作者：Bill Schweber

　　由交流電源供電、額定功率為數(shù)十至數(shù)百馬力 (HP) 的三相異步電機(jī)是許多商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)力。它們的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流通常為約 10 安培 (A) 至超過(guò) 1000 A，線路電壓從略高于 200 伏交流電 (VAC )到高達(dá) 700 伏交流電。設(shè)計(jì)人員面臨的問(wèn)題是，啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的浪涌電流，這可能會(huì)損壞電機(jī)并影響負(fù)載。

　　交流線路和電機(jī)之間的軟啟動(dòng)器控制單元通過(guò)管理電機(jī)啟動(dòng)加速度和扭矩來(lái)控制浪涌電流，從而優(yōu)化電機(jī)性能并最大限度地減少不良后果。更先進(jìn)的軟啟動(dòng)器添加了復(fù)雜的功能，以最大限度地提高性能，提供電氣和熱保護(hù)，包括一套強(qiáng)大的連接選項(xiàng)，并防止網(wǎng)絡(luò)攻擊。

　　本文概述了軟啟動(dòng)器的功能。然后介紹并展示如何應(yīng)用施耐德電氣的Altivar 軟啟動(dòng)器 ATS480控制單元。

　　軟啟動(dòng)器功能

　　軟啟動(dòng)器與電機(jī)一起使用，以減少啟動(dòng)過(guò)程中的浪涌電流并控制過(guò)渡期間的扭矩。它逐漸增加施加到電機(jī)上的電壓，從而以最小的加加速度(加速度的變化率)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)加速。

　　起動(dòng)器通常提供允許用戶調(diào)整起動(dòng)扭矩和加速時(shí)間的措施，以適應(yīng)不同的應(yīng)用。它們可以顯著降低啟動(dòng)電流以實(shí)現(xiàn)脫離并在加速過(guò)程中阻止電流。

　　較新的軟啟動(dòng)器提供了額外的功能，可提高效率、使用動(dòng)態(tài) PF 校正保持高功率因數(shù) (PF)、增強(qiáng)電氣安全、檢測(cè)線路和電機(jī)異常、提供網(wǎng)絡(luò)連接并解決網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。

　　施耐德電氣的 Altivar 軟啟動(dòng)器 ATS480 系列是最先進(jìn)軟啟動(dòng)器功能和特性的一個(gè)示例(圖 1)。

　　圖 1：Altivar 軟啟動(dòng)器 ATS480 系列在其核心功能的基礎(chǔ)上添加了許多高級(jí)功能。 (圖片來(lái)源：施耐德電氣)

　　這些裝置包含六個(gè)晶閘管和扭矩控制算法，可控制功率高達(dá) 900 千瓦 (kW) 的三相鼠籠式異步電機(jī)的加速、減速和停止。該系列的多種型號(hào)支持 208 至 690 伏的工作電壓和 17 至 1200 A 的電流。所有裝置均符合定義性能、安全性、效率、電磁兼容性 (EMC)、污染的全球標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證和監(jiān)管要求等級(jí)、沖擊和振動(dòng)。

　　ATS480 裝置包含許多不同類型的線路、啟動(dòng)器和負(fù)載保護(hù)，包括：

　　缺相(線路)

　　集成熱保護(hù)(電機(jī))

　　熱保護(hù)(啟動(dòng)器)

　　電流過(guò)載(電機(jī))

　　欠載(電機(jī))

　　啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，堵轉(zhuǎn)(電機(jī))

　　電機(jī)缺相(電機(jī))

　　線路電源缺相(線路、電機(jī))

　　通過(guò)直接連接到正溫度系數(shù) (PTC) 熱敏電阻或鉑 100 (PT100) 2 或 3 線電阻溫度檢測(cè)器 (RTD) 探頭進(jìn)行熱保護(hù)(電機(jī))

　　有多種電路連接可能性可以滿足目標(biāo)應(yīng)用的不同需求。例如，一種基本配置以本地控制為目標(biāo)，即使在遠(yuǎn)程控制的情況下，也希望在錯(cuò)誤重置后需要手動(dòng)干預(yù)才能重新啟動(dòng)(圖 2)。此時(shí)，操作員按下 S3 按鈕即可重新啟動(dòng)。

　　圖 2：所示為軟啟動(dòng)器的眾多接線選項(xiàng)之一;錯(cuò)誤重置后，用戶需要通過(guò)按 S3 手動(dòng)啟動(dòng)重新啟動(dòng)。 (圖片來(lái)源：施耐德電氣)

　　表 1 中定義了組件名稱的具體信息。

　　表 1：所示為圖 2 的組件名稱。(圖片來(lái)源：施耐德電氣)

　　ATS480 裝置還具有離散常開(kāi) (NO) 和常閉 (NC) 機(jī)電繼電器觸點(diǎn)，額定電流為 2 A/250 V AC和 30 V 集電極開(kāi)路數(shù)字輸出。這些觸點(diǎn)和輸出簡(jiǎn)化了附加功能的實(shí)現(xiàn)，例如指示燈或輔助設(shè)備。

　　連接性和網(wǎng)絡(luò)安全

　　除了先進(jìn)的軟啟動(dòng)器功能外，所有 ATS480 裝置還支持多種連接選項(xiàng)。每個(gè) ATS480 單元都有兩個(gè) RJ45 端口，用于連接配置和固件更新以及外部純文本或圖形顯示終端。此外，每個(gè)模塊還配備一個(gè)插槽，用于安裝額外的通信模塊，支持 Modbus TCP、以太網(wǎng)/IP、CANopen、PROFINET 或 PROFIBUS DP 格式。

　　這種連接不可避免地會(huì)帶來(lái)安全問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，該系列在各個(gè)單元中嵌入了網(wǎng)絡(luò)安全“最佳實(shí)踐”，以防止員工或承包商故意惡作劇(黑客攻擊)以及善意但粗心的活動(dòng)。這些保護(hù)包括帳戶管理，包括用戶身份驗(yàn)證和授權(quán)以及多層密碼保護(hù)。對(duì)各種端口、功能和來(lái)源也有刻意的限制。

　　更高級(jí)別的安全性包括深入、主動(dòng)的防御，以管理網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)事件，包括詳細(xì)的時(shí)間和用戶標(biāo)記的活動(dòng)日志。數(shù)字簽名固件和加密密鑰增強(qiáng)了已安裝固件和任何升級(jí)的真實(shí)性。這可確保在每個(gè)加電周期中使用有效的固件。

　　還配備人機(jī)界面

　　除了廣泛的連接性之外，許多軟啟動(dòng)裝置還需要提供操作員即時(shí)和直接的訪問(wèn)能力。此訪問(wèn)從基本的運(yùn)行和停止啟動(dòng)開(kāi)始，通過(guò)電機(jī)或裝置上或附近的離散、高度可見(jiàn)且標(biāo)記清晰的開(kāi)關(guān)啟動(dòng)。這些通常是監(jiān)管安全標(biāo)準(zhǔn)所強(qiáng)制執(zhí)行的。

　　為了實(shí)現(xiàn)這些要求，ATS480 裝置可以連接兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行和停止開(kāi)關(guān)或單個(gè)運(yùn)行/停止開(kāi)關(guān)(圖 3)。

　　圖 3：軟啟動(dòng)器可通過(guò)接線使用兩個(gè)獨(dú)立的停止和運(yùn)行按鈕或一個(gè)具有雙重作用的開(kāi)關(guān)。 (圖片來(lái)源：施耐德電氣)

　　對(duì)于基本設(shè)置、運(yùn)行和詢問(wèn)，設(shè)計(jì)人員可以使用VW3A1113八行純文本顯示終端(圖 4)。使用可用的 RJ45 連接器，可以將該端子連接并安裝在軟起動(dòng)器的正面，或者使用遠(yuǎn)程安裝附件安裝到外殼門上。

　　圖 4：VW3A1113 純文本顯示終端使用隨附的 RJ45 連接器連接到軟啟動(dòng)器，并支持基本設(shè)置、運(yùn)行和詢問(wèn)功能。 (圖片來(lái)源：施耐德電氣)

　　該多語(yǔ)言單元(英語(yǔ)、法語(yǔ)、西班牙語(yǔ)、意大利語(yǔ)、德語(yǔ)、中文，其他語(yǔ)言可通過(guò)下載)需要密碼登錄，以確保系統(tǒng)安全。連接后，它可用于：

　　控制、調(diào)整和配置軟啟動(dòng)器

　　顯示電機(jī)當(dāng)前值、輸入/輸出和機(jī)器數(shù)據(jù)

　　存儲(chǔ)和下載配置

　　將一個(gè)已通電軟起動(dòng)器的配置復(fù)制到另一個(gè)已通電的軟起動(dòng)器上

　　對(duì)于更高級(jí)的診斷、控制、監(jiān)視和文件管理，施耐德的設(shè)備類型管理器(DTM) 和SoMove軟件可與基于 PC 的圖形終端顯示裝置一起使用。

　　額定功率決定封裝、外形尺寸

　　盡管 Altivar 軟啟動(dòng)器 ATS480 系列中的單元提供相同的功能、功能、用戶界面和連接性，但它們的驅(qū)動(dòng)功率水平有所不同。這決定了適當(dāng)?shù)姆庋b和外形尺寸，通過(guò)查看該系列的最低和最高功率成員可以輕松看出這一點(diǎn)。

　　ATS480D17Y (圖 5，左)額定用于通過(guò) 208 至 690 V交流線路供電和控制電流為17 A 的三相交流電機(jī)，并使用 110 至 230 V交流控制電源運(yùn)行。它的尺寸為 275 毫米 (mm) 高、160 毫米寬、8 毫米深，重量略低于 5 公斤 (kg)。

　　圖 5：Altivar 軟啟動(dòng)器 ATS480 系列中最小的(左)和最大的(右)單元在功能上相似，但在當(dāng)前的處理和重量規(guī)格方面涵蓋了廣泛的范圍。 (圖片來(lái)源：施耐德電氣)

　　相比之下，ATS480M12Y (圖 5，右)在 208 至 690 V交流線路上的額定電流要強(qiáng)大得多，為 1200 A ，并使用 110 至 230 V 交流控制電源運(yùn)行。雖然它的特性和功能與 17 A 裝置幾乎相同，但它要大得多，高 890 毫米、寬 770 毫米、深 329 毫米，重量為 115 公斤。

　　結(jié)論

　　軟啟動(dòng)器是多相交流線路和大中型三相交流電機(jī)之間的重要紐帶，用于管理浪涌電流。施耐德電氣的 Altivar 軟啟動(dòng)器 ATS480 系列支持 17 A 至 1200 A 的電機(jī)，具有廣泛的網(wǎng)絡(luò)連接和增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全性。它們還提供各種功能來(lái)提高性能、安全性和可靠性。