SMC型软启动器在机舱辅机控制上的应用

文中以SMC 型软启动器为例论述了软启动器的工作原理、启动方式、泵控制功能及常用的接线方式, 并论述了实行软启动对改善船舶电网运行质量、保证泵类正常运行的意义。

船舶机舱泵及通风机的驱动一般采用感应式异步电动机。感应式三相异步电动机具有价格低廉、工作可靠等一系列优点, 在船上得到了广泛应用,但它的启动性能不够理想, 在启动过程中冲击电流很大, 对传动设备造成很大的机械冲击; 另外, 船舶电站的容量有限, 空压机、舱底泵的容量可达主电站总容量的10 %左右, 启动时造成电网电压波动, 可使机舱中的其它电动机发生堵转。星、三角启动等方法虽然控制电路简单, 但依然无法克服二次冲击电流对电网的影响, 一旦出现电压下降, 依然会造成电机堵转或启动困难。如果几台大容量电动机同时启动, 还会造成发电机主开关跳闸, 导致全船停电的不良后果。

近年来, 随着电力电子技术、计算机控制技术的发展, 将强电与弱电相结合已成为机电控制的新趋势。软启动器就是这一新技术的产物。本文论述了软启动器的工作原理和美国A - B 公司的SMC 型软启动器的功能与应用。

1 　软启动的工作原理

图1为软启动器的主电路,在该电路中, 三相电源线与3 组可逆导的晶闸管相接。晶闸管的触发信号由单片机给出, 根据晶闸管的触发脉冲控制原理, 在启动时控制角α从180°向0°移相, 电动机的端电压从0 V 开始上升至额定电压。电动机的电流随电压平稳上升, 有效地克服了电动机启动时冲击电流对电网的影响。

软启动的主电路图

在软启动器的触发电路中引入电流反馈, 使电动机在启动过程中保持恒流, 电动机平稳启动。由于启动电流为设定值, 当电网电压上下浮动时, 通过控制电路自动调整晶闸管的导通角, 以保持启动电流的恒定。控制电路具有启动电流变化率可调的功能, 从而有效地降低了启动转矩的冲击。启动器还具有软停机功能,当需要停机时逐渐减小晶闸管的导通角, 停机时间可以在0～120 s 之间调整。

2 　软启动方式
(1) 斜坡升压软启动。
这种启动方式不具备电流闭环控制, 只调整晶闸管的导通角, 使之与时间成一D的函数关系增加。由于没有电流的闭环控制, 有时有较大的冲击电流,容易使晶闸管受到损坏, 一般很少采用。
(2) 斜坡恒流软启动。

斜坡恒流软启动曲线

这种启动方法是在电动机启动的初始阶段启动电流逐渐增加, 当电流达到整定值时保持恒流, 直至启动完毕。启动过程曲线参见图2 。电流上升变化率可以根据电动机启动时所带负载的大小调整设定。电流上升率大, 则启动转矩大, 启动时间短。这种启动方法是应用Z多的一种, 尤其适用于船舶机舱中通风机和泵类的软启动。
(3) 阶跃启动。
开机即以Z短的时间使启动电流迅速达到整定值, 启动电流的整定值可调, 这种启动方法可以达到快速启动的效果。
(4) 脉冲冲击启动。

软启动脉冲冲击启动

在启动的开始阶段, 晶闸管在极短时间内以较大的电流导通一段时间后再减小, 然后再逐渐上升至设定值, 进入恒流启动阶段(见图3) 。这种启动方法适用于重载启动并需克服较大静摩擦力的场合。

3 　独特的SMC 专门泵控制功能
SMC型软启动器不但具有对电动机的软启动、软停车功能, 而且还具有专门的泵控制功能。

(1) 泵启动。
SMC 的泵控制功能不需要转速表、压力传感器或其它外部反馈器件, 而是利用基于微处理器的电动机反馈来完成的, 它将典型的泵特性曲线存入存储器做为基准。当电动机加速时, 从电动机线电压、线电流中取回反馈信号用以调节电动机的端电压,并不断修改电动机的机械特性使电动机的加速转矩接近恒定。由于没有突然的转矩变化, 电动机可以平滑加速, 启动过程对泵系统的冲击降到Z小。其机械特性的对比见图4 。

　专门的泵控制—泵系统曲线

(2) 泵停机。
专门用于控制泵停机过程。在发出停机命令之后控制器通过监视电压、电流的反馈信号降低电动机的速度, 以避免转矩的突然变化, 因而使泵系统的喘振和冲击降低到Z小限度(见图5) 。

泵停机控制方法

泵启动、泵停机控制功能对降低机舱噪音法,提高设备的使用寿命具有很大的意义。SMC 软启动器具有完备的保护功能, 可完成过载、堵转、欠压、过压、超温、相序、限制电动机启动频率等保护。

4 　采用SMC 软启动器的优点

(1) 采用泵控制功能可以根据泵类负载特性检测电动机启动相关参数并自动调节输出转矩, Z大限度地减小机械冲击及“水击”现象。
(2) 内置的过载保护功能可以使控制盘内布线更加简单, 减小控制盘体积。
(3) 不需要任何传感器或仪表就可读取电动机运行参数, 如电压、电流、功率、运行时间等。
(4) 克服了电动机启动时对电网的冲击, 避免发电机因多台电动机同时启动而跳闸的情况, 改善了电网的运行质量, 保证了机舱中其它电动机的正常运行。所以软启动器应用于机舱辅机的控制对保证船舶电力系统的安全运行有着重要的意义。
(5) 可实现轻载节能。电动机轻载时功率因数较低, 而重载时功率因数较高。软启动器能实现在轻载时通过降低电动机端电压提高功率因数, 减少电动机的铜耗、铁耗, 达到节能的目的; 重载时提高电机端电压, 以保证电机正常运行。

5 　软启动器的接线方式

(1) 单台单机式(参见图6) 。

单台单机式接线

(2) 软启动器+ 旁路接触器式(参见图7) 。
在软启动器的晶闸管两端并联接触器触头, 当电动机软启动结束后电流将通过开关K 送至电动机。一旦发出停车信号, 先将K 断开, 然后启动器对电动机进行软停车。这种运行方式可以避免电动机运行时软启动器产生的谐波, 比较适合在船上使用。
(3) 单台多机式(参见图8) 。

软启动器+ 旁路接触器式　单台多机式