图1  焊联合开闭所变压器一次侧电流实时监控曲线

本文主要介绍了大功率电动机起动对供电电网和生产线的影响，并通过数据分析，应用西门子3RW44软起动器进行改善，起到了很好的效果。

我公司有3台多工位压力机，其中2台多工位压力机和1条开卷剪切落料线为原德国米勒万家顿生产制造，3条生产线共同使用1台供电变压器。供电变压器在生产过程中，经常出现一次侧主空开过载掉闸的现象。

原因分析

1.供电变压器过载的影响

变压器过载掉闸断电除了影响变压器供电的所有线体的生产外，突然断电对设备、模具也产生了潜在的风险。此外，变压器突发频繁断电对其本身寿命构成了严重威胁。变压器过载一般由大电流引起，大电流对电动机本身和供电电网均会产生不良影响：大的起动电流在绕组上产生很大的电磁力，会迫使绕组变形；过流瞬间，由于外加电压沿绕组分布不均匀，在绕组线匝间产生过电压；如果电网的容量和异步电动机的启动容量比较不够大的话，可能引起电网电压显著的下降，从而使正在电网上运行的其他用电设备的正常工作受到影响。

图2  KBR电能监测仪表

2.数据分析

（1）变压器数据 变压器和各生产线用电参数如表1、表2所示，通过对比，很明显可以看出变压器选型时选择的电网容量偏小。从理论上讲，变压器一次侧过载掉闸是因为3条生产线的总功率超出了电网的最大容量。通过监控过载前变压器一次侧电流发现，一次侧电流可达到96.60A（图1中黑色曲线），超出额定电流的33.8%，运行达到设定时间后变压器主空开则自动断电保护。

（2）正常生产时设备数据 对变压器供电的各生产线设备检查发现：各设备自电源配电到各自的用电设备的快速熔断器和带过载保护的空开均未发生动作。对各线体正常运行时的电流、电压监测如表3所示。

经对设备反复研究、排查，最终将问题锁定在GT1生产线的微调电动机。其电动机额定功率为160kW，额定电压500ACV，额定电流220A；起动方式采用直接起动。电动机直接起动的起动电流一般为额定电流的5～7倍，微调电动机最大起动电流理论可达1540A。

图3  在原主回路正反转接触器出线端与电动机间直接增加软起动器

压力机的微调电动机是为方便模具调整而设置的微调机构，安装在高速轴端的横梁侧上，并在微调外侧安装制动器，当调整滑块模具时，开动微调电动机，通过蜗轮蜗杆带动主传动机构，使滑块缓慢进行。

（3）问题确立 由于GT1设备主配电柜装有KBR电能监测仪表（见图2），可非常方便地测得设备的最大电流。通过微调电动机起动时监测主配电最大电流证实了起初理论推测，确立了问题点。电动机几种方式起动的最大电流测量值如表4所示。

微调电动机正反转切换时起动瞬间GT1设备主电流最大可达到1700A，与其他两条生产线设备运行电流的叠加约2450A，折合到一次侧为122.5A；而供电变压器额定电流仅为72.2A（按输出侧500V电压计算），超出额定电流70%，依据变压器保护设定：运行时间超过0.3s则会因过载而掉闸。

改善思路

目前汽车制造中常用的电动机限流起动方式有传统的星三角起动和现在普遍应用的软起动、变频起动等，星三角起动具有经济、设备简单等特点，但由于起动转矩减小为直接起动的1/3，所以主要用于45kW以下电动机空载或轻载起动；软起动通过多种方式调节电压，实现软起动、软停车，减小起动和停止时的电流，从而降低电网承受电流峰值，软起动器只用于电动机起动，起动过程结束，软起动装置退出；变频器具备所有软起动器功能，用于需要调速的地方，通过改变输出频率来实现电动机转速的调节，变频器一般用于长期工作模式。

通过比较，采用变频器和软起动器均为合适方案。变频器性能完美，占用空间较小，布线简单，可通过变频起动实现减低起动电流，但成本较高；软起动器也具备占用空间小、布线简单等优点，且调试简单，结合现场电动机情况和控制柜空间情况，变频器性价比更高，可谓最优选择。

软起动在输送带、风机、泵、搅拌机、铣床和磨床等领域应用广泛，在压力机领域应用较少，尤其是电动机可逆运行的应用。通过理论分析，对比三菱、施耐德和西门子等几种国际知名品牌的软起动器的结构、性能、参数、安装要求和占用空间等因素，最终选定西门子SIRIUS 3RW44软起动器。

方案应用

1. 3RW44软起动简介

西门子SIRIUS 3RW44软起动器提供多种功能，以符合高要求应用，标准接线方式下控制电动机功率高达710kW（400V）；内三角接线方式下高达1200kW（400V）。

SIRIUS 3RW44软起动器结构紧凑，节省空间，控制柜排布清晰。与使用变频器相比，SIRIUS 3RW44软起动器具有较高的节能潜力，优化电动机起停。通过全新转矩控制和可调限流功能，可以确保可靠防止电动机起停的骤加转矩和电流峰值。不管是标准接线方式还是内三角接线方式，使用SIRIUS 3RW44 软起动器，能显著降低设备规模并节省成本。通过组合各种起动、操作和停止功能，可确保根据具体应用要求，提供最佳适配方案。它配有具备菜单提示功能的键板，以及采用背光照明的多行图形显示屏，参数设置清晰、直观，操作和调试一目了然。

2. 3RW44软起动的应用

根据3RW44软起动器可逆运行的特点，可在原主回路正反转接触器出线端与电动机间直接增加软起动器（见图3），原电动机的热敏电阻回路接入软起动器控制/辅助电路的T1和T2两端，K1、K2和K3分别为控制电动机左、右转爬行系数和爬行速度设置输入端继电器触点，S1为复位按钮，H11为故障指示灯，电动机正反转控制接触器和控制电路继电器由PLC程序控制。

3.主要参数设置

（1）电动机参数及起动方式设置 电动机参数设置依据电动机铭牌依次输入额定工作电流、额定转矩和额定转速，执行“电动机数据拷贝到SP2＋3里”，因电动机铭牌中没有注明电动机的额定转矩，可以借助下列公式进行计算：

也可以通过软起动器自动计算出。

（2）起动方式设置 在软起动器起动设置“起动模式”中选择“转矩控制＋电流限制”起动方式，设置起动转矩、极限转矩、起动时间、起动最大时间、电流限制值、突跳脉冲电压及突跳脉冲时间。主要参数及设定如表5所示。

（3）停止设置 由于微调电动机对停止无特殊要求，停止方式可选择“惯性停止”。

（4）爬行速度参数设置 爬行速度功能不适用于连续运行模式。软起动器的IN1、IN2和IN3分别为“电动机右转PS1/2/3”、“电动机左转PS1/2/3”以及“爬行速度”设置功能输入端，在操作面板中设置左、右转的“爬行转速系数”、“爬行转矩”均为：21、80%。

（5）运行电流极限值设置 运行电流极限值设置主要设置“电流极限值下限”和“电流极限值上限”，两参数设置范围分别为：19%～100%、50%～150%；设置值分别为：20%、113%，可根据需要设置。

应用效果

应用软起动器控制微调电动机起动方式后，在此通过KBR电能监测仪表对GT1设备主电流测量（见表6）及2个月的实际使用验证，变压器及GT1设备运行情况如下：2个月设备的最大起动电流均在1100A以下；变压器2个月内没有再出现一次侧掉闸现象；对变压器一次侧电流监测，2个月内的一次侧电流峰值均小于75A，达到了预期改善效果。

结语

本文主要介绍了大功率电动机起动对供电电网和生产线的影响，应用西门子3RW44软起动器进行改善，起到了很好的效果。相对于如今汽车制造多工位压力机通常使用变频器控制而言，采用软起动器控制电动机起动电流在满足各方面性能的同时，还能达到很高的性价比。