软启动器一拖多控制回路在MCC中的应用

崔忠华

随着液压传动在轧机机组中的广泛应用，液压站中的工作泵电机呈现出台数增多，功率加大的趋势。而由于电力系统容量有限，在MCC（电动机控制中心）系统中，一般不允许超过55 kW或75 kW的电机采用直接启动方式。这些电机可以采用星角降压启动方式，但在启动过程中会产生二次冲击。

随着现代变流技术的迅猛发展，由大功率晶闸管构成的软启动器在恒速电机启动中日益成为主流。目前大功率恒速电机多采用一对一软启动的传统方式配置，线路简单，节能效果明显，但也存在成本较高，控制柜体占地面积较大等问题。对此，本文针对液压站工作泵的运行特性设计出基于PLC和软启动器的一拖多控制回路，以实现降本增效并增强系统可维护性的目的。

1 主回路部分

在基于软启动器的一拖三回路动力部分中（见图1），通过1KM1，2KM1和3KM1的依次闭合，可实现液压泵的逐个启动，使油箱达到设定压力后，液压系统投入工作状态。在软启动器的晶闸管完全导通时，电机已处于全压工作状态，为避免电网突然过压、过流等故障对晶闸管造成损坏，通过1KM2，2KM2和3KM2将软启动器旁路，使电机直接与电网连接。

图1 软启动器一拖三动力回路

主回路中的1KM1，2KM1，3KM1是软启动器控制回路所特有的接触器，用作启动控制接触器。1KM2，2KM2，3KM2及各自上口的断路器和下口的热继电器，是电机直接启动控制回路的一般形式，在本系统中，做为旁路接触器在电机完成启动进入全压运行时投入。软启动器在启动完成后，与电机处于脱离状态，由1FR，2FR，3FR实现对电机的过载保护。

1.1 协调配合

针对电机控制和保护器件在出现负载端短路故障时的系统状态，IEC（国际电气委员会）规定了两种协调配合方式：1型和2型[1]。1型协调配合规定，电机控制器件在出现短路故障时，不应对操作人员造成伤害，但允许器件本身在不更换部件和进行维护的情况下不再具备使用条件。2型协调配合规定，电机控制器件在出现短路故障时，不应对操作人员造成伤害，同时器件本身在不更换部件和进行维护的情况下应当具备继续使用的条件。在系统选型时，若按1型配合，虽可节省成本，但会增加后续的维护费用；按2型配合，尽管会增加一定的投入成本，但可以保障系统的长期运行。因此在系统选型中，一般应遵循2型协调配合。

1.2 快熔的选择

快熔又称半导体熔断器，是电力电子装置中不可或缺的器件。为实现对软启动器的有效保护，在QF断路器之后，应设置快熔FU，以满足2型协调配合要求。快熔的额定电压Un应略高于电网电压Uac，电网额定电压为380 V，而快熔的额定电压一般应选500 V。快熔的熔断I2t是快熔的重要参数，它反映了在下列条件下器件的熔断能量的积分值。

（1） 1.1Un=550 V。

（2） 预期短路电流Ics一般为100 kA。

（3） 功率因数 cosφ=0.15。

快熔的熔断I2t远小于同电流等级断路器的分断I2t，可以有效地保护晶闸管等功率电子元件，在电机启动器中可实现IEC规定的2型协调配合；否则最多只能实现1型协调配合，而这种配合，在系统出现短路故障后将无法保障系统继续使用。

1.3 软启动器的选择

图2 限流启动特性

限流启动模式是风机泵类负载的优选启动方式，启动时电压从零迅速增加，直至输出电流达到设定的电流幅值Im（见图2），然后在保证输出电流不大于Im的情况下，电压逐渐上升，电机逐渐加速至额定转速。在启动过程中，电流达到Im时，输出电压会保持稳定，直到电流下降到Im以下，升压过程才会继续。

2 控制回路及控制时序

由于本系统采用PLC控制，通过重复使用PLC中的“软触点”，使连线均采用“软接线”，大大减少了短路及断路故障，控制回路清晰，升级方便。通过PLC中灵活的定时器设计，可以顺利完成各电机启动回路切换，且修改定时时间非常方便，便于调试。

2.1 软启控制回路

在添加或减少所拖动的电机数量时，PLC与软启动器间的接线不变，只需改变程序即可。二次回路中，PLC与接触器的连接较简单，在此略去。PLC只需通过3根硬接线即可完成对软启动器的控制（见图3）。

图3 软启动器一拖三控制回路

通过安装于液压站旁的操作箱或者从操作员站均可发出电机启动命令，PLC接到此信号后，启动相应的电机。在电机启动完成后，软启动器会发出旁路 (Bypass)信号，此信号反映了软启中的晶闸管已完全导通，即电压斜坡已到顶，通知PLC切换至旁路接触器，进入全压运行阶段，从而完成电机启动。

2.2 脉冲控制方式

软启动器的运行 (RUN)和停机 (STOP)逻辑输入有2线控制和3线控制两种方式。一般通过硬接线来选择启停的逻辑输入。2线控制时，将RUN和STOP端子短接，采用电平控制方式，即高电平运行，低电平停机。在主电路上电后，RUN端检测到高电平，软启动器直接启动。在故障手动复位时，RUN端检测到高电平后，软启动器重新启动。在软启故障时，除了使用自带的键盘复位外，还可以发送复位脉冲来远程复位。采用3线控制方式时，RUN和STOP端子由2个不同逻辑输入端控制，断开STOP输入，软启停机；给RUN端施加一个脉冲，软启开机。在上电或故障复位后或者在一个停机命令之后，需要给RUN端重新施加脉冲，软启进入启动状态。为防止电机意外启动，提高系统的可靠性，本系统采用以脉冲输入启停信号的3线控制方式。

2.3 地址分配

通过PLC控制软启动器，需要先设置系统的输入输出地址，地址的设置较为灵活（见表1和表2）。

2.4 控制时序

用单个软启动器对3个液压泵电机进行软启动的控制时序，反映了系统各个时刻的状态（见图4）。时序图中UM1，UM2，UM3分别表示级联在软启控制回路中的3个液压泵电机的定子绕组电压。

表1 输入地址分配

在PLC收到现场操作箱或者通过操作员站发出的启动命令后，首先通过数字量输出点Q2.1闭合1KM1的主触点，使1#泵电机接入软启动器输出端，进入启动准备状态。之后通过Q2.0发出软启动器开机脉冲信号，使1#泵进入软启动状态。启动完成后，电机定子上获得电网电压，软启动器发出电压斜坡到顶信号到PLC的数字量输入点I2.0，提示可以切至旁路。为避免切换过程中的二次电流冲击，通过Q2.4闭合2KM1的主触点使1#泵旁路，经过短暂延时后，再断开1KM1，从而完成1#泵的启动，进入运行状态。通过Q2.7发出停机脉冲后，软启动器又进入启动下一个电机的准备状态。

表2 输出地址分配

图4 控制时序图

3 结语

采用软启动器可消除液压泵电机启停过程中的液流冲击和电流冲击，而采用PLC逻辑控制系统则能简化控制回路，增加系统的稳定性和可靠性，并能实现复杂的时序控制，满足液压泵站的控制要求。软启动器的启动模式可依据负载的性质灵活设置，从而减少电机启动对电网的冲击并减轻对设备的损害。而PLC提供的强大的语言编程指令可以完成多种控制功能，以达到最佳的启动效果。本文通过一拖多的回路设计，不仅减少软启动器投资，减小电气柜体尺寸和数量，而且降低能耗和设备故障发生率。

[1]IEC 60947-4-1.Low voltage switchgear and controlgear.