一、 概述
眾所周知,三相交流異步電動(dòng)機(jī)以其低成本,高可靠性和易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用。但是,它在直接起動(dòng)時(shí),存在著很大的缺點(diǎn):首先,它的起動(dòng)電流高達(dá)額定電流的5-7倍,這需要電網(wǎng)有很大的裕量,而且降低了電器控制設(shè)備的使用壽命,増加維護(hù)成本,甚至影響了其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行;其次,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)正常轉(zhuǎn)矩的2倍,這會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生沖擊,增加傳動(dòng)部件的磨擦和額外維護(hù)。因?yàn)橐陨显?,出現(xiàn)了三相異步電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)設(shè)備。
傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)有以下幾種方法:
1、在電動(dòng)機(jī)定子回路中串入電抗器,使一部分電壓降在電抗器上;
2、星形-三角形轉(zhuǎn)換降壓起動(dòng)(Y -△)。 電機(jī)起動(dòng)時(shí)接成星形,起動(dòng)結(jié)束后,通過一個(gè)轉(zhuǎn)換器變成三角形接法;
3、起動(dòng)補(bǔ)償器起動(dòng)(自藕變壓器起動(dòng))。
傳統(tǒng)的起動(dòng)設(shè)備體積龐大,成本高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,與負(fù)載匹配的電機(jī)轉(zhuǎn)距很難控制,也就是說很難得到合適的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)距;而且在切換瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的電流尖峰,由此產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)會(huì)損害電機(jī)轉(zhuǎn)子,軸連接器,中間齒輪,以及負(fù)載。
因此,就需要有一種能克服傳統(tǒng)起動(dòng)缺點(diǎn)的起動(dòng)裝置。“智能電機(jī)控制模塊”,采用數(shù)碼管顯示,按鍵控制,整個(gè)起動(dòng)過程全部由單片機(jī)控制自動(dòng)完成。用戶通過按鍵調(diào)整參數(shù)設(shè)置,可以按需要選擇不同的起動(dòng)方式,能夠很方便地控制起動(dòng)電流,得到與負(fù)載相匹配的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
如圖1,整個(gè)系統(tǒng)由主電路,移相調(diào)控,同步檢測(cè),電壓電流反饋,單片機(jī)控制,顯示與按鍵六部分組成。其中,顯示與按鍵為一部分,組成一塊控制板。其它五部分全部集成在模塊內(nèi)部。通過一條15芯的并行線與控制板連結(jié)起來。
圖1
圖2
三、各主要功能介紹
電機(jī)軟起動(dòng)控制模塊主要能夠完成以下功能:
1、電壓斜坡起動(dòng)
2、限流起動(dòng)
3、軟停車
4、節(jié)能運(yùn)行
5、過流、過熱、缺相保護(hù)
現(xiàn)在分別介紹一下
1、電壓斜坡起動(dòng)
如圖2,系統(tǒng)首先加一個(gè)電壓Us到電機(jī)上,用于克服靜摩擦轉(zhuǎn)矩之后,電壓線性上升,從Us增 加到最大電壓Umax。此時(shí),加到電動(dòng)機(jī)端子上的電壓等于電網(wǎng)輸入電壓。 Us由用戶設(shè)定,可供用戶選 擇的電壓為80V-300V。Ts由用戶設(shè)定,可以在1-90秒中選擇。
這種起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)平穩(wěn),可減少起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊,同時(shí)大大減輕起動(dòng)力矩對(duì)負(fù)載帶來的機(jī)械振動(dòng)。
2、限流起動(dòng)
如圖3,這種起動(dòng)方式是由用戶設(shè)定一電流值Ik,在整個(gè)起動(dòng)過程中,實(shí)際電流不超過設(shè)定值Ik。Ik由用戶根據(jù)實(shí)際負(fù)載大小自己設(shè)定。
限流起動(dòng)可以使大慣性負(fù)載以最小電流被起動(dòng)加速,可以用來設(shè)置電流上限,滿足電網(wǎng)容量在有限場(chǎng)合的使用。這種起動(dòng)方式特別適合于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。
3、軟停車
如圖4,與直接停車相比,就是加到電機(jī)上的電壓不是立即降下來的,而是由最高電壓逐漸下降,經(jīng)時(shí)一段時(shí)間Tp,最后降為0V。其中,下降時(shí)間Tp用戶設(shè)定,范圍是0-90秒。
這種軟停車可以大大減少管道設(shè)備中液體的沖擊。
4、節(jié)能運(yùn)行
對(duì)于大磨擦負(fù)載,由于所需起動(dòng)電流大,需要功率較大的電動(dòng)機(jī),而正常負(fù)載所需運(yùn)行負(fù)載力矩比電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩小的多,這就造成電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行。對(duì)于間隙性負(fù)載,維持大電流的工作時(shí)間占整個(gè)周期很小一部分,造成輕載有功損耗浪費(fèi),使運(yùn)行功率因數(shù)大大降低。智能電機(jī)控制模塊自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓,使電機(jī)工作在最佳效率工作區(qū),達(dá)到節(jié)能目的。
5、保護(hù)功能
共有三種保護(hù)功能:過流保護(hù),過熱保護(hù),缺相保護(hù)。
在起動(dòng)或者運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)上述三種故障之一,模塊會(huì)自動(dòng)切斷電機(jī),控制板上的數(shù)碼管會(huì)閃爍顯示故障原因,待排除故障以后,按復(fù)位鍵即可恢復(fù)正常。
圖3
圖4
四、實(shí)驗(yàn)情況及實(shí)際應(yīng)用介紹
我們對(duì)一只正在使用中的智能電機(jī)控制模塊進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量并作了記錄。
所用負(fù)載為18.5KW風(fēng)機(jī),電壓實(shí)際測(cè)量值為390V左右。
為了作一個(gè)比較,首先拆掉模塊進(jìn)行直接起動(dòng)。
合上空氣開關(guān)以后,電壓立即上升到390V,電流快速上升到150A,持續(xù)一段時(shí)間,逐漸下降,最后穩(wěn)定在30A左右。同時(shí),可清楚地聽到由于大電流沖擊,風(fēng)機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)所發(fā)出的聲音。
然后接上電機(jī)軟起動(dòng)控制模塊,設(shè)置為限流方式起動(dòng),限流值為90A,打開節(jié)能運(yùn)行。
按下“起動(dòng)”鍵,可觀測(cè)到電流上升速度明顯變慢,逐漸上升到90A,保持2~3秒后,逐漸下降為30A。電壓由0V緩慢上升到390V。起動(dòng)時(shí)間為6秒。在整個(gè)起動(dòng)過程中,電機(jī)起動(dòng)平穩(wěn),聽不到機(jī)械沖擊的聲音。
15秒后,電壓逐漸下降為355V,電流不變,開始穩(wěn)定運(yùn)行。
智能電機(jī)控制模塊可廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域,其功能適用領(lǐng)域如下:
1、降低電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流(一般交流電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí),沖擊電流是額定電流的5-7倍);
2、避免電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)供電線路產(chǎn)生瞬間電壓跌落,造成設(shè)備、儀表誤動(dòng)作;
3、防止起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生力矩沖擊,而使機(jī)械斷軸或產(chǎn)生廢品;
4、可以較頻繁地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)(軟起動(dòng)裝置一般允許10次/小時(shí),而使電動(dòng)機(jī)不致過熱);
5、對(duì)泵類負(fù)載可以防止水錘效應(yīng),防止管道破裂;
6、對(duì)某些工藝應(yīng)用(如染紗機(jī)械),可防止由于起動(dòng)過快而產(chǎn)生染色不勻造成質(zhì)量問題;
7、對(duì)某些易碎的容器灌漿生產(chǎn)線,可防止容器破損;
8、需要控制起動(dòng)電流,減少對(duì)機(jī)械的沖擊,同時(shí)也可適應(yīng)較低容量供電變壓器的場(chǎng)合(如注塑機(jī));
9、可以降低電網(wǎng)適配容量,節(jié)省增容費(fèi)開支;
10、需要方便地調(diào)節(jié)起動(dòng)特性的場(chǎng)合。
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