào)節(jié)。
(2)在“基本設(shè)置”項(xiàng)中將“旁路監(jiān)測(cè)”參數(shù)設(shè)為“是”；在“功能設(shè)置”項(xiàng)中，將“電機(jī)過(guò)載”保護(hù)設(shè)為“常規(guī)”；將“過(guò)載保護(hù)方式”設(shè)為“電機(jī)停止，手動(dòng)復(fù)位”：激活“轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)保護(hù)”，堵轉(zhuǎn)跳閘時(shí)間軟啟動(dòng)器已自動(dòng)設(shè)定：激活“三相失衡保護(hù)”：激活“大電流保護(hù)”及“逆相保護(hù)”，并將處理方式全選擇為“電機(jī)停止，手動(dòng)復(fù)位”。
(3)在“報(bào)警”選項(xiàng)中，激活“大電流報(bào)警”、“電機(jī)欠載報(bào)警”、“電機(jī)過(guò)載報(bào)警”。
(4)在“故障”選項(xiàng)中，根據(jù)工藝流程要求，將“缺相故障”、“旁路監(jiān)測(cè)故障”、“頻率故障”、“內(nèi)部過(guò)熱故障”、“可控硅( SCR)短路故障”處理方式選擇為“電機(jī)停止，手動(dòng)復(fù)位”或“電機(jī)停止，自動(dòng)復(fù)位，重新啟動(dòng)”。
5．選型及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題
5.1根據(jù)設(shè)備啟動(dòng)和停車的需要選擇軟啟動(dòng)器最優(yōu)的啟動(dòng)模式和停車性能
一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于泵、風(fēng)機(jī)類負(fù)載，可以選用任一種啟動(dòng)模式，但對(duì)于皮帶機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)等易重載啟動(dòng)的設(shè)備最好選用轉(zhuǎn)矩控制模式，而ABB公司的PST系列智能軟啟動(dòng)器根據(jù)負(fù)載類型提供了9種可供用戶選擇的應(yīng)用類型。安裝完后，電機(jī)啟動(dòng)前，只需選擇負(fù)載類型，大量的參數(shù)都由啟動(dòng)器自動(dòng)辯識(shí)、設(shè)定，我們僅需設(shè)置少量參數(shù)。
5.2根據(jù)使用場(chǎng)合選擇是否需要節(jié)能功能
由于軟啟動(dòng)器本質(zhì)上屬于“降壓?jiǎn)?dòng)”，不具備無(wú)級(jí)調(diào)速和功率平衡的功能。一般來(lái)說(shuō)如果負(fù)載率超過(guò)50%，則軟啟動(dòng)器的節(jié)能效果就不明顯，相反，軟啟動(dòng)器在節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)下，旁路接觸器不閉合，屬在線運(yùn)行，可控硅需要不停的工作，降低使用壽命。另外對(duì)于不變荷載，即便負(fù)載率很低，也不適宜使用節(jié)能運(yùn)行。結(jié)合破碎機(jī)，由于其負(fù)載率為70-80%，而且運(yùn)行中負(fù)荷變化不大。因此，選型時(shí)，不需要考慮節(jié)能功能。
5.3根據(jù)使用場(chǎng)合的重要性選擇在線或非在線型
近年來(lái)的軟啟動(dòng)多數(shù)都屬于非在線型，但仍有部分軟啟動(dòng)器屬于在線型，應(yīng)盡量選用非在線型（可外接旁路接觸器），以減少事故率，提高軟啟動(dòng)器使用壽命。因此，破碎機(jī)就選用了可加裝旁路接觸器的非在線型。
5.4看保護(hù)是否齊全
一方面看軟啟動(dòng)器的保護(hù)是否齊全，另一方面應(yīng)注意現(xiàn)在軟啟動(dòng)器的各項(xiàng)保護(hù)都僅在啟動(dòng)過(guò)程中起作用，電動(dòng)機(jī)一旦運(yùn)行，保護(hù)功能將不起作用（正常工作，由旁路接觸器代替軟啟動(dòng)器），所以需要另外增設(shè)保護(hù)器件。由于破碎機(jī)選用可加裝旁路接觸器的軟啟動(dòng)器，所以，在旁路接觸器后串接熱繼電器，當(dāng)軟啟動(dòng)器起動(dòng)完成，切換到旁路運(yùn)行時(shí)，還要依靠熱繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。
5.5根據(jù)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展選擇通訊及遠(yuǎn)程控制功能
選擇軟啟動(dòng)要注意它是否帶微機(jī)接口，接口是否帶有通訊地址和程序，能否達(dá)到遠(yuǎn)程通訊控制功能等。
5.6軟啟動(dòng)器必須有正確的接線方式
錯(cuò)誤的接線方式對(duì)軟啟動(dòng)器有很大的危害性。有人設(shè)計(jì)時(shí)在軟啟動(dòng)器前部加了一個(gè)接觸器，該接觸器又有一套控制回路。實(shí)際運(yùn)行中，由于軟啟動(dòng)器上部有接觸器，其主回路的通、斷是通過(guò)接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，勢(shì)必對(duì)軟啟動(dòng)器內(nèi)部產(chǎn)生瞬間高壓。由于軟啟動(dòng)器是由Interl芯片板構(gòu)成，內(nèi)部有SCR硅片，屬半導(dǎo)體元器件，其抗過(guò)電壓能力弱，瞬間高壓會(huì)造成內(nèi)部主板上的元器件損壞。同時(shí)，停機(jī)時(shí)，是靠軟啟動(dòng)器前部的接觸器切斷電源，其內(nèi)部軟停車也沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有的作用。故在設(shè)計(jì)使用時(shí)應(yīng)特別注意接線方式，不可隨意添加接觸器。
6、應(yīng)用效果
破碎機(jī)改為智能軟啟動(dòng)，通過(guò)幾個(gè)月的運(yùn)行，表明該智能裝置可靠性高，性能完善，能滿足生產(chǎn)要求。主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
使用軟啟動(dòng)器后，啟動(dòng)電流明顯降低，減少了配電容量與增容投資
軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)，對(duì)破碎機(jī)無(wú)沖擊，啟動(dòng)過(guò)程電網(wǎng)電壓不受影響，提高了供電的可靠性。
采用軟停車方式減少對(duì)機(jī)械的沖擊，延長(zhǎng)了破碎機(jī)、電機(jī)及其相關(guān)設(shè)備的使用壽命。
多種啟動(dòng)模式及保護(hù)功能融于一體，降低了破碎機(jī)的故障率。
7、結(jié)束語(yǔ)
智能軟啟動(dòng)器作為交流電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)代啟動(dòng)技術(shù)應(yīng)用之一，通過(guò)降低機(jī)械、電流的沖擊，最大限度地降低設(shè)備事故率、減少設(shè)備維護(hù)，同時(shí)又具備了遠(yuǎn)程控制及通訊功能，可實(shí)現(xiàn)集中控制、無(wú)人操作等。在供水、供熱、引送風(fēng)、電廠、鋼廣等領(lǐng)域已經(jīng)迅速普及和廣泛應(yīng)用。因此，我們工程技術(shù)人員在新建、改造項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)選型時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮應(yīng)用現(xiàn)代的智能軟啟動(dòng)技術(shù)，不斷提高我們企業(yè)的自動(dòng)化水平。
