毕业设计（论文）-软启动装置在盘车电机控制系统中的应用
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毕业设计（论文）-软启动装置在盘车电机控制系统中的应用,启动,装置,电机,机电,控制系统,中的,应用,利用,运用
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西安文理学院机械电子工程系本科毕业设计（论文）题目软启动装置在盘车电机控制系统中的应用专业班级08机电（2）学号08102080242学生姓名蒲莹指导教师韩希煜设计所在单位西安陕鼓动力股份有限公司2012年5月软启动装置在盘车电机控制系统中的应用摘要随着电力电子器件和技术的发展，电动机启动方式不断地发展变化，软启动技术应允而生。软启动装置对电机有极大的保护功能，从根本上解决了传统的降压启动设备的诸多弊端，因此在工业领域得到了广泛的应用。本文通过对电机机械特性和软启动技术深入的学习研究，结合盘车电机启动时必须考虑的多种因素，重点研究软启动技术在盘车电机控制系统中的应用，制定了某透平系统盘车电机的软启动设计方案，并结合相关参数对软启动内部参数进行了设定，最后结合PROSOFT软件对该启动方案进行深入的分析研究。软启动技术的成功应用，使盘车电机启动技术又进了一大步。关键字软启动器盘车电机设计方案PROSOFTSOFTSTARTDEVICEAPPLYINTHECONTROLSYSTEMOFTURNINGMOTORABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFPOWERELECTRONICDEVICESANDTECHNOLOGIES,MOTORSTARTINGMETHODSDEVELOPMENTANDCHANGES,SOFTSTARTTECHNOLOGYPROMISEDBORNSOFTSTARTDEVICEISAGREATMOTORPROTECTIONFUNCTION,AFUNDAMENTALSOLUTIONTOTHEMANYSHORTCOMINGSOFTHETRADITIONALSTEPDOWNOFTHEBOOTDEVICE,ANDTHEREFOREHASBEENWIDELYUSEDINTHEINDUSTRIALFIELDINTHISPAPER,THEMECHANICALPROPERTIESOFMOTORANDSOFTSTARTTECHNOLOGY,INDEPTHSTUDYANDRESEARCH,COMBINEDWITHTURNINGMOTORSTARTMUSTCONSIDERAVARIETYOFFACTORS,FOCUSINGONSOFTSTARTTECHNOLOGYINTHETURNINGMOTORCONTROLSYSTEM,DEVELOPEDATURBINESYSTEMTRAYCARMOTORSOFTSTARTDESIGN,COMBINEDWITHTHERELEVANTPARAMETERSTOSETTHEINTERNALPARAMETERSOFTHESOFTSTART,ANDFINALLYSTARTTHEPROGRAMINDEPTHANALYSISWITHPROSOFTSOFTWARETHESUCCESSFULAPPLICATIONOFTHESOFTSTARTTECHNOLOGY,THETURNINGMOTORSTARTTECHNOLOGYABIGSTEPKEYWORDSSOFTSTARTDEVICETURNINGMOTORSTARTPROJECTPROSOFT目录第一章绪论111软启动装置在盘车电机控制系统中的发展概况112选题的目的与意义113本课题主要讨论问题2第二章电机的机械特性和盘车结构321异步电动机的机械特性3211固有机械特性3212人为机械特性422盘车结构5221具有摆动齿轮的盘车装置的构造和工作原理5222具有螺旋轴电动盘车装置和工作原理62233S离合器7第三章电机启动方式与软启动技术931电机启动方式9311三相笼形异步电动机的直接启动9312定子串电阻或电抗器降压启动10313Y/降压启动11314软启动11315变频启动1232软启动技术介绍12321软启动的启动方式12322软启动器的工作原理12323与传统减压启动方式区别12324选择软启动的好处13第四章ABB软启动装置与盘车启动设计方案1541ABB软启动器的特点1542ABB软启动器的选型1543盘车电机的启动方案18431盘车电机的控制回路18432盘车电机的运行流程图1944软启动装置的安装与调试20443软启动器调试参数整定表20第五章启动效果分析2751ABB软启动器的选型参数表2752预期效果29结束语30致谢31参考文献32附录34西安文理学院本科毕业设计（论文）第1页第一章绪论11软启动装置在盘车电机控制系统中的发展概况软启动器行业在上世纪九十年代进入中国市场，2000年以后开始加速发展。从市场集中度来看，2009年软启动器市场处于相对集中的状态，外资品牌数少，占有率高；内资品牌数量多，占有率低，且国内企业之间的差距也相对较大。软启动器产品的主要应用领域有电力、冶金、建材、机床、石化和化工、市政、煤炭等七个主要行业，这七个主要行业的市场容量占整个国内软启动器市场的61左右。由于软启动器具有软启动，软停止，泵控制，定时低速运行等多种功能，因此将软启动装置运用于盘车电机的启动过程能够实现电机平滑、均匀稳定的启动，避免大电机启动时对电网的冲击，减少机械震动和噪音，减少供电线路的电耗。目前我国已经开发出来的固态降补软启动装置，其启动性能达到国内领先、国际先进水平，但由于没有相应的标准和规范，影响了其进一步的推广应用。美国、德国等发达国家,从20世纪70年代便开始研究软启动技术与设备。ABB、施耐德、罗克韦尔在这方面的技术已相当成熟了。例如，丹麦丹佛斯工业有限公司生产的MCD3000型工业软启动器，在风机系统中得到了很好的应用，在机组开机前，先用盘车电机把风机主轴拖动起来，使它主轴上形成一层油粘膜，减少机组静阻力矩，便于机组启动。由于软启动装置在电机启动方面的优点，将对今后城市供水系统的增压泵站和水库泵站设计和改造带来非常深远的意义。电动机软启动技术在不断发展，随着电力电子器件和技术的发展，电动机的软启动有几个值得重视的分支磁控软启动、晶闸管软启动SCR、液阻软启动，其中以晶闸管（SCR）软启动应用最为广泛。为便于控制，软启动器和开关及控制电路可以设计一个完整的电机控制中心以实现对电机的综合控制及故障记录报警，可实现控制集成化；软启动器与可编程序控制器（PLC）组合后，使控制系统的设计更为方便灵活及可靠，可实现控制的数字化；与计算机网络技术相结合可实现控制的智能化和网络化。12选题的目的与意义伴随传动控制对自动化要求的不断提高，采用可控硅为主要器件、单片机为控制核心的智能型电动机启动设备软启动器，已在各行各业得到越来越多的应用，由于软启动器性能优良、体积小、重量轻，具有智能控制及多种保护功能，而且各项启动参数可根据不同负载进行调整，其负载适应性很强，因此电子式软启动器将逐步取代落后的Y/、自耦减压和磁控式等传统的减压启动设备成为必然。伴随着电力电子技术的快速发展，智能型软启动器也得到广泛应用。智能型软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的新颖电机控制装置，又称为SOFTSTARTER。它不仅实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机，西安文理学院本科毕业设计（论文）第2页而且可根据电动机负载的特性来调节启动过程中的参数，如可自由设置的加减速斜波时间；可变的初始启动力矩；与外部控制回路对接的控制端；可设置的继电器输出端口，用来指示控制器的状态；有模拟输出端口，用来连接外部显示仪表等。此外，它还具有多种对电机的保护功能，这就从根本上解决了传统的降压启动设备的诸多弊端，因此在工业应用领域得到了很大的推广。13本课题主要讨论问题本课题电机启动的必要条件1足够大的电网容量电网容量太小，则电动机启动时会造成母线电压的大幅下降；2启动转矩大于被拖动阻力矩电动机转矩低于负载阻力矩就会启动堵转；3机组能够容忍的电动机冲击力矩启动电流较大，会造成冲击；4启动时间小于电动机自身允许的时间启动时间过长发热会损坏电机。通过了解电机的各种启动方式，总结其原理和异同。了解盘车的结构及工作原理，掌握盘车电机选用软启动装置启动的优点。深入研究软启动装置的相关资料，理解其工作原理并选择一种型号的软启动装置对其结构原理进行分析。选择一固定的盘车电机用软启动装置对其实现控制，分析其控制原理，并提供详细的分析设计报告。编写控制程序，并对程序进行验证测试。西安文理学院本科毕业设计（论文）第3页第二章电机的机械特性和盘车结构21异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩TE与转速N（或转查率S）之间的函数关系。211固有机械特性三相异步电动机在电压、频率均为额定值不变时，在定转子回路中不串入任何电路元件条件下的机械特性称为固有机械特性。其TES曲线（也即TEN曲线）如图21所示。其中，曲线1为电源正相序时的机械特性曲线，此时异步电动机处于正向电动运行状态；曲线2为电源负相序时的机械特性曲线，此时异步电动机处于反向电动运行状态。从图21中看出三相异步电动机固有机械特性不是一条直线，它具有以下特点,NABSMTSTEO21CD图21三相异步电动机的固有机械特性1）在0S1，即N1N0的范围内，特性在第一象限，电磁转矩TE和转速N都为正，从这个方向规定判断，TE与N同方向，与N1同方向。电动机在此范围内是电动运行状态。2）在S0范围内，NN1,特性在第二象限，电磁转矩TE为负，电磁功率也是负值，是发电状态。机械特性在S0和S0两个范围内近似对称。3）在S1范围内，N0，特性在第四象限，TE0，也是一种制动状态。在第一象限电动状态的特性上，设A点NN1,TE0,为理想空载运行点；B点为额西安文理学院本科毕业设计（论文）第4页定运行点，电磁转矩与转速均为额定值，；C点是电磁转矩最大NNNET点，；D点启动点，N0,。MSETEST此外，异步电动机的机械特性可视为由两部分组成即当负载转矩时，NLT机械特性近似为直线，称为机械特性的直线部分，又可称为工作部分，因为电动机不论带何种性质的负载均能稳定运行；当时，机械特性为一曲线，称为机械MS特性的曲线部分，有时又称之为非工作部分。但所谓非工作部分是仅对恒转矩负载或恒功率负载而言，因为电动机这一特性段与这类负载转军特性的配合，使电力拖动系统不能稳定运行，而对于风机类负载，则在这一特性段上系统却能稳定工作。212人为机械特性三相异步电动机在改变电源电压、电源频率、定子极对数或增大定、转子阻抗的情况下，所得到的机械特性称为人为机械特性。关于改变电源频率，定子极对数的人为机械特性将在三相异步电动机的调速中介绍。1降低定子端电压的人为机械特性在电磁转矩的参数表达式中，保持其他量不变，只改变定子电压的大小。但SU由于异步电动机的磁路在额定电压下工作于近饱和点，故不宜再升高电压，所以只讨论降低定子电压时的人为机械特性。SU因为异步电动机的同步转速N1与电压无关，所以不同电压的人为机械特SUS性线上的理想空载点是同一点。由电磁转矩的参数表达式可知，电磁转矩和ET的二次方成正比，为此最大电磁转矩以及启动转矩都要随的降低而按SUEMTSTTSU二次方规律减小。临界转差率与电压无关。由此，绘制出不同电压时的机械MSS特性如图22所示西安文理学院本科毕业设计（论文）第5页NSMUS21NUS2OTE图22改变定子电压的人为机械特性2定子回路串三相对称电阻的人为机械特性在其他量不变条件下，仅改变异步电动机定子回路的电阻，如在定子回路中串三相对称电阻R。定子回路串如电阻并不影响同步转速,但是最大电磁转矩、1NEMT启动转矩和临界转差率都随着定子回路电阻增大而减小。定子串三相对称电STTMS阻人为机械特性如图23所示N1R21SMRS21SOTE图23定子串三相对称电阻的人为机械特性22盘车结构盘车装置是用于机组启动时，带动转子低速旋转以便使转子均匀加热，或在停西安文理学院本科毕业设计（论文）第6页机后盘动转子旋转，保持转子均匀冷却，减小转子变形的可能。启动前盘动转子，可以用来检查汽轮机是否具备启动条件，如动静部分是否存在磨擦，主轴弯曲度是否正常等。汽轮机停机后，汽缸和转子等部件由热态逐渐冷却，其下部冷却快，上部冷却慢，转子因上下温差而产生弯曲，弯曲程度随着停机后的时间而增加，对于大型汽轮机，这种热弯曲可以达到很大的数值，并且需要经过几十个小时才能逐渐消失，在热弯曲减小到规定数值以前，是不允许重新启动汽轮机的。因此，停机后，应投入盘车装置，盘车可搅和汽缸内的汽流，以利于消除汽缸上、下温差，防止转子变形，有助于消除温度较高的轴颈对轴瓦的损伤。对盘车装置的要求是它既能盘动转子，又能在汽轮机转子转速高于盘车转速时自动脱开，并使盘车装置停止转动。盘车装置的主要零件有盘车马达、减速用的传动齿轮以及啮合小齿轮，盘车大齿轮、啮合和脱开用的操纵杆、自动啮合的操纵机构等。221具有摆动齿轮的盘车装置的构造和工作原理装置主要由齿轮组、摆动壳、曲柄、连杆、手轮、行程开关、弹簧等组成。齿轮组通过两次减速后带动转子转动。工作原理盘车装置脱开时，摆动壳被杠杆系统吊起，摆动齿轮与盘车齿轮分离；行程开关断路，电动机不转，首轮上的缩紧销将手轮锁在脱开位置；连杆在压缩弹簧的作用下推紧曲柄，整个装置不能运动。投入盘车时，拔出锁紧销，逆时针转动手轮，与手轮同轴的曲柄随之转动，克服压缩弹簧的推力，带动连杆向右下方运动；拉杆同时下降，使摆动壳和摆动轮向下摆动，当摆动轮与盘车齿轮进入啮合状态时，行程开关闭合，接通电动机电源，齿轮组即开始转动。由于转子尚处于静止状态，摆动齿轮带着摆动壳继续顺时针摆动，直到被顶杆顶住。此时摆动壳处于中间位置，摆动轮与盘车齿轮完全啮合并开始传递力矩，使转子转动起来。盘车装置自动脱开过程如下冲动转子以后，盘车齿轮的转速突然升高，而摆动齿轮由主动轮变为被动轮，被迅速推向右方并带着摆动壳逆时针摆动，推动拉杆上升。当拉杆上端点超过平衡位置时，连杆在压缩弹簧的推动下推着曲柄逆时针旋转，顺势将摆动壳拉起，直到手轮转过预定的角度，锁紧销自动落入锁孔将手轮锁住。此时行程开关动作，切断电动机电源，各齿轮均停止转动，盘车装置又恢复到投用前脱开状态。操作盘车停止按钮，切断电源，也可使盘车装置退出工作。222具有螺旋轴电动盘车装置和工作原理螺旋轴电动盘车的装置电动机、联轴器、小齿轮、大齿轮、游动齿轮、螺旋轴、盘车齿轮、保险销、手柄等组成。啮合齿轮内表面铣有螺旋齿与螺旋轴相啮合，啮合齿轮沿螺旋轴可以左右滑动。西安文理学院本科毕业设计（论文）第7页示图说明电动机5通过小齿轮1、大齿轮2、游动齿轮3及盘车大齿轮4,带动汽轮机主轴旋转。游动齿轮与螺旋轴之间用螺旋滑动键相连，推动手柄可以改变游动齿轮在螺旋轴上的位置，并同时控制润滑油错油门和电动机行程开关。投入盘车装置时，首先拔出保险销，然后将手柄从原位向左推，使游动齿轮3在手柄下部叉杆的作用下向右移向盘车大齿轮4，当两个齿轮接触时，应试推手柄并盘动电动机的联轴器，使游动齿轮3与盘车大齿轮4完全啮合并靠在凸肩上，当手柄推至工作位置时，润滑油错油门自动接通，向盘车机构供油，同时手柄的偏心轮使电动机行程开关闭合接上电源，再按启动按钮，盘车装置即投入工作，带动转子旋转。通过螺旋齿的轴向分力，齿轮3被压紧在凸肩上。当汽轮机冲转以后，转子转速高于盘车转速时，则游动齿轮3反被盘车大齿轮4带动，此时螺旋齿的轴分力改变了方向，齿轮3便被推向左边直至退出啮合位置，手柄等部件借助润滑油错油门下部弹簧及油压作用回到原位，保险插销自动落入销孔，同时断开电动机电源，盘车装置停止工作。若需手动停止盘车，只要切断电动机电源即可。电源被切断后，电动机停转，螺旋轴亦随之停转，汽轮机转子因惯性仍在旋转，游动齿轮变成被动状态并向左退出（与自动推出原理相同）最后使手柄回到原位，盘车装置处于停用状态。图24盘车的工作原理图本盘车装置带有半自动切换离合器，需要电动盘车装置工作时采用手动方式使盘车齿轮对啮合，当机组启动时，切换离合器会自动脱开，切换离合器脱开后发出信号使盘车电机停止工作。西安文理学院本科毕业设计（论文）第8页2233S离合器由于本课题主要涉及的事3S离合器，现将该离合器做详细的介绍。SSS是自动同步器首字母的缩写，表明本离合器可通过主动轮齿和从动轮齿的啮合、控制轴向移动自动实现主动齿轮和从动轮齿以同一速度运动。当主动轮的速度低于从动轮速度时，离合器将自动停止工作。SSS离合器的基本工作原理和安装在螺钉上螺帽的工作状况很类似。螺钉转动时，如果不给螺帽施加任何外力，螺帽将随着螺钉一起转动；如果施加外力阻止螺帽的转动，那么螺帽将沿着螺钉做直线运动，向着靠近螺钉的方向或远离螺钉的方向移动。SSS离合器的输入轴开有花键槽，好比螺钉上的螺纹，在花键槽上有一个可滑动的装置，类似螺帽。这个滑动装置在其靠近输出轴的外表面有抓齿，在靠近输入轴的地方有棘齿。当输入轴启动时，最初这个滑动装置将随之转动，很快其上的棘齿将碰到输出轴环上的棘爪，棘爪阻止着整个滑动装置的旋转，从而使得主动轮和从动轮的抓齿联系在一起。输入轴继续转动，滑动装置将在棘爪的作用下沿着输入轴上的螺旋花键槽做轴向移动，棘爪和棘齿的接触使得从动抓齿接触到主动抓齿的侧面，从而带动主动轮和从动轮的抓齿顺利接合。直至滑动装置滑动到输入轴侧的花键槽顶端，输入轴的扭矩才可以真正带动从动轴的转动，这时棘爪和棘齿的作用消失，而主动抓齿和从动抓齿真正投入工作。整个滑动过程，螺旋花键无需增加额外的受力，就像将螺帽从螺钉上拧下来，螺纹不需增加额外的受力一样。当输入轴的转速下降，小于输出轴转速，螺旋花键槽将受到反方向的扭矩，滑动装置将退至停止工作的位置，而离合器输出轴仍在高速转动，棘爪受到离心力作用而与棘齿分开。SSS离合器可连续工作或连续最高速操作，而不会引起事故。西安文理学院本科毕业设计（论文）第9页第三章电机启动方式与软启动技术31电机启动方式在本章节中我们主要对三相笼形异步电动机进行分析。所谓三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。根据工程应用我们知道三相异步电动机在启动时启动转矩并不大，但转子绕组中的电流I很大，通常可达额定电流的47倍，从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的47倍。这么大的启动电流将带来下述不良后果。（1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够使电动机根本无法启动。（2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使用寿命。（3）造成过流保护装置误动作、跳闸。（4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其他设备的正常运行。因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下，还要求限制启电流在允许的范围内。三相笼形异步电动机的启动有两种方式，第一种是直接启动，即将额定电压直接加在电动机定子绕组端。第二种是降压启动，即在电动机启动时降低定子绕组上的外加电压，从而降低启动电流。启动结束后，将外加电压升高为额定电压，进入额定运行。两种方法各有优点，应视具体情况具体确定。从电动机容量的角度讲，通常认为满足下列条件之一的即可直接启动，否则应采用降压启动的方法。西安文理学院本科毕业设计（论文）第10页（1）容量在10KW以下（2）符合下列经验公式）启动电机功率（）供电变压器容量（KW4AV3NSTI311三相笼形异步电动机的直接启动全压启动是最常用的启动方式，也称为直接启动。它是将电动机的定子绕组直接接入电源，在额定电压下启动，具有启动转矩大、启动时间短的特点，也是最简单、最经济和最可靠的启动方式。是小型笼形异步电动机主要采用的启动方法，如图31所示。图31三相笼形异步电动机的直接启动312定子串电阻或电抗器降压启动三相笼形异步电动机启动时，在电动机定子电路串入电阻或电抗器，使加到电动机定子绕组端电压降低，减少了电动机上的启动电流。图46是三相笼形电动机定子绕组串电阻降压启动的原理图，其工作情况为合上刀开关Q，在开始启动时，KM1主触点闭合，KM2主触点断开，电动机经电阻接入电源，电动机在低压状态下开始启动。当电动机的转速接近额定值时，使KM1断开、KM2接通，切除了电阻，电源电压直接加在电动机上，启动过程结束。这种启动方法不受电动机定子绕组接法形式的限制，但由于启动电阻的存在，将使设备体积增大，电能损耗大，目前已较少采用。西安文理学院本科毕业设计（论文）第11页图32三相异步电动机定子方串电阻降压启动313Y/降压启动对于正常运行为Y/形接法的三相交流异步电动机，若在启动时将其定子绕组接为Y形，则启动时其定子绕组上所加的电压仅为正常运行的，降低了启动31电压。目前生产的Y系列功率在4KV以上的中小型三相异步电动机，其定子绕组的规定接法一般为形接法，所以在启动时，可以对其采用Y/降压启动方法，即在电动机启动过程中，将定子绕组接成Y形接法，启动过程结束后，再接成形接法。图33是Y/降压启动的原理图，其工作情况如下。西安文理学院本科毕业设计（论文）第12页图33Y/降压启动原理图合上开关QF后，若要启动电动机，则交流接触器KM1和KM2的主触点同时闭合，KM1将电动机的定子绕组接成Y形，KM2将电源引到电动机定子绕组端，电动机降压启动。当电动机的转速接近于稳定值时，KM1先断开而后KM3立即闭合，将电动机定子绕组的Y形接法解除而接成形，进入额定运行状态。三相笼形异步电动机的Y/降压启动简单，运行可靠，应用较广泛。但它只适用于正常运转时定子绕组为接的电动机。314软启动软启动时电压由零慢慢提升到额定电压，这样在启动过程中的启动电流，就由过去过载冲击电流不可控制变成为可控制。电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。待电机达到额定转速时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。315变频启动变频器亦叫电动机变频调速器是一种静止的频率变换器它把电力配电网50HZ恒定频率的交流电变成可调频率的交流电供普通的交流异步电动机作电源用，其西安文理学院本科毕业设计（论文）第13页最主要的特点是具有高效率的驱动性能和良好的控制特性，应用变频器不仅可以节约大量电能。32软启动技术介绍321软启动的启动方式软启动一般有下面几种启动方式（1）斜坡升压软启动；（2）斜坡恒流软启动；（3）阶跃启动；4脉冲冲击启动322软启动器的工作原理软启器采用三相反并联晶闸管作为调压器，将其接入电源和电动机定子之间。这种电路如三相全控桥式整流电路。使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。待电机达到额定转数时，启动过程结束，软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管，为电动机正常运转提供额定电压，以降低晶闸管的热损耗，延长软启动器的使用寿命，提高其工作效率，又使电网避免了谐波污染。软启动器同时还提供软停车功能，软停车与软启动过程相反，电压逐渐降低，转数逐渐下降到零，避免自由停车引起的转矩冲击。323与传统减压启动方式区别（1）无冲击电流软启动器在启动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机启动电流从零线性上升至设定值。对电机无冲击，提高了供电可靠性，平稳启动，减少对负载机械的冲击转矩，延长机器使用寿命。（2）有软停车功能即平滑减速，逐渐停机，它可以克服瞬间断电停机的弊病，减轻对重载机械的冲击（3）启动参数可调根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的启动电流。西安文理学院本科毕业设计（论文）第14页324选择软启动的好处电动机直接全压启动的危害性及软启动好处1引起电网电压波动，影响同电网其它设备的运行交流电机在全压直接启动时，启动电流会达到额定电流的47倍，当电机的容量相对较大时，该启动电流会引起电网电压的急剧下降，影响电网其它设备的正常运行。软启动时，启动电流一般为额定电流的23倍，电网电压波动率一般在10以内，对其它设备的影响非常小。2对电网的影响对电网的影响主要表现在两个方面透平机组电动机直接启动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定。启动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。软启动时启动电流大幅度降低，以上影响可完全免除。3伤害电机绝缘，降低电机寿命大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低。大电流产生的机械力使导线相互摩擦，降低绝缘寿命。高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。软启动时，最大电流降低一半左右，瞬间发热量仅为直起的1/4左右，绝缘寿命会大大延长；软起时电机端电压可以从零起调，可完全免除过电压伤害。4动力对电机的伤害大电流在透平机组电动机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。软启动时，由于最大电流小，则冲击力大大减轻。5对机械设备的伤害全压直接启动时的启动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。软启动的转矩不会超过额定转矩，上述弊端可以完全克服。当采用减压启动时，上述危害只有一定程度的降低；当采用软启动时，上述危害几乎完全消失；独立变压器供电方式直接启动只能在电网电压波动方面有所缓解，而其它方面的危害都照样存在。透平机组电动机的价值都很高，在生产中也都起着核心作用。它的一点故障西安文理学院本科毕业设计（论文）第15页便会造成很大的经济损失，对它采用完善的保护是非常必要的。比如说对一台电机我们不能指望它的各处绝缘都是完全一致的，可能在某一点就有个薄弱环节，出厂试验时它能通过，但在长时间的冲击下这个薄弱环节会逐渐首先显露出来，使其寿命缩短。如果我们采取软启动，则可以大大延长电机的使用寿命。图34直接启动、星/三角启动、软启动在电动机电压中的不同表现图35直接启动、星/三角启动、软启动在电动机电流中的不同表现图36直接启动、星/三角启动、软启动在电动机转矩中的不同表现第四章ABB软启动装置与盘车启动设计方案软启动的厂家很多，ABB、施耐德、罗克韦尔在这方面的技术已相当成熟了，而西安文理学院本科毕业设计（论文）第16页且他们的产品在国际间得到了广泛的应用。通过对盘车电机的分析，以及对成本、效率等的分析，综合考虑后我们选用的是ABB厂家生产的软启动装置。41ABB软启动器的特点电力电子技术的快速发展，智能型软启动器得到广泛应用。软启动器的工业信息化，得益于ABB广泛推行产品标准化的概念，如今通过工业信息化的元件无论它们是产品还是系统，软件还是硬件，都可以作为更大型解决方案的“构建模块”，实现在实时自动化和信息系统中的无缝运作。在产品的层次上，带有ABB工业信息化标志的产品可以完美的配合工作。关于所有产品的相关信息都有基于ASPECTOBJECT技术的电子版周期中都配备有进行有效安装，使用和维护所需的工具。20世纪80年代初，ABB就一直生产软启动器，并且拥有宝贵的经验。如今这些经验也融入到产品系列的设计中。最新推出的PST系列是ABB在软启动技术上的一次重大进步。应用了现代电力电子学中的职能电路和软件，ABB开发出的软启动和停止时的电流和电压，同时还参加了几种设计特性。交流电动机被称做“工业的驮马”，用于驱动风扇、压碎机、搅拌机、水泵、输送带等设备。在全世界的生产中，经常引发不必要的负荷高峰。这些不良的启动方式造成多方面的损坏，其中包括1、电气问题在直接启动或者星三角启动中产生的电压和电流突变，带来了大量的电器问题，这些突变现象可能使得本地电网过载，并产生不可变动的电压波动，从而影响与电网连接的其他设备。2、机械问题，整条输送带都会受到剧烈的影响。3、运行问题，例如管道的压力、损坏输送带上的产品，一级引起唱作升降机的不舒适。经济损失也应当备受关注的每个技术问题和故障后，一级因需要维修及停产造成的大量损失。解决这些问题的简单方法是安装ABB的PSR、PSS或者PST型软启动器。有了ABB软启动器就可以顺畅的启动和停止，最大程度的减少机械上呵电器上的冲击。42ABB软启动器的选型目前市场上常见的软启动器有旁路型、无旁路型、节能型等。根据负载性质选择不同型号的软启动器。旁路型在电动机达到额定转数时，用旁路接触器取代已完成任务的软启动器，降低晶闸管的热损耗，提高其工作效率。也可以用一台软启动器去启动多台电动机。无旁路型晶闸管处于全导通状态，电动机工作于全压方式，忽略电压谐波分量，经常用于短时重复工作的电动机。节能型当电动机负荷较轻时，软启动器自动降低施加于电动机定子上的电压，减少电动机电流励磁分量，提高电动机功率因数。我们可以根据ABB公司提供的PROSOFT软件选择适合我们的软启动器。输入所用软启动器的基本参数，如下图所示西安文理学院本科毕业设计（论文）第17页图41设定所选软启动器的参数软启动器的计算数据设置如下表所示图42软启动器的计算数据设置图其设置后得到的数据如下图所示西安文理学院本科毕业设计（论文）第18页图43软启动器的选型结果图在实际工程中，选用的设备不仅要满足工程需要，而且也应该有一定的保护功能，在本次选型中，为了防止超载所带来的工程损失，选定的软启动器比通过PROSOFT软件选用的型号大一些。西安文理学院本科毕业设计（论文）第19页43盘车电机的启动方案431盘车电机的控制回路2L13N10QA10FU210FU3VW1LB325LB3VPNC5462T146T31892015670UV0W210KM10KA10UV10WM3310U10QA1010SA10SBE10SB2E10SB3E10KA210XWK10XWK2N10310579106104102说明3说明441210K说明103K210KA说明2410AT61710KM10KAI10510HG210AT92010710KA210HY10HY210KA10910KM10210HR10HR210AT278102310QA102510QA102910310310KA1035103710K1039盘车电机2KW380VAC控制电源熔断器手动控制自动控制旁路运行运行指标软起动器故障指示停运指示电源去自控系统信号盘车电机控制回路图44盘车电机的控制回路西安文理学院本科毕业设计（论文）第20页432盘车电机的运行流程图开始转换开关10SA打到手动位置断路器10QA闭合软启动器10AT点10与4、5接通停运指示灯灭运行指示灯亮10KA1开点闭合，闭点断开中间继电器10KA1线圈得电按钮10SB3闭合交流接触器10KM线圈得电，主触点闭合，盘车电机切至旁路软启动器10AT，点16、17接通，发出旁路信号启动完成自动过程与此类似图45盘车电机的运行流程图西安文理学院本科毕业设计（论文）第21页44软启动装置的安装与调试443软启动器调试参数整定表序号描述显示文本设定范围预设值实际值1设定电流LE设置9,01207A各自不同取决于软启动器的规格44A2升压时间升压时间130S,1120S10S12S3降压时间降压时间030S,0120S0S0S4初始电压初始电压307030305结束电压结束电压307030306级落电压级落电压301001001007限流倍数限流倍数2070XLE40XLE40XLE8冲击启动冲击启动是，否否否9冲击启动电压冲击启动电压50100505010冲击启动时间冲击启动时间0115S02S02S11升压时间范围升压时间范围130S,1120S130S130S12降压时间范围降压时间范围030S,0120S030S030S13电机过载保护类型电机过载保护无，常规，标准常规常规14过载保护类别电机过载类别10A,10,20,30101015双重启动过载类别电机过载类别10A,10,20,30101016双重运行过载类别运行过载类别10A,10,20,30101017过载保护方式过载保护方式手复位,自复位,仅指示手复位手复位18转子堵转保护转子堵转保护是，否否否19堵转跳闸程度堵转跳闸程度0580XLE40XLE40XLE20堵转跳闸时间堵转跳闸时间0210S10S10S21堵转保护方式堵转保护方式手复位,自复位,仅指示手复位手复位22电机欠载保护电机欠载保护是，否否否23欠载跳闸程度欠载跳闸程度0408XLE05XLE05XLE24欠载跳闸时间欠载跳闸时间130S10S10S25欠载保护方式欠载保护方式手复位,自复位,仅指示手复位手复位26三相失衡保护三相失衡保护是，否否否27三相失衡程度三相失衡程度10808080西安文理学院本科毕业设计（论文）第22页28失衡保护方式失衡保护方式手复位,自复位,仅指示手复位手复位29大电流保护大电流保护是，否否否30大电流处理大电流处理手复位,自复位,仅指示手复位手复位31逆向保护逆向保护是，否否否32逆向保护方式逆向保护方式手复位,自复位,仅指示手复位手复位33PTC电机温度保护电机温度保护是，否否否34PTC电机温度保护方式温度保护方式手复位,自复位,仅指示手复位手复位35旁路监测方式旁路监测是，否否否36大电流报警大电流报警是，否否否37大电流报警值大电流报警值0550XLE1,2XLE1,2XLE38电机欠载报警电机欠载报警是，否否否39欠载报警值欠载报警值0410XLE08XLE08XLE40电机过载报警电机过载报警是，否否否41电机过载程度电机过载程度4099909042SCR过载报警SCR过载报警是，否否否43缺相故障处理缺相故障处理手复位,自复位手复位手复位44总线故障处理总线故障处理手复位,自复位手复位手复位45频率故障处理频率故障处理手复位,自复位手复位手复位46内部过热处理内部过热处理手复位,自复位手复位手复位47SCR短路处理SCR短路处理手复位,自复位手复位手复位48编程输入IN0编程输入0无复位允许点动硬启动启动2总线控制关闭复位复位49编程输入IN1编程输入1无复位允许点动硬启动启动3总线控制关闭复位复位50编程继电器K4编程继电器K4运行、启动完毕、事件运行运行51编程继电器K5编程继电器K5运行、启动完毕、事件启动完毕启动完毕52编程继电器K6编程继电器K6运行、启动完毕、事件事件事件53软件输出V7软件输出V7运行、启动完毕、事件事件事件54（0K4表示的过载事件K4电机过载是、否否否西安文理学院本科毕业设计（论文）第23页）54（1）K4表示的故障事件K4任何故障是、否否否54（2）K4表示的大电流事件K4大电流是、否否否54（3）K4表示的SCR过载事件K4SCR过载是、否否否54（4）K4表示的转子堵转事件K4转子堵转是、否否否54（5）K4表示的欠载事件K4电机欠载是、否否否54（6）K4表示的三相失衡事件K4三相失衡是、否否否54（7）K4表示的PTC事件K4电机温度是、否否否54（8）K4表示的逆相事件K4逆相是、否否否54（9）K4表示的电机过载报警事件K4过载报警是、否否否54（10）K4表示的SCR过载报警事件K4SCR报警是、否否否54（11）K4表示的大电流事件K4大电流报警是、否否否54（12）K4表示的欠载报警事件K4欠载报警是、否否否5413K4表示的分励故障事件K4软停故障是、否否否550K5表示的过载事件K5电机过载是、否否否551K5表示的故障事件K5任何故障是、否否否552K5表示的大电流事件K5大电流是、否否否553K5表示的SCR过载事件K5SCR过载是、否否否554K5表示的转子堵转事件K5转子堵转是、否否否555K5表示的欠载事件K5电机欠载是、否否否西安文理学院本科毕业设计（论文）第24页556K5表示的三相失衡事件K5三相失衡是、否否否557K5表示的PTC事件K5电机温度是、否否否558K5表示的逆相事件K5逆相是、否否否559K5表示的电机过载报警事件K5过载报警是、否否否5510K5表示的SCR过载报警事件K5SCR报警是、否否否5511K5表示的大电流事件K5大电流报警是、否否否5512K5表示的欠载报警事件K4欠载报警是、否否否5513K5表示的分励故障事件K5软停故障是、否否否560K6表示的过载事件K6电机过载是、否是否561K6表示的故障事件K6任何故障是、否是否562K6表示的大电流事件K6大电流是、否是否563K6表示的SCR过载事件K6SCR过载是、否否否564K6表示的转子堵转事件K6转子堵转是、否否否565K6表示的欠载事件K6电机欠载是、否否否566K6表示的三相失衡事件K6三相失衡是、否否否567K6表示的PTC事件K6电机温度是、否否否568K6表示的逆相事件K6逆相是、否否否569K6表示的电机过载报警事件K6过载报警是、否否否5610K6表示的SCR过载报警事件K6SCR报警是、否否否5611K6表示的大电流事件K6大电流报警是、否否否5612K6表示的欠载报警事件K6欠载报警是、否否否5613K6表示的分励故障事K6软停故障是、否是是西安文理学院本科毕业设计（论文）第25页件58（0）V7表示的过载事件V7电机过载是、否是是58（1）V7表示的故障事件V7任何故障是、否是是58（2）V7表示的大电流事件V7大电流是、否是是58（3）V7表示的SCR过载事件V7SCR过载是、否否否58（4）V7表示的转子堵转事件V7转子堵转是、否否否58（5）V7表示的欠载事件V7电机欠载是、否否否58（6）V7表示的三相失衡事件V7三相失衡是、否否否58（7）V7表示的PTC事件V7电机温度是、否否否58（8）V7表示的逆相事件V7逆相是、否否否58（9）V7表示的电机过载报警事件V7过载报警是、否否否58（10）V7表示的SCR过载报警事件V7SCR报警是、否否否58（11）V7表示的大电流事件V7大电流报警是、否否否58（12）V7表示的欠载报警事件V7欠载报警是、否否否58（13）V7表示的分励故障事件V7软停故障是、否是是59总线控制总线控制是、否否否60总线型式总线型式AS1，其他其他其他61顺序启动数量顺序启动数量NO,2,3NONO621号升压时间1号升压时间130S,1120S10S10S631号初始电压1号初始电压30703030西安文理学院本科毕业设计（论文）第26页641号限流倍数1号限流倍数2070XLE40XLE40XLE651号设定电流1号设定电流901207A各自不同取决于软启动器的规格各自不同取决于软启动器的规格662号升压时间2号升压时间130S,1120S10S10S672号初始电压2号初始电压30703030682号限流倍数2号限流倍数2070XLE40XLE40XLE692号设定电流2号设定电流901207A各自不同取决于软启动器的规格各自不同取决于软启动器的规格703号升压时间3号升压时间130S,1120S713号初始电压3号初始电压3070723号限流倍数3号限流倍数2070XLE40XLE40XLE733号设定电流3号设定电流901207A各自不同取决于软启动器的规格各自不同取决于软启动器的规格74语言语言US/UK,PL,TR,RU,CN,DE,ES,FR,IT,NL,PT,SE,FI各自不同取决于软启动器的规格各自不同取决于软启动器的规格75LCD显示自动关闭LCD显示自动关闭1255MIN15MIN15MIN76密码密码02550077日期显示方式日期显示方式ISO,CE,USISOISO78年年19012038各自不同取决于软启动器的规格各自不同取决于软启动器的规格79月月112各自不同取决于软启动器的各自不同取决于软启动器的西安文理学院本科毕业设计（论文）第27页规格规格80日日131各自不同取决于软启动器的规格各自不同取决于软启动器的规格81时时023各自不同取决于软启动器的规格各自不同取决于软启动器的规格82分分059各自不同取决于软启动器的规格各自不同取决于软启动器的规格83旁路监测方式（接触器不分闸）BP不释放处理手复位，自复位手复位手复位84旁路监测方式（接触器不合闸）BP不吸收处理手复位，自复位手复位手复位85双重限流时间限流时间0120S0S0S86双重限流值限流倍数2070XLE49XLE49XLE87总线自动关闭总线控制选择YES，NO否否88启动模式启动方式电压、力矩电压电压89停止模式停止方式电压、力矩电压电压90力矩限制力矩限制2020015015091力矩控制力矩调整3030010010092模拟量输出模拟量输出YES,NONONO93模拟量输出、选择范围信号形式010V,020MA420MA420MA420MA94模拟量输出、选择输出值类型数据类型1AMP,UVOLT,PKW,PHP,QKVAR,SKVA,TMPMOT,TMPSCR,COSPHI1AMP1AMP95模拟量输出、最大电流范围最大电流值1020000A随PST（B）随PST（B）西安文理学院本科毕业设计（论文）第28页规格而定规格而定96模拟量输出、最大电压范围最大电压值101000V600V600V97模拟量输出、最大有功功率范围（KW）最大功率KW13000KW随PST（B）规格而定随PST（B）规格而定98模拟量输出、最大有功功率范围（HP）最大马力HP14000HP随PST（B）规格而定随PST（B）规格而定99模拟量输出、最大无功功率范围最大无功13000KVAR随PST（B）规格而定随PST（B）规格而定100模拟量输出、最大视在功率范围最大时功13000KVA随PST（B）规格而定随PST（B）规格而定表41软启动器参数整定表西安文理学院本科毕业设计（论文）第29页第五章启动效果分析51ABB软启动器的选型参数表通过使用ABB公司的PROSOFT软件进行软启动的选型分析，会得到如下的软启动器的选型参数表和相关的特性曲线。报告由PROSOFT30132012514164948数据库版本电机200软启动器数据库版本PST200一般数据主工作电压380V频率50HZ环境温度40C最高海拔1000M旁路接触器否工作系数100间歇系数50启动次数/小时13电机参数制造商ABBMOTORS电机型号M2AA180L4额定电流410A相对启动电流DOL70额定转速1470RPM额定功率22KW极数4PCS额定转矩143NM相对启动转矩DOL29相对最大转矩DOL28转动惯量0191KGM负载参数负载型号搅拌机西安文理学院本科毕业设计（论文）第30页折算至电机轴转动惯量191KGM负载轴转动惯量191KGM额定转速1470RPM运行功率100计算结果相对启动电流50绝对启动电流205A启动时间98S启动转矩210NM相对启动转矩15软启动器订货数据型号PST4460070额定电流440A连接方式外接电子过载继电器是控制电压100250,50/60HZV过载等级10软启动器订货号1SFA894004R7000表51软启动器型号选择参数表图51启动转矩曲线西安文理学院本科毕业设计（论文）第31页图52启动电流曲线52预期效果通过上面两幅图，我们可以观察到，在直接启动中，启动电流很大，很大的启动电流将引起配电系统的电压降，影响接在同一台变压器或同一条供电线路上的其它电气设备的正
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