施耐德Altistart48 系列软起动器在螺杆空压机上的应用

0 引言

三相鼠笼式异步电动机作为基本的动力执行设备以其性能稳定、结构简单、维修方便等优点，在各行各业中得到广泛的应用。但是异步电动机本身也具有一定的缺点：

1)异步电动机起动时，要产生较大的冲击电流，一般可达到额定电流的4～7倍，风机类负载甚至更大，可达到额定电流的10 倍以上，对供电系统的冲击很大，直接影响供电系统的的其它用电设备的正常运行。

2)异步电动机起动转矩突变，造成机械应力冲击较大，使电动机及拖动负载设备的使用寿命降低。

3)在停机时，拖动负载突然失去转矩，容易产生水泵的水锤现象。

目前大容量的异步电动机传统的起动方式多采用Y/△转换起动，自耦变压器降压起动，饱和电抗器起动，水电阻起动等方式来实现。这些方法虽然可以起到一定的限流作用，但没有从根本上解决问题。

随着电力电子技术的快速发展，软起动器得到广泛应用。它不仅能实现在整个起动过程中无冲击而平滑的起动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数，如限流值、起动时间等。此外，它对电机还具有多种保护功能，这就从根本上解决了传统的降压起动设备的诸多弊端。

1 软起动器工作原理

智能型软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为“Soft Starter”。它主要由6只串联于电源与被控电机之间的正反并联的晶闸管组成的三相调压回路及其电子控制电路两部分组成。通过单片机模糊控制系统，运用不同的方法，控制三相晶闸管的导通角，来改变其输出电压，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，实现不同的功能，完成电动机的平滑起动。软起动器的工作原理图如图1所示。

2 施耐德软起动器的功能特点

施耐德Altistart48 软起动器是由6 只晶闸管组成的软起-软停单元，可控制三相异步电机，主要由双CPU的主控板、电机主控制回路及供电变压器构成，具有控制功能、电机保护功能以及显示、报警、参数设置等功能。本文以施耐德ATS48C25Q软起动器(额定电压230～415 V，额定电流250 A)，在螺杆空压机(电机型号Y2-315M-4，额定功率132 kW，额定电压380 V，额定电流240 A，控制电机功率132 kW)上的应用，详细介绍此款软起动器的功能特点。

2.1 施耐德软起动器的主要特点

1)优良的人性化设计。全系列产品进线端子统一，位于模块顶部，方便接线;全系列产品提供旁路接线端子，位于模块底部，分别为三个电机端子，三个旁路端子;外形美观实用，结构合理;功能完善，操作简单。

2)可靠的质量保证。采用计算机模拟设计;结合SMT贴片生产工艺;每台整机出厂前均经过整机老化、振动试验。

3)完善、可靠的保护功能。具有过热保护、输入缺相保护、输出缺相保护、三相不平衡保护、起动过流保护、运行过载保护、电源电压过低保护、电源电压过高保护、负载短路保护等保护功能。每种保护动作时都有相应的代码，用户可以方便地判断故障原因和采取相应解决办法。

4)采用施耐德独一无二的专利转矩控制方式，性能卓越，适合重载大力矩起动。电流及其他多参数的实时监控，无须热继，保护完善可靠。操作盘参数设定，简洁明了。支持Modbus/Profibus等多种通讯。

5)由散热器温度控制模块控制内部风扇;复位所有可复位故障(包括热故障);通过逻辑输入口强迫自由停车;自动再起动;捕捉旋转负载;由密码保护参数设定;电机内三角型连接(Q系列)。

2.2 施耐德软起动器的主要功能

2.2.1 主要保护功能

1)起动器热保护通过安装在散热器上的PTC传感器和所计算的晶闸管的温升值来提供热保护。

2)电机热保护根据受控制的额定电流和实际吸收的电流持续地计算电机的温升，如果电机超过了临界温升值，热故障将使电机停机。

3)超长起动时间保护如果电机起动时间超过超长起动时间保护设定值，则起动器会保护跳闸，并显示“起动时间过长”故障

4)起动器过电流保护起动器在运行过程中，由于负载太重而导致模块或晶闸管发热严重。

5)输入、输出缺相保护电源、起动器、电机连接以及所有处于电源、起动器、电机之间的电气隔离设备(接触器、断路器等)进线和出线电缆的松脱，导致接触不良，软起动器输出相是断相或是电机有损坏，都会引起输入、输出缺相保护动作。

6)过载保护软起动器在运行过程中，由于负载发生变化而导致模块或晶闸管发热严重，可检查负载与软起动器功率大小是否匹配。

2.2.2 显示、报警、参数设置功能

在软起动器的控制面板上，可显示电机运行状态，运行电流，故障报警代码;设定软起动器的各种参数值。

2.3 施耐德软起动器起动/ 停止控制模式

ATS48C25Q 软起动器有完美的起动/ 停止模式，收到外部起、停命令后，按照预先设定的起、停方式实现对电机的控制，运行(RUN)、停机(STOP)逻辑输入控制模式有以下几种：

1)2 线控制模式软起动器运行和停机是由状态1(运行)和0(停机)进行控制，RUN 和STOP 状态同时考虑。我厂污水处理厂螺杆空压机ATS48C25Q软起动器采用“2线控制模式”，电气控制原理图如图2所示。

2)3 线控制模式软起动器运行和停机是由两个不同的逻辑输入端控制，断开(状态0)STOP 输入可获得停机。在RUN输入端的脉冲一直存储到停机输入断开为止。

3)强制自由停车(LIA)模式一旦收到一个STOP命令即进行强制自由停车。在这种停车模式下，软起动器接到STOP 停止命令后立即禁止软起动器晶闸管的电压输出，软起动器的输出电压由全压逐渐减小，使电动机转速平稳降低，以避免机械震荡，直到电动机停止运行。

4)强制为本地控制模式(LIL) 如果使用了串口，则从线路模式转为本地控制模式。

3 软启动器参数及故障代码

ATS48C25Q软起动器参数设定如表1所列。

ATS48C25Q软起动器故障代码及故障原因如表2所列。

4 控制系统的结构

控制系统结构如图3所示，主要包括断路器、外置旁路接触器、软起动器、可编程控制器、压力传感器、进气电磁阀。

5 控制系统工作过程

当气罐气压降至空压机起动值时，可编程控制器向软起动器发出起动命令，软起动器通过晶闸管控制电动机的起动电压和电流，使空压机系统在空载状态下平滑起动。当电压达到额定值时，旁路接触器吸合，晶闸管短路，三相电源直接加在电动机上，软起动器起动完成，并向可编程控制器发起动完成信号。可编程控制器经过9 s的延时，投进气电磁阀，空压机带载运行，向气罐打气;当气罐气压达停机值时，可编程控制器切断进气电磁阀，使空压机系统进入空载状态，2 s 后向软起动器发停机令，在软起动器的控制下，电动机逐渐减速至完全停机。自动/手动控制空压机启、停，控制方式通过工作方式切换开关选择。

自动工作方式时，根据气罐气压的变化自动启停空压机。

手动方式时可编程控制器退出运行，在软起动器现场控制箱上面手动操作起动、停止按钮控制空压机的运行与停止，控制室设有急停按钮，控制空压机事故情况下的紧急停车。根据空压机系统的实际情况，选择电机的起、停方式是限流软起动和软停车。

6 使用效果

ATS48C25Q软起动器运行近1 年，运行情况表明，其可靠性、功能和性能与原控制系统相比都有显著的改善和提高。主要体现在以下几点：

1)在结构上采用软起动器作为控制输出执行元件，控制逻辑用可编程控制器实现，使得系统结构简单明了，提高了控制系统的可靠性，也便于维护。

2)软起动器将起动电流控制在(3～4倍)安全范围内，改善了因起动电流较大冲击工厂用电而影响其它设备正常运行的状况。

3)起动过程采用双向晶闸管，起动过程完成后，接触器短接晶闸管的控制方式，既避免了用接触器直接控制电机接点易拉弧、粘连、烧坏等故障的发生，也节约了能源。

4)软起动、软停车方式，减少机械应力，对设备的冲击大大降低，保护设备，延长其使用寿命。

5)保护功能涉及空压机系统各不良运行工况，有利于提高设备运行可靠性。

6)控制盘上的显示功能，便于在现场全面了解设备运行情况。

7)数字化参数设定及显示直观、方便、省时。

8)由于具有完善可靠的保护功能，有效地保护了电动机及相关生产设备的使用安全，基本实现免日常维护，大大降低了维护费用。

7 结语

目前软起动器现已广泛用于冶金、钢铁、石油、化工等各个行业，主要用在空压机、泵、风机等电动机控制领域。采用传统控制结构存在诸多缺陷，对于大负载，其问题就显得更为突出，软起动器不但克服了传统控制结构的不足，而且使控制功能更加完善。