探索软启动器在螺杆式空气压缩机中的应用

探索软启动器在螺杆式空气压缩机中的应用

杨文奇

云南磷化集团有限公司 云南 昆明650610

摘要：本文以KQ200潜孔钻机为研究对象，设想了软起动器在KQ200潜孔钻机中的螺杆式空气压缩机中的应用。螺杆式空气压缩机是目前被普遍采用的一种空压机，它的动力来源是一台250KW的三相异步电动机，目前潜孔钻机空压机起动采用的是星形三角形降压起动或自耦变压器降压启动，启动过程中电流过大，对电网的影响较大，功率因数也较低。若采用软启动器进行启动，在规定的时间内自动地将启动电压连续平滑地上升到额定电压，不会产生电压二次跳跃，对电网的冲击小。

关键词：空压机、降压启动、软启动器

1.启动器简述

20世纪70年代起，开始推广软启动器，采用交流调压技术的晶闸管。这种软启动器是一种新颖的电动马达控制装置，集电动马达软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一身，在国外被称为SOFTSTARTER。软启动器的组成主要是三相反并联晶闸管及其电子控制电路串接在电源和被控电动机之间。软启动器的工作原理是将电动机的输入电压从零到预设的函数关系逐步上升，直至起动结束，并赋予电动机全电压，实现软启动，控制电路采用不同的方法控制三相反并联晶闸管的导通角。电动马达在软启动时，起动力矩逐渐升高，转速也随之升高。在以上基础上，结合了功率因数控制技术，并使早期的软启动器发展为智能软启动器，而不再使用微处理器来模拟控制电路。

1. 应用软启动器的必要性

电动机起动一般采用自耦减压和星角变换减压起动方式，其中最常用的是星角变换降压起动方式，该方式下电动机的转矩与加在电动机定子上的电压平方成正比，降压起动是指电动机在起动过程中将加在电动机定子绕组上的电压降低，假设起动电压U=0.5Ue，则电动机起动时的转矩为0.25Nm(假设1Nm为额定转矩)，即起动时的转矩仅为电动机最大转矩的1/4，起动时若此时将电压U调高至电动机额定电压UE，则电动机转矩由1/4Nm骤然跃升至1Nm，这样的起动过程跳跃且不流畅，故又称作硬起动，一般降压起动控制技术可靠性差、不稳定，且每次起动或停止都会对电网及机械设备造成冲击，造成一系列技术问题。

1.2 软启动器启动的几种方式

1.2.1斜坡升压软启动(不限流)

这种启动方式是最简单的，它只对晶闸管的导通角进行调整，使之增加与时间的函数关系，而没有电流闭环式的控制。缺点是有时要产生较大的冲击电流，使晶闸管在电动机起动时因不限流而损坏，从而对电网产生较大的影响，因此在实际的起动电动机时几乎没有采用。

1.2.2斜坡恒流软启动

这种启动是在电动机起动的初期，当电流达到预先设定的值后，在起动结束前，起动电流逐渐增大并恒定不变。在起动时可以根据电动机的负载设定电流上升变化的速率。具有启动扭矩大，时间短的优点。该种方式在圆锥破碎机（HP300或HP400）中大量采用，KQ200钻机中的空压机若采用软启动器也可采用此种方式进行启动。

1.2.3 阶跃软启动

在启动前期在软启动器中设定一个电流值，开机后迅速达到所设定的电流值，这种启动方式可以达到立即的启动效果，在实际中应该应用较少。

1.2.4 脉冲冲击启动

在启动一开始极短的时间里，使晶闸管接近于全导通，然后恢复至较小导通角，进行正常的恒流软启动。这种启动方式相当于给负载一个大的冲击转矩，使负载有转动或移动，再以恒流的方式启动。如果昆阳磷矿浮选厂圆锥破碎机被矿石压死，但由于某种原因又无法清理矿石，就可以采用该种启动方式尝试启动。

1.3 软启动器原理

基本原理是利用控制功率装置可以控制硅，使电机进行动态和停压，并利用可到达定的坡度时间，控制输出为电机由可到达定的初始值向电源的全压，其原理是电压坡度的工作原理。所以，对电动机的供电容量的要求会下降，而且对电网的冲击和机械传动也会随之下降。Software启动器以三相反向并联的晶闸管为调压器，在供电和电机定子之间实现合适的联结。该回路类似于三相全控桥式整流回路，它是将触发脉冲的触发时间，通过长时间的单片机来调整触发角度的尺寸，然后将端电压调整到定子绕组上。

2 螺杆式空气压缩机简述

KQ200钻机使用的是双螺杆式空气压缩机。动力由一台250KW的三相交流异步电动机提供。电动机驱动传动轮，驱动主机的转动压缩空气，通过喷油冷却主机中的压缩空气，通过粗、精分离主机排出的空气和油混合气体，分离压缩空气中的油，最后得到一个洁净的压缩空气。冷却器以冷却空气、机油等冷却方式降低。此台空压机可为钻机提供大于10MP的压力，对于提高潜孔钻机的打孔能力有着明显的作用。

3 系统原理图设计

空压机对于电动机的要求就平稳启动，平稳停止，其他信号的处理都由专用的空压机控制器处理，在处于异常情况时，在控制器的作用下电动机需要停止运行等动作。经过对通用软启动器和空压机分析后，设计新原理图，相比于原来的星形三角形启动更简单明了，并且软启动器有很多对电机进行保护的程序和关键值。新的设计保持了启动停止还是由原来的文本显示器上的启停按钮进行操作，这有利于操作人员的操作。在原电气柜上为了更方便的指示空压机所处的状态，本设计加装了三个指示灯，一个是运行指示灯，一个是故障指示灯，第三个是报警指示灯。

4 理论分析应用后效果

设想软启动器已经安装在空压机上，为了分析方便我们假设使用的是AB软启动器，具体型号为 150-B500NBDA，适用于额电压为380V，额定电流为500A，接法为角形的三相异步电动机。实际中，KQ200钻机空气压缩机所使用的电动机为额定功率250KW，额定电压为380V，额定电流为434A，所选型号与电动机完全匹配。

实际应用中，空压机的启动一般为空载或者负载很小，所以设定软启动器的启动时间为8s，启动的限制电流为1000A，在启动过程中电压通过调压器的可控硅的导通角不断增大而增加，电压会逐步增加到额定电流，期间，电流会有一定的波动，但不会超过所设计的上限，这样就能保证电动机的转矩是我们所需要的。

当启动时间到达8s时，旁路接触器就会接通，电动机就会通过旁路接触器接入电源，但此时并不代表软启动器就失去了对电动机的控制，因为在启动之前还必须对软启动进行编程，设置过流保护（可设置为上限电流的120%，即为1200A），过载保护（过载保护是长时间超负载运转，一般设置时间为10s，电流大小为额定电流的120%，即为520A），过压保护（设置为额定值的120%，即为456V），欠压保护（设置为额定电压的80%，即为304V）等。这都是对电机在长时间运行的过程中所起的保护作用。即使在启动或运行的过程中出现了不可控制的因素，因为所设置的对电机的保护参数，软启动器都会立即出现警告并把故障代码显示在液晶屏上。

5 总结

软启动器很好的解决了大功率三相异步交流电动机的启动问题，无二次电流冲击，对于电机的长期运行是有利的，也对机械尤其是空压机阴阳转子也起到了一定的保护作用，总体来说，软启动器在KQ200钻机空压机上使用是可以的，对于空压机的长期运行也是有利的。

6 参考文献

【1】《电机软启动器在空压机改造中的应用》李永河，软件2008年第5期

【2】AB软启动器说明书·AB公司

【3】德斯兰螺杆空气压缩机使用手册·德斯兰公司

1