智能電機(jī)控制模塊的功能及其應(yīng)用
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，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)際測量并作了記錄。
所用負(fù)載為18.5KW風(fēng)機(jī)，電壓實(shí)際測量值為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)特性的場合。
