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软起动器在锯床节能改造中的应用

日期:2010-12-14 07:52  浏览: 次  责任编辑:jxjuchuang

1 引言
在铝材加工生产中,包装产品之前有很多道工序,型材的锯切就是其中之一。在产品包装前必须把它锯切到客户要求的长度,锯床是包装必不可少的设备。某公司生产线多,因此采用成品锯床的数量十分庞大,成品锯床的用电量对成本的控制有一定的影响。而软起动器是一种集软起动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新型电机控制装备,可实现无冲击而平滑的起动,并根据电机负载特性来调节起动过程参数,如限流值、起动时间等。此外,还具有多种对电机保护功能,这就从根本上解决了冲击电流问题,也节约了电能。故拟用软起动器起动锯床电动机。

2 锯床工作存在的主要问题
某公司锯床由一台7.5kw三相鼠笼式异步电动机在控制回路的控制下驱动皮带轮工作的。因为其设备的特殊性,生产必须每天24小时不间断进行,所以成品锯床每天24小时工作。我们把锯切产品的时段称为带负荷工作时段,不锯切时称为空载时段。一般锯切一批成品的平均时间是10分钟,即一个工作循环内带负荷时间是10分钟,到下一批产品锯切等待的时间大约是5分钟,即锯床电机空载时间大约是5分钟。由此计算可得,一天中电机带负荷工作24×10/15=16小时,空载时间8小时。16小时是理想状态下的带负荷时间,实际带负荷时间要短些,即空载时间更长。
原锯床电机采用y/△降压启动,起动电流比较大,转矩冲击大,皮带轮轴承损坏较频繁,起动完毕之后电机全压运行,空载时浪费大量电能,节能效果不好。


图1 功率因数角与转速的关系曲线

从图1[1]可见,在电动机起动的过程中,随着转速的增加,功率因数角有较大的变化,如图1中曲线b段所示。功率因数角随转速增大而减小,当达到额定转速时,功率因数角达到最小值(即功率因数最大)。若达到额定转速后,电机运行于轻载或空载状态,则转速会进一步增加,如图1中a段曲线所示,此时功率因数角增大,即功率因数变小,相电流增大,电机的铜损、铁损增加,即能耗增加。

3 改造方案
我们提出了两个改造方案,第一种是用变频器代替y/△起动兼运行,第二种是用软起动器代替y/△起动兼运行。由于不需要调速,考虑到成本问题,决定采用第二种方案。
3.1 软起动器的工作原理、起动方式及特点
软起动器的主工作电路见图2[2],它主要由串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及实施控制的单片机组成。单片机以预设函数关系改变晶闸管的导通角,使软起动器的输出电压从预设的初始电压开始平滑上升,同时起动电流也得到有效限制,电机转矩逐渐增加,转速逐渐上升,直到晶闸管全导通,起动过程结束,电机在额定电压下平稳工作。软起动器有内置旁路接触器和不带旁路接触器两种。后者在软起动过程结束后,晶闸管全导通,输出全电压,使电机长期运行。大容量的软起动器一般均内置旁路接触器,或者由用户外设旁路接触器。当软起动过程结束后,旁路接触器吸合,电机由旁路接触器回路供电运行[3]。

 

图2 典型软起动器的主工作电路

软起动器的起动方式: ⑴电压斜坡软起动:软起动器的输出电压在设置的时间内呈一次曲线(呈斜坡状)上升,直至额定电压,完成起动过程。这种起动方式最为简单。但是由于该起动方式没有引入电流闭环控制,在起动过程中,尤其在升压时间设置过短的情况下,仍会产生较大的冲击电流,对供电系统影响较大,还可能损坏晶闸管,因此在实际中应用很少。⑵电压斜坡、恒流软起动:在电压斜坡软起动的基础上引入了电流闭环控制。在软起动器中除设置初始电压和升压时间外,还要设置电流的限制值,通常以额定电流为基数设置限流倍数。这种软起动方式应用最多,尤其适用于压缩机、风机、泵类等负载的起动。⑶冲击起动(突跳起动):调压电路给电机突加一个较大的冲击电压,进而转为对电机施加较高的起动电流。经短暂的冲击后,软起动器输出的电压、电流回归原设置的电压斜坡、恒流起动的特性曲线上,直到起动过程完成。冲击起动方式实际应用很少,但对于那些具有较大静阻力矩的机械设备有特殊的使用价值。
软起动器特性:⑴使电动机起动电流以恒定的斜率平稳上升至设定值,对电网无冲击电流。⑵电动机在起动过程中保持恒流,确保平稳起动,且不受电网电压的影响。当电网电压波动时,控制电路能自动改变晶闸管的导通角,从而使起动电流保持在原设定值。⑶起动电流上升速率可调,从而减轻电动机起动时转矩对负载的冲击。⑷起动时间可调。
3.2 改造方案
改造内容有:电机绕组改为三角型接法,软起动器智能模块提供24v工作电源,plc输出触发软起动器工作指令,软起动器反馈工作信号给plc输入,方便维护。本改造案例中锯床电机功率不大,软启动器不带旁路接触器。
锯床的控制回路改为plc控制回路(plc是其他设备的,我们只利用它的剩余触点,然后再对锯床控制部分编程,最后下载就可以了。其实不用plc控制也可以),因为锯床还有很多其他的动作和其他设备之间的联锁。软起动接线原理图如图3所示。

 

图3 锯床改造接线原理图

采用西门子软起动器3rw3026-1ab14控制电机起动。设备起动后,接触器km动作吸合,软起动器受电。a1,a2是软起动器内单片机工作电源,电压是24v直流,当软起动器正常时,端子3输出信号给plc。软起动器的启动信号由plc输出给定,当plc输出触发软起动器1号端子时,软起动器运行, 电机起动。当缺相或过载时,软起动器停止工作,端子2输出故障信号给plc,这时如端子1仍处于触发状态,软起动器亦不能工作。
3.3 参数设置
选用siemens-3rw3026-1ab14软起动器的原因是:故障率低,不需要带旁路继电器,晶管寿命长,控制回路简单。软起动器额定功率11kw,具备智能电流闭环检测控制功能。软起动器面板有三个可调旋扭开关可以设定:tr-on;us;tr-off。tr-on设定软起动升压时间,us设定初始电压,tr-off设定软停止的减压时间。tr-on设定启动时间为10秒,经过测试后电机起动很平滑,没有冲击。us初始电压设定为额定电压的60%。tr-off设定时间为5秒,见图4。

 

图4 设定参数与控制信号时基图

4 改造效果
某公司有100多台锯床,采用西门子软起动器3rw3026-1ab14进行改造,设定上述参数后,经过测试:电机起动平滑、停车理想。y/△降压启动时,用钳形表测量起动电流约92a,空载电流12a。软起动时,起动电流约为45a(额定电流为16.5a),空载电流8.7a。使用一年多,效果良好,没有出现过晶阀管击穿等问题。软起动器启动电机时,设定的起动电流是额定电流的3倍左右,是原起动电流的一半。斜坡恒流式的起动加速,克服了y/△转换时产生的转速差对皮带轮轴承的冲击,很少损坏,降低了噪音。电机处于空载时,软起动器改变电流与电压的相位差,提高了电机的功率因数,降低电机三相绕组端电压,三相电流比原来全压运转时降低了大约40%。空载时电机节电率在40%~50%之间,效果非常明显。

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