1 引言

    中鐵株洲橋梁有限公司用于窄鋼板下料的主要生產(chǎn)設(shè)備—25MN立式剪板機(jī)是上世紀(jì)90年代初生產(chǎn)的老設(shè)備，其電控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，主電機(jī)采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串頻敏變阻器啟動(dòng)方式，由于電控系統(tǒng)老化，加之繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有機(jī)械換向器和電刷，電氣故障日漸增多，維修成本不斷上升。此臺(tái)立式剪板機(jī)的電控系統(tǒng)急待改造。
    
    近年來(lái)，電氣傳動(dòng)和控制技術(shù)的發(fā)展日新月異,PLC在機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化控制中大量應(yīng)用，新型的電動(dòng)機(jī)電子控制器（即軟起動(dòng)器）在大功率三相異步電動(dòng)機(jī)的限流起動(dòng)中也開(kāi)始大量應(yīng)用。由于立式剪板機(jī)主拖動(dòng)電機(jī)功率為37kW，需采用起動(dòng)限流措施，以減小起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。考慮到繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)有機(jī)械換向器和電刷，存在故障率高的缺點(diǎn)，因此我們選用YH型高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)來(lái)代替原來(lái)的YZR型繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，同時(shí)選用軟起動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)主電機(jī)的限流起動(dòng)。電控系統(tǒng)的邏輯控制采用三菱公司的FX2N型PLC完成。

    2 軟起動(dòng)器在立式剪板機(jī)中應(yīng)用的必要性

    由于立式剪板機(jī)主拖動(dòng)電機(jī)功率為37kW，需采用起動(dòng)限流措施，以減小起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊。眾所周知，鼠籠異步電動(dòng)機(jī)帶載直接起動(dòng)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生4～8倍額定電流的起動(dòng)電流，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成不利影響。容量較大的電機(jī)，一般不允許帶載直接起動(dòng)，需采用起動(dòng)限流措施，以減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊。避免鼠籠異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)的大電流沖擊，通常的方法是采用降壓起動(dòng)。傳統(tǒng)的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)方法有：星—角起動(dòng)、定子串電阻起動(dòng)和自耦變壓器起動(dòng)。附表列出了常用鼠籠異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)方法的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流值（Mn：額定轉(zhuǎn)矩；In：額定電流）。

    圖1中詳細(xì)描繪了三種傳統(tǒng)鼠籠異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)方法的速度—電流、速度—轉(zhuǎn)矩特性曲線。由圖1可以看出，上述三種傳統(tǒng)鼠籠異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)方法有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程切換時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)高的電流轉(zhuǎn)矩峰值。除了星—角起動(dòng)方式所需的起動(dòng)設(shè)備較少外，其他方式均需笨重設(shè)備，不但體積大，而且起動(dòng)能耗損失大。所有傳統(tǒng)降壓起動(dòng)方式的另一個(gè)共同的缺點(diǎn)是它們都不能很好的調(diào)整電機(jī)的起動(dòng)特性去滿足負(fù)載軟起動(dòng)的要求。也就是說(shuō)，雖然起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以被降下來(lái)，但是更高的技術(shù)指標(biāo)要求，如起動(dòng)電流要求限制在某一規(guī)定值，或者電機(jī)的加速轉(zhuǎn)矩要按一定的規(guī)律變化等，卻不能達(dá)到。

    圖1 三種傳統(tǒng)鼠籠異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)方法的荷姓曲線

    上述這些問(wèn)題可以通過(guò)采用新型的電動(dòng)機(jī)電子控制器（即軟起動(dòng)器）來(lái)加以解決。軟起動(dòng)器是采用微處理器控制技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)三相晶閘管的相位角來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)降壓起動(dòng)，從而避免電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的大電流峰值。現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的軟起動(dòng)器均可達(dá)到以下技術(shù)指標(biāo)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可在0.15～1.5Mn，起動(dòng)電流可在1.5～5In之間靈活調(diào)整。由于軟起動(dòng)器是采用微處理器控制技術(shù)的新型電力電子裝置，除了上述的優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下有別于傳統(tǒng)降壓起動(dòng)方式的特點(diǎn)：
    （1） 結(jié)構(gòu)緊湊，占有空間小，容易安裝在電控柜內(nèi);
    （2） 設(shè)有多種可供選擇的起動(dòng)和停車過(guò)程的整定參數(shù),參數(shù)設(shè)置靈活;
    （3） 具有多種電機(jī)保護(hù)和監(jiān)視功能；
    （4） 安裝和調(diào)試簡(jiǎn)單；
    （5） 保護(hù)傳動(dòng)機(jī)械，避免浪涌轉(zhuǎn)矩的損害。
    鑒于上述多種優(yōu)點(diǎn)，立式剪板機(jī)主電機(jī)采用軟起動(dòng)器對(duì)主機(jī)進(jìn)行軟起動(dòng)控制。
　
[$page]    3  軟起動(dòng)器的選型及其外圍線路設(shè)計(jì)

    立式剪板機(jī)的起動(dòng)過(guò)程屬于帶標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載常規(guī)起動(dòng)，因此軟起動(dòng)器的選型可以直接從其產(chǎn)品選型手冊(cè)中查出。主電動(dòng)機(jī)參數(shù)為：Pn=37kW，In=72A。查ABB公司的軟起動(dòng)器產(chǎn)品選型手冊(cè)，滿足電壓等級(jí)400V、額定電流≥72A這一技術(shù)條件的軟起動(dòng)器型號(hào)為：PSS85/147-500L，其技術(shù)參數(shù)為：In=85A。

    圖2 軟起動(dòng)器外圍電路原理圖

    立式剪板機(jī)軟起動(dòng)器外圍控制電路如圖2所示。由于軟啟動(dòng)器用普通晶閘管做功率元件，它在完全開(kāi)通后仍存在壓降損耗，并且伴有熱量產(chǎn)生，所以采用在軟起動(dòng)器完成主機(jī)軟起動(dòng)任務(wù)后，用一個(gè)旁路接觸器接入主電路，讓軟起動(dòng)器退出運(yùn)行。這樣做可帶來(lái)以下好處:
    （1） 減少了晶閘管元件的通態(tài)損耗；
    （2） 由于晶閘管元件在下一次起動(dòng)前已經(jīng)冷卻下來(lái)，這對(duì)于軟起動(dòng)器的工作更為有利。
    
    針對(duì)立式剪板機(jī)的近似恒力矩負(fù)載特性，采用起動(dòng)電流限制的軟起動(dòng)方式。軟起動(dòng)器PSS85/147-500L在用于起動(dòng)電流限制的軟起動(dòng)方式時(shí)，其端子11、12應(yīng)接入用于電流檢測(cè)的外置電流互感器，電流互感器選用安科瑞公司產(chǎn)品，