异步电机软启动在高炉供料控制系统中的应用

牛丙喜（天津天铁冶金集团有限公司运输部，河北涉县056404）



异步电机软启动在高炉供料控制系统中的应用

牛丙喜
（天津天铁冶金集团有限公司运输部，河北涉县056404）

［摘要］为满足高炉冶炼的要求，将大型异步电机软启动技术应用于天铁高炉供料控制系统中。采用ATS48软启动器以后，电机能耗比原来降低了15％，延长了电机使用寿命，保护了传动机械设备，节省了维修费用，创造了较高的经济效益。

［关键词］异步电动机；软启动；高炉供料控制系统

1　引言

天津天铁运输部一料厂皮带系统担负着向5座高炉运输铁矿石的重要任务，皮带机的正常运行直接关系到高炉的正常生产。为进一步满足高炉冶炼的要求，增加了矿粉过筛改造项目。随着工作量的增加，原来的电机不能满足工作量的需要，为此，需要把5号皮带电机的额定功率有原来的75 kW改为110 kW。本文主要介绍了高炉供料控制系统大型异步电机启动方法，ATS48软启动技术的工作原理及在实际工作的应用，并针对实际工作中出现的问题进行了分析和探讨，满足了工作需要，达到了理想效果。

2　方案的选择

大型输送异步电动机启动过程中，应满足两方面要求：一是启动过程中电磁转矩足够大，这样即使电机启动实现软特性，不至于产生较大的机械冲击，又使电机启动时间尽量缩短；二是启动电流尽量小。

2.1常用启动方法的比较

2.1.1直接启动

料场车间皮带机大都采取继电器—接触器控制直接启动，引起的冲击电流达到4～8倍的额定值，造成电网电压的下降，对电动机所带动的设备产生电气和机械冲击，影响其老化和机械损害。

2.1.2频敏变阻器启动

料场车间3#、4#皮带机采用绕线式电动机，在其转子回路串频敏变阻器启动。这种方法能限制启动电流增加启动转矩，达到无级平滑启动。但绕线式电动机价格昂贵，现场环境恶劣，灰尘较大，造成电机转子接地、滑环打火等故障。现已把绕线式电动机改成了鼠笼式电动机。

2.1.3变频器启动

变频器可实现恒转矩或变转矩启动，可以满足不同的负载及工艺启动要求，启动电流很小，有着其它启动方式不可比拟的优点。但是，它存在高次谐波，维护与检修，投资价格过高等问题。它将其作为电动机的启动设备时，无法发挥它的调速性能优势，造成资源的浪费。料场车间翻车机电动机都采用了变频器启动，并进行了调速控制时，节能效果好。

2.1.4软启动器启动

启动电流可在额定电流的2～5倍间调节，启动转矩可在额定转矩的0.15～1倍间变化，有效地消除转矩浪涌并降低冲击电流。可以按应用要求调节电机转矩，降低电机损耗，还可以对电机进行热过载和缺相保护。

2.2方案的选型

经过对大型异步电动机启动方法的比较可知，功率较小的异步电动机可以采用直接启动的方法，对于需要启动并且调速的异步电动机可以优先采用变频器启动的方案；而对于大型鼠笼异步电动机的启动，考虑到价格和运行的可靠性，优先采用软启动器启动。根据以往经验和电机的额定值，最后采用了性价比较高的施耐德ATS48系列交流电机软启动器。

3　方案的制定

3.1软启动工作原理

施耐德ATS48系列交流电机软启动器主回路由串接于电源与被控电动机之间的三项反并联晶闸管调压电路组成。通过改变晶闸管的触发角，实现调节晶闸管的输出电压，使得启动电流和启动转矩可调。

3.2 ATS48软启动器的功能与特点

3.2.1 ATS48软启动的功能

ATS48软启动-软停单元由6个晶闸管控制器组成，有高性能的算法，提高了设备的可用性和安全性。电机运行时，软启动器具有对电动机和软启动器本身的热保护，可对其运行状态进行实时监视及控制。软启动器设置了较完备的保护功能，如过载保护、缺相保护、过热保护、欠载保护、过电流保护、过电压保护、短路保护功能，并且有计算机接口，带有通讯地址，实现通讯控制和故障自诊段功能。

3.2.2 ATS48软启动器的显著特点

控制器控制晶闸管的触发角，输出电压平稳增加，而频率不变，转矩与电压的平方成正比，调整了启动转矩和启动电流，避免了瞬时电流尖峰。控制电机平稳启动，减小启动电流，调节起始电压，使得电机获得最小的启动转矩，启动电流可调，启动时间可调，电机的转速可调，软停车快慢可调，性能可靠，操作方便，软启动器配有显示器，实现了实时监测，并显示电流等参数，故障时显示故障名称，方便维修。

3.3改造方案

3.3.1选型

所用电动机为Y系列380 V 110 kW鼠笼电动机，ICL额定值为210 A，负载为标准负载，重型启动时大两个级别。根据以上参数，选用ATS-48C41Q型软启动，配VW3-G48101调节显示选件，该启动器在400 V工作电压时，允许电机功率110 kW，额定电流为210 A，功率因数0.85。

3.3.2原理

现场环境恶劣，灰尘特别大，把启动器安装在电磁站单独配电柜内。启动器单向运行、软启动动、软停车、控制线路（见图1）当合上Q1、Q2、Q3，按启动按钮S2，软启动器启动，继电器R1常开触电闭合，KM1线圈得电，其主触点闭合，主电源加入软启动器，电动机启动。当启动完成后，R2常开触点闭合，KM2线圈得电，电动机由旁路接触器KM2触电供电，同时将软启动器内部的功率晶闸管短接，电动机通过接触器由电网直接供电。若发生过载、过流，R1触电断开，进线接触器KM1断电。正常停车时，按S1，停止指令使R1和R2常开触电断电，KM1和KM2线圈断电，电动机软停车。紧急停车时按紧急停车按钮，KM1、KM2断电，电机自由停转。

软启动器仅在启动和停车时工作，避免长期运行使晶闸管发热，延长了使用寿命。

3.3.3电器控制元器件

Q1，NSX630N；KM1，LC1-D410M7C；KM2，LC1 -D410M7C；QS，DZ47-60/2 10A；SB1，SB2，施耐德控制按钮。

3.3.4参数设置

ATS-48软启动器VW3-G48101选件的前面板上有4个键，1个LED指示灯和3个七段显示键。背面的开关用于选择对话等级的配置，共有3种对话等级可供选择，见表1。

根据多年的使用经验，软启动器的启动特性调整偏软时，对设备冲击小，但启动时间长，启动特性调整越硬，启动时间减短，但对设备冲击明显。一般来讲，启动电压调整为额定电压的0.5～0.7，启动电流控制在额定电流3倍为宜。

图1　软动器单向运行、软启动动、软停车、控制线路图

表1　调整和配置参数

3.3.5常见故障及处理方法（见表2）

表2　常见故障及处理方法

4　实际应用

4.1节能效果

采用ATS48软启动器以后，电机启动电流由5倍的额定电流降为3倍，软启动器在瞬态变化期间减少电机的损耗，使电机能耗比原来降低了15％。

4.2延长电机寿命、节省维修费用

电机启动有直接启动变为无冲击启动，大大延长了电机的使用寿命，改造后电机的使用寿命由2个月延长到1年半，一台电机维修费用需5 000元，一年一台电机可节约40 000元维修费用。

4.3保护传动机械设备

启动冲击力减小，降低了传动机械设备故障率，维修时间由原来的每周8 h降低到每周4 h，一年可节省维修时间200 h，间接地创造了经济效益。

5　结束语

在运输部一料场车间投入生产以来，电动机的启动方法有直接启动，频敏变阻器启动，变频器启动等。采用了施耐德公司的ATS48软启动器，并根据选型原则和实际生产情况，配不同型号的软启动器。在实际生产过程中，运行可靠，完成了生产任务。

参考文献

［1］王岩，王祥珩.电工技术［M］.北京：中央广播电视大学出版社，1991.

［2］王永华.现代电气控制及PLC应用技术［M］.北京：北京航天航空大学出版社，2008.

Application of Asynchronous Motor Soft Starter to BF Material Supplying Control System

NIU Bing-xi （Transportation Department of Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractLarge scale asynchronous motor soft starter technique was applied to the control system of Tiantie BF material supplying control system in order to meet the demand by BF smelting. After ATS48 soft starter was adopted，the energy consumption of the motor was reduced by 15％and its service life prolonged. The mechanical equipment for the drives was protected. With saved maintenance cost，high economic benefit was created. Key words asynchronous motor；soft starter；BF material supplying control system

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.011

收稿日期：2016- 02- 08修回日期：2016- 02- 25

作者简介：牛丙喜（1971—），男，工程师，主要从事冶金设备控制技术管理工作。