智能式軟啟動器的應用研究

智能式軟啟動器的應用研究左翼虎1,段少林2(1.中國第十八冶金建設公司,重慶400051;2.陜西省設備安裝工程公司,陜西西安710068)摘要:交流鼠籠式電動機采用智能軟啟動控制技術,可以避免因較大電流的變化而產(chǎn)生的對機械設備的沖擊力,延長設備使用壽命。采用微機控制技術,具有斜坡電壓和限制電流的功能。可設立多種啟動方式,使受控電機按轉(zhuǎn)矩優(yōu)化的加速曲線,完畢啟動過程。關鍵詞:電動機;啟動方式;軟啟動中圖分類號:TM306:TP273.5文獻標記碼:B文章編號:1002-3607(2023)05-0025-022軟啟動與傳統(tǒng)啟動方式的比較2.1傳統(tǒng)的電機控制與啟動方式存在的問題傳統(tǒng)電機多采用直接的(較小電機)或Y-△方式的控制技術,可靠性差、不穩(wěn)定,每次起/停都會導致對電網(wǎng)和機械設備的不良沖擊,會引發(fā)一系列的技術問題。同時,這種控制方式的水泵電機,起動時必須將其出口閥門關嚴,在低負荷時才干啟動,否則會跳閘,影響電機的正常啟動。綜上所述,傳統(tǒng)的啟動方式存在以下幾個問題:(1)對電網(wǎng)的沖擊大,影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量;(2)對機械設備沖擊大,減少設備使用壽命;(3)Y-△切換時間根據(jù)經(jīng)驗設定,因切換時間的掌握不會很準確,Y-△切換很難控制在最佳時刻,Y-△切換的控制作用發(fā)揮得不夠充足。2.2智能式軟啟動器的特點和性能采用微機控制技術,使啟動電壓和電流在計算機控制下,具有斜坡電壓和限制電流的功能。運用斜坡電壓和電流可設立多種啟動方式,使受控電機的電壓及電流在預先設立的范圍內(nèi),按轉(zhuǎn)矩優(yōu)化的加速曲線,完畢整個啟動過程。實現(xiàn)了平緩啟動。軟啟動器同時還具有“軟?！钡墓δ?。傳統(tǒng)的Y—△控制方式,在停車時忽然斷電,切斷電機電源。對水泵系統(tǒng)而言,管內(nèi)的水在停車時會忽然產(chǎn)生反壓,這個反壓對閥門產(chǎn)生巨大的沖擊力,甚至引起整個管網(wǎng)顫動,進而導致破壞作用。而智能式軟啟動器的“軟?！惫δ?在停車時可以逐步減少電機的供電,使電機由高速到低速再到零速,慢慢地停止。管內(nèi)的反壓就不會導致破壞作用。智能式軟啟動器實現(xiàn)了“機電一體化”的控制效果,安全可靠。3智能式軟啟動器的控制原理與傳統(tǒng)的控制方式相比,智能式軟啟動器的控制原理可以歸結(jié)為“降壓啟動”,只是所采用的控制元器件、手段和策略不同而已。智能式軟啟動器采用了可控硅、微機等先進的技術,以實現(xiàn)了平滑的、安全的啟動方式。其原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。當啟動(按下圖1中啟動按鈕)軟啟動器后,CPU根據(jù)設定的值(可以經(jīng)由RS232接口或鍵盤),通過觸發(fā)脈沖控制可控硅,給電機一個設定的低電壓,這個低電壓稱為起始電壓,記為Us(如圖2)。在起動過程中,電機的輸出力矩隨電壓增長而增長。當軟啟動器輸出電壓較小時,因電機力矩小于負載的靜摩擦力矩而不能使負載轉(zhuǎn)動。隨著輸出電壓的不斷增大,電機力矩克服了負載的靜摩擦力矩和慣性,使電機轉(zhuǎn)動。Us按一定的斜率(設定的時間)上升,電機不斷加速.當輸出電壓達成Ur時,電機也基本達成額定轉(zhuǎn)速,把Ur稱為達速電壓。輸出電壓從零上升到Ue(額定工作電壓AC380V)的這段時間(記為Ts)稱為啟動時間,即Us與Ur之間的斜率。電機的實際起動時間與負載大小有關,一般情況下將小于Ts。通過軟起動器修改Ts,可滿足不同負載的啟動規(guī)定。圖1智能軟啟動器原理結(jié)構(gòu)圖圖2智能軟啟動器輸出特性此時,啟動過程已完畢。智能軟啟動器將退出工作狀態(tài)。CPU根據(jù)Ts使JC(交流接觸器)吸合,屏蔽掉軟啟動器使AC380V直接供應電動機。4智能軟啟動器的控制模式智能軟啟動器的控制模式可歸納為四種:限流型、電壓控制型、轉(zhuǎn)矩控制型和轉(zhuǎn)矩控制加突跳型。如圖3、圖4、圖5和圖6所示。圖3限流型啟動特性曲線圖圖4電壓控制型啟動特性曲線圖5轉(zhuǎn)矩控制型啟動特性曲線圖6轉(zhuǎn)矩控制加突跳型啟動特性曲線4.1限流型啟動的特性曲線如圖3所示。其特點是限制啟動電流、減少啟動電壓,而電壓或電流的值可以通過鍵盤依據(jù)電機容量和負載類型設定。圖中Iq為電機在沒有軟啟動器參與的情況下的啟動電流,Iq1為設定的啟動電流,Ie為電機啟動完畢后的額定工作電流,Ts為電機從啟動開始到啟動完畢的時間。4.2電壓控制型特性曲線如圖4。通過鍵盤設定“允許電壓降百分值”,軟啟動器自動測量實際電壓降并限制電壓降的值,通過測量壓降值以控制啟動電流。CPU自動記憶調(diào)試數(shù)據(jù),由預先寫入的程序自動監(jiān)控運營。圖中Ue為電機的額定工作電流,其余符號同前。4.3轉(zhuǎn)矩控制型特性曲線如圖5所示。其控制模式特點如下:(1)特別是在電機的啟動和停止期間,實現(xiàn)對電機的特性控制;(2)對電機和啟動器的過載保護;(3)通過消除浪涌轉(zhuǎn)矩并減少沖擊電流,實現(xiàn)對傳動機械的保護;(4)在給定的區(qū)間內(nèi)控制電機的加速轉(zhuǎn)矩(圖中曲線1為電機特性,曲線2為負載特性);(5)按應用規(guī)定調(diào)節(jié)電機的輸出轉(zhuǎn)矩,圖中Mq為電機沒有軟啟動器參與的啟動轉(zhuǎn)矩,Mq1為設定的電機啟動轉(zhuǎn)矩,Mf為負載轉(zhuǎn)矩,其余符號同前。4.4轉(zhuǎn)矩控制加突跳型特性曲線如圖6。假如轉(zhuǎn)矩控制時間過長,通過轉(zhuǎn)矩突跳方式以克服靜轉(zhuǎn)矩加速啟動。圖7智能軟啟動器的停止特性曲線圖在圖7中,顯示了軟停止的特性曲線。對水泵等一些不能忽然停止的負載,可以通過智能軟啟動器的控制鍵盤設定軟停方式。當選用該功能時,電動機的轉(zhuǎn)速將在設定的時間(Tf)內(nèi)下降到零。斜坡式的下降曲線可以避免這類負載的設備出現(xiàn)喘振現(xiàn)象。智能軟啟動器能“軟起”也能“軟?！?通過鍵盤或RS232接口選定此項功能后,智能軟啟動器依據(jù)設定的值,按啟動時相反的順序斷電停車,只是時間很短而已。其特性曲線如圖7所示。5幾點設想智能軟啟動器在設定了受控電機的容量后,采用修改起始電壓Us、起始時間Ts、啟動上升時間Tj、軟停止時間、啟動控制電流、過載電流參數(shù)來實現(xiàn)其對電機的智能控制。沒有考慮到電機的負荷種類即在設定智能軟啟動器的參數(shù)時未加以區(qū)別,對電機的其他參數(shù)也未加考慮。應做如下改善:(1)對負荷進行分類,如水泵為1類負荷,風機為2類負荷等,預先寫入各類負荷的控制方式,當通過鍵盤設定電機容量和負荷種類編號后,智能軟啟動器就能自動匹配一種啟動控制模式,完畢啟動任務,使智能軟啟動器更加“聰明”。(2)智能軟啟動器沒有考慮電機轉(zhuǎn)速的控制作用,應加以考慮。如電機因故堵轉(zhuǎn),在一定期間內(nèi)沒有啟動,通過檢測電機的轉(zhuǎn)速,智能軟啟動器就能采