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鋸床節(jié)能改造中軟起動器的應(yīng)用:

一、在鋁材加工生產(chǎn)中，包裝產(chǎn)品之前有很多道工序，型材的鋸切就是其中之一。在產(chǎn)品包裝前必須把它鋸切到客戶要求的長度，鋸床是包裝的設(shè)備。某公司生產(chǎn)線多，因此采用成品鋸床的數(shù)量十分龐大，成品鋸床的用電量對成本的控制有一定的影響。而軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新型電機(jī)控制裝備，可實(shí)現(xiàn)無沖擊而平滑的起動，并根據(jù)電機(jī)負(fù)載特性來調(diào)節(jié)起動過程參數(shù)，如限流值、起動時間等。此外，還具有多種對電機(jī)保護(hù)功能，這就從根本上解決了沖擊電流問題，也節(jié)約了電能。故擬用軟起動器起動鋸床電動機(jī)。  

二、鋸床工作存在的主要問題 

某公司鋸床由一臺7.5kw三相鼠籠式異步電動機(jī)在控制回路的控制下驅(qū)動皮帶輪工作的。因?yàn)槠湓O(shè)備的特殊性，生產(chǎn)必須每天24小時不間斷進(jìn)行，所以成品鋸床每天24小時工作。我們把鋸切產(chǎn)品的時段稱為帶負(fù)荷工作時段，不鋸切時稱為空載時段。一般鋸切一批成品的平均時間是10分鐘，即一個工作循環(huán)內(nèi)帶負(fù)荷時間是10分鐘，到下一批產(chǎn)品鋸切等待的時間大約是5分鐘，即鋸床電機(jī)空載時間大約是5分鐘。由此計算可得，一天中電機(jī)帶負(fù)荷工作24×10/15=16小時，空載時間8小時。16小時是理想狀態(tài)下的帶負(fù)荷時間，實(shí)際帶負(fù)荷時間要短些，即空載時間更長。 

原鋸床電機(jī)采用y/△降壓啟動，起動電流比較大，轉(zhuǎn)矩沖擊大，皮帶輪軸承損壞較頻繁，起動完畢之后電機(jī)全壓運(yùn)行，空載時浪費(fèi)大量電能，節(jié)能效果不好。 

在電動機(jī)起動的過程中，隨著轉(zhuǎn)速的增加，功率因數(shù)角有較大的變化，如圖1中曲線b段所示。功率因數(shù)角隨轉(zhuǎn)速增大而減小，當(dāng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，功率因數(shù)角達(dá)到最小值（即功率因數(shù)）。若達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，電機(jī)運(yùn)行于輕載或空載狀態(tài)，則轉(zhuǎn)速會進(jìn)一步增加，如圖1中a段曲線所示，此時功率因數(shù)角增大，即功率因數(shù)變小，相電流增大，電機(jī)的銅損、鐵損增加，即能耗增加。 

三、改造方案 

我們提出了兩個改造方案，種是用變頻器代替y/△起動兼運(yùn)行，第二種是用軟起動器代替y/△起動兼運(yùn)行。由于不需要調(diào)速，考慮到成本問題，決定采用第二種方案。 

1、軟起動器的工作原理、起動方式及特點(diǎn) 

軟起動器的主工作電路見圖2[2]，它主要由串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及實(shí)施控制的單片機(jī)組成。單片機(jī)以預(yù)設(shè)函數(shù)關(guān)系改變晶閘管的導(dǎo)通角，使軟起動器的輸出電壓從預(yù)設(shè)的初始電壓開始平滑上升，同時起動電流也得到有效限制，電機(jī)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，轉(zhuǎn)速逐漸上升，直到晶閘管全導(dǎo)通，起動過程結(jié)束，電機(jī)在額定電壓下平穩(wěn)工作。軟起動器有內(nèi)置旁路接觸器和不帶旁路接觸器兩種。后者在軟起動過程結(jié)束后，晶閘管全導(dǎo)通，輸出全電壓，使電機(jī)長期運(yùn)行。大容量的軟起動器一般均內(nèi)置旁路接觸器，或者由用戶外設(shè)旁路接觸器。當(dāng)軟起動過程結(jié)束后，旁路接觸器吸合，電機(jī)由旁路接觸器回路供電運(yùn)行[3]。 

軟起動器的起動方式: ⑴電壓斜坡軟起動:軟起動器的輸出電壓在設(shè)置的時間內(nèi)呈一次曲線(呈斜坡狀)上升，直至額定電壓，完成起動過程。這種起動方式簡單。但是由于該起動方式?jīng)]有引入電流閉環(huán)控制，在起動過程中，尤其在升壓時間設(shè)置過短的情況下，仍會產(chǎn)生較大的沖擊電流，對供電系統(tǒng)影響較大，還可能損壞晶閘管，因此在實(shí)際中應(yīng)用很少。⑵電壓斜坡、恒流軟起動：在電壓斜坡軟起動的基礎(chǔ)上引入了電流閉環(huán)控制。在軟起動器中除設(shè)置初始電壓和升壓時間外，還要設(shè)置電流的限制值，通常以額定電流為基數(shù)設(shè)置限流倍數(shù)。這種軟起動方式應(yīng)用最多，尤其適用于壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類等負(fù)載的起動。⑶沖擊起動(突跳起動)：調(diào)壓電路給電機(jī)突加一個較大的沖擊電壓，進(jìn)而轉(zhuǎn)為對電機(jī)施加較高的起動電流。經(jīng)短暫的沖擊后，軟起動器輸出的電壓、電流回歸原設(shè)置的電壓斜坡、恒流起動的特性曲線上，直到起動過程完成。沖擊起動方式實(shí)際應(yīng)用很少，但對于那些具有較大靜阻力矩的機(jī)械設(shè)備有特殊的使用價值。 

軟起動器特性：⑴使電動機(jī)起動電流以恒定的斜率平穩(wěn)上升至設(shè)定值，對電網(wǎng)無沖擊電流。⑵電動機(jī)在起動過程中保持恒流，確保平穩(wěn)起動，且不受電網(wǎng)電壓的影響。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，控制電路能自動改變晶閘管的導(dǎo)通角，從而使起動電流保持在原設(shè)定值。⑶起動電流上升速率可調(diào)，從而減輕電動機(jī)起動時轉(zhuǎn)矩對負(fù)載的沖擊。⑷起動時間可調(diào)。 

2、改造方案 

改造內(nèi)容有：電機(jī)繞組改為三角型接法，軟起動器智能模塊提供24v工作電源，plc輸出觸發(fā)軟起動器工作指令，軟起動器反饋工作信號給plc輸入，方便維護(hù)。本改造案例中鋸床電機(jī)功率不大，軟啟動器不帶旁路接觸器。 

鋸床的控制回路改為plc控制回路（plc是其他設(shè)備的，我們只利用它的剩余觸點(diǎn)，然后再對鋸床控制部分編程，最后下載就可以了。其實(shí)不用plc控制也可以），因?yàn)殇彺策€有很多其他的動作和其他設(shè)備之間的聯(lián)鎖。軟起動接線原理圖如圖3所示。 

采用西門子軟起動器3rw3026-1ab14控制電機(jī)起動。設(shè)備起動后，接觸器km動作吸合，軟起動器受電。a1，a2是軟起動器內(nèi)單片機(jī)工作電源，電壓是24v直流，當(dāng)軟起動器正常時，端子3輸出信號給plc。軟起動器的啟動信號由plc輸出給定，當(dāng)plc輸出觸發(fā)軟起動器1號端子時，軟起動器運(yùn)行， 電機(jī)起動。當(dāng)缺相或過載時，軟起動器停止工作，端子2輸出故障信號給plc，這時如端子1仍處于觸發(fā)狀態(tài)，軟起動器亦不能工作。 

3、參數(shù)設(shè)置 

選用siemens-3rw3026-1ab14軟起動器的原因是：故障率低，不需要帶旁路繼電器，晶管壽命長，控制回路簡單。軟起動器額定功率11kw，具備智能電流閉環(huán)檢測控制功能。軟起動器面板有三個可調(diào)旋扭開關(guān)可以設(shè)定：tr-on；us；tr-off。tr-on設(shè)定軟起動升壓時間，us設(shè)定初始電壓，tr-off設(shè)定軟停止的減壓時間。tr-on設(shè)定啟動時間為10秒，經(jīng)過測試后電機(jī)起動很平滑，沒有沖擊。us初始電壓設(shè)定為額定電壓的60%。tr-off設(shè)定時間為5秒，見圖4。 

4、改造效果 

某公司有100多臺鋸床，采用西門子軟起動器3rw3026-1ab14進(jìn)行改造，設(shè)定上述參數(shù)后，經(jīng)過測試：電機(jī)起動平滑、停車?yán)硐搿/△降壓啟動時，用鉗形表測量起動電流約92a，空載電流12a。軟起動時，起動電流約為45a（額定電流為16.5a），空載電流8.7a。使用一年多，效果良好，沒有出現(xiàn)過晶閥管擊穿等問題。軟起動器啟動電機(jī)時，設(shè)定的起動電流是額定電流的3倍左右，是原起動電流的一半。斜坡恒流式的起動加速，克服了y/△轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速差對皮帶輪軸承的沖擊，很少損壞，降低了噪音。電機(jī)處于空載時，軟起動器改變電流與電壓的相位差，提高了電機(jī)的功率因數(shù)，降低電機(jī)三相繞組端電壓，三相電流比原來全壓運(yùn)轉(zhuǎn)時降低了大約40%。空載時電機(jī)節(jié)電率在40%～50%之間，效果非常明顯。

連云港鋸床工業(yè)有限公司是國內(nèi)專業(yè)產(chǎn)帶鋸床的廠家之一，所生產(chǎn)的劍作全系列臥式帶鋸床，立式帶鋸床廣泛應(yīng)用于模具制造、工礦區(qū)五金等相關(guān)行業(yè)，深受廣大用戶青睞。我們廣泛聽取用戶意見，致力于不斷的技術(shù)改進(jìn)和開發(fā)，使新新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更趨合理，性能更加穩(wěn)定，操作更加方便。