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維修技術
電子式感應電機軟啟動研究
內(nèi)容簡介:電子式軟啟動以計算機為工具,在已知并輸入電動機,電網(wǎng)和負載數(shù)學模型基礎上,根據(jù)選定控制策略做出離線模擬。
  電機起動分為直接起動和軟起動。直接起動為全壓起動,所用設備簡單,投資少,但啟動電流大,在配電系統(tǒng)產(chǎn)生較大壓降,影響同母線連接設備運行,尤其是起動轉矩過大對電機及傳動機械產(chǎn)生巨大的沖擊,加速電機的老化及機械的損壞。軟啟動能抑制電動機起動電流,在限定時間內(nèi)將它驅(qū)動到額定轉速,并在必要情況下多次連續(xù)起動。該過程兼有若干保護功能,當短路、過載、起動超時、欠電壓、系統(tǒng)異常等故障時,軟啟動裝置能做出相應防護并發(fā)出警示信號。
  軟啟動過程以計算機為工具,利用軟件,通過建立輸入電動機、電網(wǎng)和負載數(shù)學模型,根據(jù)選定控制策略作出離線模擬。其中電子式感應電機軟啟動,選用微處理器和晶閘管電子元件組成啟動器控制。
  啟動器開啟時,微處理器發(fā)出脈沖加到晶閘管觸發(fā)極上,控制晶閘管導通角,使晶閘管輸出電流電壓大小受觸發(fā)脈沖寬度來決定。緩慢調(diào)節(jié)微處理器,控制晶閘管輸出電壓由零緩慢升至全壓,此時電動機轉速也由零升至額定轉速。在發(fā)出停機指令后,微處理器監(jiān)測電壓電流和電動機反饋信號,晶閘管可使輸出電壓按一定要求下降,使電動機由全壓逐漸降為零而實現(xiàn)軟停止。
  實際應用中,軟啟動具有如下優(yōu)點:①起動電流小,通過調(diào)節(jié)起動轉矩實現(xiàn)低速起動,頻繁起動和軟停止。②在起停時過渡自然,不易傷害設備,節(jié)電效果良好。③當多臺同容量水泵工作,可采用一臺電子式軟啟動器,操作方便。④軟啟動離線仿真研究可以預知在硬起動過程中電機轉速、電流、線電壓和其它機械特性,對產(chǎn)品設計和用戶使用有重要指導作用。
  1 電路結構
  1.1 系統(tǒng)框圖
  電子式感應電機軟啟動框圖如圖1所示。信號采集及對應的處理電路采集同步信號作為相角移動控制基礎參考,確保信號正確觸發(fā);信號感應電路對信號發(fā)生反應,如電流和功率因數(shù)角等,為起動控制和保護控制提供必要信息;啟動控制電路為軟啟動選擇合適控制策略;保護控制電路對過壓、過流等進行監(jiān)控,確保電機安全運行;相角移動控制電路產(chǎn)生脈沖,控制觸發(fā)角時刻和大小。

  圖1 軟啟動系統(tǒng)框圖
  1.2 感應電機軟啟動主電路
  軟啟動器是從速度控制裝置得到的,其主電路見圖2,三對可控晶閘管形成固態(tài)三相電壓調(diào)節(jié)器,通過均勻控制可控晶閘管觸發(fā)角,靈活的控制電機在額定電壓下運行。

  圖2 感應電機軟啟動主電路
  1.3 控制電路模型
  控制電路模型是由4個控制子系統(tǒng)構成。
  每個子系統(tǒng)直接由仿真模塊建立。在交流電路模塊控制角開始時,每相電壓為零,同步信號應從電源相電壓信號獲得。
  根據(jù)同步脈沖產(chǎn)生原理,可由普通仿真模塊組成脈沖發(fā)生器模型。筆者采用6同步脈沖發(fā)生器,電機起動電流值可以應用RMS模塊獲得。軟啟動過程關鍵要限制啟動電流,當電壓逐步升高,直到接近給定限制電流時,保持電壓不變。
  2 軟啟動仿真
  2.1 感應電機軟啟動系統(tǒng)

  圖3 雙向晶閘管結構
  圖3為軟啟動子系統(tǒng)的內(nèi)部結構,它由兩個雙向晶閘管封裝而成。系統(tǒng)仿真電路圖中,三相電源由三個單相電源組成。系統(tǒng)采用鼠籠式感應電機,異步電機測量系統(tǒng)可以測出很多參數(shù),如定子、轉子電流,電壓等。同步信號采集器將A、B、C三個相電壓轉化成A-C、B-A、C-B三個線電壓輸入脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器產(chǎn)生寬脈沖,觸發(fā)三對雙向晶閘管來控制機端電壓。觸發(fā)控制器根據(jù)定子電流反饋來控制脈沖發(fā)生器觸發(fā)角。
  2.2 參數(shù)設置
  ①三相電源:每一相電源電壓為380V,頻率為50Hz,第一個單向電源的相角為0°,第二個單向電源的相角為120°,第三個單向電源的相角為-120。②電機:視在功率3×746VA,線間電壓為380V,頻率50Hz,其它參數(shù)為默認值。③觸發(fā)系統(tǒng):頻率50Hz。④仿真時間:3s。
  2.3 結果分析
  設置好參數(shù)后,單擊運行可進行離線仿真,雙擊顯示器可查看參數(shù)曲線。如直接啟動時的定子電流和轉矩曲線,可知系統(tǒng)啟動瞬時,產(chǎn)生較大的沖擊量(約為穩(wěn)定時的10倍),過程變化突然,在0.1s后趨于平穩(wěn)。并可查看電子式軟啟動下的情形,可看出定子電流和轉矩在啟動瞬時沖擊明顯減弱,變化趨于平緩,有利于系統(tǒng)穩(wěn)定和保護設備。
  3 結束語
  電子式軟啟動以計算機為工具,在已知并輸入電動機,電網(wǎng)和負載數(shù)學模型基礎上,根據(jù)選定控制策略做出離線模擬。本文通過設計系統(tǒng)框圖和仿真模擬電路,得到軟啟動下電機定子電流和轉矩的變化曲線,較好的改善了直接啟動所帶來的巨大沖擊。該方法在小容量電機中得到廣泛應用,收到較好的經(jīng)濟效益。
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