SMC型軟啟動(dòng)器在機(jī)艙輔機(jī)控制上的應(yīng)用
文中以SMC 型軟啟動(dòng)器為例論述了軟啟動(dòng)器的工作原理、啟動(dòng)方式、泵控制功能及常用的接線方式, 并論述了實(shí)行軟啟動(dòng)對(duì)改善船舶電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量、保證泵類正常運(yùn)行的意義。
船舶機(jī)艙泵及通風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般采用感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)式三相異步電動(dòng)機(jī)具有價(jià)格低廉、工作可靠等一系列優(yōu)點(diǎn), 在船上得到了廣泛應(yīng)用,但它的啟動(dòng)性能不夠理想, 在啟動(dòng)過程中沖擊電流很大, 對(duì)傳動(dòng)設(shè)備造成很大的機(jī)械沖擊; 另外, 船舶電站的容量有限, 空壓機(jī)、艙底泵的容量可達(dá)主電站總?cè)萘康?0 %左右, 啟動(dòng)時(shí)造成電網(wǎng)電壓波動(dòng), 可使機(jī)艙中的其它電動(dòng)機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)。星、三角啟動(dòng)等方法雖然控制電路簡(jiǎn)單, 但依然無法克服二次沖擊電流對(duì)電網(wǎng)的影響, 一旦出現(xiàn)電壓下降, 依然會(huì)造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)或啟動(dòng)困難。如果幾臺(tái)大容量電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng), 還會(huì)造成發(fā)電機(jī)主開關(guān)跳閘, 導(dǎo)致全船停電的不良后果。
近年來, 隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展, 將強(qiáng)電與弱電相結(jié)合已成為機(jī)電控制的新趨勢(shì)。軟啟動(dòng)器就是這一新技術(shù)的產(chǎn)物。本文論述了軟啟動(dòng)器的工作原理和美國A - B 公司的SMC 型軟啟動(dòng)器的功能與應(yīng)用。
1 軟啟動(dòng)的工作原理
圖1為軟啟動(dòng)器的主電路,在該電路中, 三相電源線與3 組可逆導(dǎo)的晶閘管相接。晶閘管的觸發(fā)信號(hào)由單片機(jī)給出, 根據(jù)晶閘管的觸發(fā)脈沖控制原理, 在啟動(dòng)時(shí)控制角α從180°向0°移相, 電動(dòng)機(jī)的端電壓從0 V 開始上升至額定電壓。電動(dòng)機(jī)的電流隨電壓平穩(wěn)上升, 有效地克服了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)沖擊電流對(duì)電網(wǎng)的影響。
在軟啟動(dòng)器的觸發(fā)電路中引入電流反饋, 使電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中保持恒流, 電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)。由于啟動(dòng)電流為設(shè)定值, 當(dāng)電網(wǎng)電壓上下浮動(dòng)時(shí), 通過控制電路自動(dòng)調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角, 以保持啟動(dòng)電流的恒定。控制電路具有啟動(dòng)電流變化率可調(diào)的功能, 從而有效地降低了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的沖擊。啟動(dòng)器還具有軟停機(jī)功能,當(dāng)需要停機(jī)時(shí)逐漸減小晶閘管的導(dǎo)通角, 停機(jī)時(shí)間可以在0～120 s 之間調(diào)整。
2 軟啟動(dòng)方式
(1) 斜坡升壓軟啟動(dòng)。
這種啟動(dòng)方式不具備電流閉環(huán)控制, 只調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角, 使之與時(shí)間成一D的函數(shù)關(guān)系增加。由于沒有電流的閉環(huán)控制, 有時(shí)有較大的沖擊電流,容易使晶閘管受到損壞, 一般很少采用。
(2) 斜坡恒流軟啟動(dòng)。
這種啟動(dòng)方法是在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的初始階段啟動(dòng)電流逐漸增加, 當(dāng)電流達(dá)到整定值時(shí)保持恒流, 直至啟動(dòng)完畢。啟動(dòng)過程曲線參見圖2 。電流上升變化率可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小調(diào)整設(shè)定。電流上升率大, 則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大, 啟動(dòng)時(shí)間短。這種啟動(dòng)方法是應(yīng)用Z多的一種, 尤其適用于船舶機(jī)艙中通風(fēng)機(jī)和泵類的軟啟動(dòng)。
(3) 階躍啟動(dòng)。
開機(jī)即以Z短的時(shí)間使啟動(dòng)電流迅速達(dá)到整定值, 啟動(dòng)電流的整定值可調(diào), 這種啟動(dòng)方法可以達(dá)到快速啟動(dòng)的效果。
(4) 脈沖沖擊啟動(dòng)。
在啟動(dòng)的開始階段, 晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)以較大的電流導(dǎo)通一段時(shí)間后再減小, 然后再逐漸上升至設(shè)定值, 進(jìn)入恒流啟動(dòng)階段(見圖3) 。這種啟動(dòng)方法適用于重載啟動(dòng)并需克服較大靜摩擦力的場(chǎng)合。
3 獨(dú)特的SMC 專門泵控制功能
SMC型軟啟動(dòng)器不但具有對(duì)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停車功能, 而且還具有專門的泵控制功能。
(1) 泵啟動(dòng)。
SMC 的泵控制功能不需要轉(zhuǎn)速表、壓力傳感器或其它外部反饋器件, 而是利用基于微處理器的電動(dòng)機(jī)反饋來完成的, 它將典型的泵特性曲線存入存儲(chǔ)器做為基準(zhǔn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)加速時(shí), 從電動(dòng)機(jī)線電壓、線電流中取回反饋信號(hào)用以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓,并不斷修改電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性使電動(dòng)機(jī)的加速轉(zhuǎn)矩接近恒定。由于沒有突然的轉(zhuǎn)矩變化, 電動(dòng)機(jī)可以平滑加速, 啟動(dòng)過程對(duì)泵系統(tǒng)的沖擊降到Z小。其機(jī)械特性的對(duì)比見圖4 。
(2) 泵停機(jī)。
專門用于控制泵停機(jī)過程。在發(fā)出停機(jī)命令之后控制器通過監(jiān)視電壓、電流的反饋信號(hào)降低電動(dòng)機(jī)的速度, 以避免轉(zhuǎn)矩的突然變化, 因而使泵系統(tǒng)的喘振和沖擊降低到Z小限度(見圖5) 。
泵啟動(dòng)、泵停機(jī)控制功能對(duì)降低機(jī)艙噪音法,提高設(shè)備的使用壽命具有很大的意義。SMC 軟啟動(dòng)器具有完備的保護(hù)功能, 可完成過載、堵轉(zhuǎn)、欠壓、過壓、超溫、相序、限制電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻率等保護(hù)。
4 采用SMC 軟啟動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)
(1) 采用泵控制功能可以根據(jù)泵類負(fù)載特性檢測(cè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)相關(guān)參數(shù)并自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩, Z大限度地減小機(jī)械沖擊及“水擊”現(xiàn)象。
(2) 內(nèi)置的過載保護(hù)功能可以使控制盤內(nèi)布線更加簡(jiǎn)單, 減小控制盤體積。
(3) 不需要任何傳感器或儀表就可讀取電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù), 如電壓、電流、功率、運(yùn)行時(shí)間等。
(4) 克服了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊, 避免發(fā)電機(jī)因多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)而跳閘的情況, 改善了電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量, 保證了機(jī)艙中其它電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。所以軟啟動(dòng)器應(yīng)用于機(jī)艙輔機(jī)的控制對(duì)保證船舶電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要的意義。
(5) 可實(shí)現(xiàn)輕載節(jié)能。電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)功率因數(shù)較低, 而重載時(shí)功率因數(shù)較高。軟啟動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)在輕載時(shí)通過降低電動(dòng)機(jī)端電壓提高功率因數(shù), 減少電動(dòng)機(jī)的銅耗、鐵耗, 達(dá)到節(jié)能的目的; 重載時(shí)提高電機(jī)端電壓, 以保證電機(jī)正常運(yùn)行。
5 軟啟動(dòng)器的接線方式
(1) 單臺(tái)單機(jī)式(參見圖6) 。
(2) 軟啟動(dòng)器+ 旁路接觸器式(參見圖7) 。
在軟啟動(dòng)器的晶閘管兩端并聯(lián)接觸器觸頭, 當(dāng)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)結(jié)束后電流將通過開關(guān)K 送至電動(dòng)機(jī)。一旦發(fā)出停車信號(hào), 先將K 斷開, 然后啟動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行軟停車。這種運(yùn)行方式可以避免電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)軟啟動(dòng)器產(chǎn)生的諧波, 比較適合在船上使用。
(3) 單臺(tái)多機(jī)式(參見圖8) 。
為了提高軟啟動(dòng)器的利用率, 可用一臺(tái)軟啟動(dòng)器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)、軟停車控制。但被控制的電動(dòng)機(jī)不能同時(shí)啟動(dòng)。
(4) 軟啟動(dòng)器與微機(jī)聯(lián)合控制式。機(jī)艙中的泵多是兩套, 一臺(tái)備用, 一臺(tái)運(yùn)行�？蓪④泦�(dòng)器與集控室主微機(jī)組合起來實(shí)現(xiàn)泵的自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)定時(shí)輪換運(yùn)行的控制。
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