异步电动机的变频器启动实例

张玉军

摘 要：以实例的方式阐述了重负载条件下异步电动机的启动方案，即采用变频器启动，启动完成后变频器退出运行，由装置将电动机转入工频运行，这种启动方法可有效地解决电机启动过程对电网的冲击，整个过程由PLC控制，运行可靠。

关键词：变频器；可编程控制器；连锁

当变压器容量相对较小，或者变压器的负荷率较高情况下，异步电动机在重负载条件下启动时，应采取措施限制启动电流的措施，避免长时间较高的启动电流冲击低压电网，以保持供电的稳定。电动机启动电流一般是电动机额定电流的3～7倍，当电动机的功率对变压器容量而言相对较大时，电动机的启动对电网有较大的影响。根据《城市配电网规划设计规范》GB506132010，380V受端电压的允许偏差为±7%。在变压器和电动机条件确定的情况下，应该如何选择电动机的启动方式呢？对于转动惯量比较大的负载，三相异步电动机采用星三角启动或采用降压启动，启动电流仍不能满足的情况下，可以考虑采用变频启动的方法。

变频器启动，就是让电动机在启动时由变频器拖动，变频器升速的过程中，电动机的电压逐渐升高，消耗的功率也是逐渐加大，此时启动电流很小，大小在电动机的额定电流之内；当启动结束之后，变频器退出运行，切换成工频运行。这样既能让启动电流不对电网产生冲击，另一方面启动结束之后变频器退出运行，以降低变频器产生的损耗，同时缩短变频器工作时间，延长使用寿命。

下边通过一个实例来阐述变频启动实现的方法。

1 变频器启动装置的配置情况及工作原理

一台220kW的三相异步电动机，拖动一离心式风机，风机叶轮很重，属于重负载启动。而电网要求启动电流小，启动时不能产生大的冲击。采用变频器的启动的方式，需要配置的设备或元器件有，三只交流接触器，一台变频器（以EV2000变频器为例说明），动力设备的一次线路如图1所示。

图1

电机启动时，在工频接触器DM断开的情况下变频器输入接触器CM1吸合，变频器输出接触器CM2吸合，变频器的中间回路充电完成后给变频器启动信号，变频器拖动电机启动。启动完成后，CM2释放，然后CM1释放，再延时1秒，DM吸合，转入工频运行。整个转换动作的控制使用可编程控制器S7200（CPU224）完成，线路图如图2所示。

表中设定频率掉电存储，是指变频器掉电或欠压时，F0.02（运行频率设定）以当前实际频率设定值自动刷新；停机设定频率保持，是指变频器在停机时，频率设定值为最终修改值。

2 配制装置和调试过程中的注意事项

动作的准确可靠决定了启动过程的安全可靠，为此，不管是在PLC内部编程中，还是外部线路上，都要增加连锁保护。

1）通过外部线路采取的安全措施有：

①通过外部连锁实现了只有变频器输出接触器CM2吸合之后，变频器输出接触器CM1才能吸合，以防止出现电动机实际没有运行的情况下，控制系统误认为电机在启动；

②只有在工频接触器DM释放的状态下，变频器才能通电；

③转入工频运行前，变频器输入接触器CM1和变频器输出接触器CM2都必须释放，如图3所示。

2）通过PLC编程实现的保护措施有：

①工频接触器处在释放状态，且变频器输入接触器CM1跟变频器输出接触器CM2均吸合的状态下，PLC才允许发出变频启动指令，这部分的PLC梯形图如图4所示。

②在非工频运行状态下，若变频运行指令下达之后，变频器没有运行，3秒钟之后可编程控制器的内部继电器M13.5置1，系统报故障。

3）变频器参数设置时，变频器停车方式选择为自由停车，这样变频器停止运行后，在断开CM2的瞬间接触器触头上无电流。变频器的加速时间要小于PLC程序中T55所設定的时间，以保证变频启动结束之后再转换。

4）在PLC的编程中，要注意两个延时：一是变频器上电后，要延时几秒钟，等变频器中间回路充电结束之后，才能给变频器的启动信号；二是断开变频器输入接触器CM1和输出接触器CM2之后，工频接触器DM吸合之前要有一秒钟的延时，保证CM2接触器触头有个降温的过程，做到转换的安全。这两个延时在PLC程序中实现。

5）在调试时，可先接上一台小功率电机试运转，核对电动机在工频运行时的转向跟在变频启动时的转向是否一致，确认无误后，再接入大功率电机投入运行。

3 本例中变频器启动的结论

电动机在变频器启动过程中，电动机的运行电流在电机额定电流范围内。变频启动结束之后，电动机进入自由运转状态，由负载拖动电动机运转，此时电动机处在发电状态，相位跟电网相位不一致。在电动机由自由运转状态转入工频运行状态的那一刻，电流有一瞬间的波动，马上拉入同步，对电网几乎没有影响。转换之后，电动机就处在工频运行状态，整个启动过程结束。

4 结语

这种启动方式尽管投资相对较大，但是能够有效解决实际问题，已经在我们公司多台设备上使用。事实证明，这种装置使用稳定、可靠。