電動機軟啟動技術(shù)的分析與實現(xiàn)方法

黃達義

摘要：文章論述了感性負載（電動機、壓縮機等）軟啟動的特性，進一步以降低大功率電動機啟動時問題發(fā)生的概率為原則，提升其啟動的安全性、平穩(wěn)性和可靠性為目的，對電動機智能軟啟動方案的設(shè)計進行分析闡述。

關(guān)鍵詞：電動機：軟啟動;壓縮機

中圖分類號：TM922.72

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0107-02

0引言

如何改變傳統(tǒng)的電動機啟動方式對電網(wǎng)的沖擊，降低電動機啟動時的震動，文中重點研究電動機的軟啟動技術(shù)和實現(xiàn)方法。交流電動機在啟動時因其電路電流過大，對電網(wǎng)而言會對其電壓造成較大影響，相應(yīng)地對其他用戶的正常用電造成干擾;此外，與啟動時的大電流同時產(chǎn)生的機械沖擊轉(zhuǎn)矩對電動機而言也會造成干擾導(dǎo)致其損壞。

文中研究的軟啟動裝置安裝簡單、操作方便、運行可靠、起始電流線性可調(diào)、方便合理、廣泛適用等。

1電動機的啟動方式

一般來說電動機具有硬啟動和軟啟動兩種不同方式，硬啟動模式的啟動條件為等額電壓;而對于軟啟動而言則是在啟動時對其電壓或電流進行調(diào)整。實際生活中的電動設(shè)備啟動方式通常直接啟動，這一方式優(yōu)勢在于系統(tǒng)接線較為簡單，在啟動方面也具有很快的速度，操作起來方便快捷、維護流程簡潔”。但相應(yīng)地也有其劣勢存在：

（1）對電網(wǎng)影響較大。針對大功率電動機進行分析可知，直接啟動時其空載電流的數(shù)值與額定電流相比是其4-7倍，滿載時最高可達到10倍之多，這樣給的電網(wǎng)帶來的結(jié)果是電流迅速增加，從而致使電網(wǎng)的電壓極不穩(wěn)定，對同一電網(wǎng)下的其他設(shè)備運行造成不良影響。

（2）由于過大的起動電流會使電機繞組發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣老化加速，影響電機壽命。

（3）其機械系統(tǒng)容易由于電氣系統(tǒng)的突變而對機械系統(tǒng)造成沖擊。對于機械系統(tǒng)內(nèi)的風機、水泵等設(shè)備而言，電機直接啟動時一：般會產(chǎn)生一定的壓力突變，而壓力的迅速變化對風機的管道、水泵的閥門等部件造成損害，使用壽命也因此大大縮減;對此設(shè)備傳動精度產(chǎn)生的不良影響也使得過程控制發(fā)生一定的偏差。為了進一步提升電動機直接啟動的安全性和經(jīng)濟性，在實際運用當中對其啟動選擇做出以下限制。

第一，電動機的直接啟動與否首先應(yīng)當參照機械設(shè)備的工藝性能、設(shè)備參數(shù)。

第二，應(yīng)當參照電動機的最大容量與電網(wǎng)變壓器的最大容量之比來確定其能否采用直接啟動的方式，一般來說二者比值應(yīng)當小于0.1。

第三，針對電動機直接啟動的限制還在于電網(wǎng)電壓的下降情況，一般要求電壓降低應(yīng)當小于額定電壓的15%。于大功率電動機而言往往采用軟啟動而不采用直接啟動，啟動之時對電壓進行一定的補償，從而保障其啟動的穩(wěn)定性。

2軟啟動系統(tǒng)方案

2.1電動機軟啟動器硬件設(shè)計

該軟啟動器包括EMI電路、以LNK304DN為核心的電源轉(zhuǎn)換及脈沖同步電路（能生成-5V的直流輸出，為整個控制電路提供穩(wěn)定的工作電源）、相序檢測電路、控制電路、三相移相脈沖輸出電路、過載檢測電路、輸出功率電路。在給電動機通電時起，施加在電動機中的電流線性增加，逐步完成啟動的過程。具體實現(xiàn)是通過移相技術(shù)線性改變可控硅的觸發(fā)角a的大小，進而實現(xiàn)對電動機啟動電流的先行調(diào)整，進一步地降低啟動時對電能的損耗，使其能夠以最佳的狀態(tài)啟動。電流檢測系統(tǒng)能夠通過檢測電動機處于運行狀態(tài)的電路電流，并結(jié)合電動機的額定參數(shù)設(shè)定自發(fā)地對定子電壓進行調(diào)節(jié)，進而將電動機的功率因數(shù)維持穩(wěn)定、運行效率控制在最佳范圍。

其中，可控硅的選用可以根據(jù)電機容量的大小以選用不同的器件。軟啟動控制系統(tǒng)以高性能的MB95F936K單片機作為控制核心。該電路與電源轉(zhuǎn)換脈沖同步電路、相序檢測電路、控制電路、三相移相脈沖輸出電路一起實現(xiàn)對電動機工作電流進行調(diào)整。

2.2電壓檢測電路

電壓檢測電路的重要功能體現(xiàn)在以下三個方面。

首先是對同步信號的檢測，采樣的起始時刻為三項交流電其電壓值剛剛過零的瞬間，該采樣值作為可控硅脈沖觸發(fā)信號的同步信號，達到協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)有序工作的條件。

三相交流電壓的信號在進入單片機之前需要通過A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換入單片機的信號為實時電壓測量值，可用于故障診斷以及過電壓、欠電壓保護。因軟啟動控制器需要在一整個電壓周期內(nèi)完成對可控硅導(dǎo)通任務(wù)的控制，也即是在確認電壓波形過零點后發(fā)出信號，控制器根據(jù)信號實現(xiàn)對導(dǎo)通的控制。而電壓波形的過零點能夠由同步信號電路檢測系統(tǒng)獲得。而同步也實現(xiàn)了可控硅有秩序的實時觸發(fā)。

2.3相序檢測電路

將三相交流電通過光電耦合器進行脈沖取樣，送入單片機中斷端，由單片機進行運算，通過發(fā)出控制脈沖去打開光電耦合器，由（MOC3021）光電耦合器取出發(fā)可控硅。2.4電流檢測電路

電流檢測的方法多種多樣，我們采用具有統(tǒng)計效率的多點插值取平均的辦法，有效的避免偶然的奇異數(shù)據(jù)，使得系統(tǒng)更加可靠。單片機的電壓設(shè)置精度為5mV。對交流電進行正比轉(zhuǎn)換后輸入單片機P3.1引腳，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸送至CPU，接著由軟件來完成對監(jiān)測電流和給定電流的數(shù)據(jù)分析，按照PID調(diào)節(jié)器算法完成限流調(diào)節(jié)和過流保護功能。

2.5可控硅觸發(fā)電路

單片機給出的控制信號，是以同步脈沖作為基礎(chǔ)的，單片機將采樣到的同步脈沖進行運算處理后發(fā)出移相觸發(fā)脈沖去驅(qū)動可控硅?？煽毓栌|發(fā)電路采用絕緣度高、隔離效果好的光電耦合器。

3結(jié)束語

該軟啟動方案設(shè)計使得大功率電動機具備了操作簡便、系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)點，還可根據(jù)具體啟動條件要求的不同而對啟動時間進行設(shè)定。特別適合50-200kW的大容量大功率電動機的使用，較好地滿足要求。

參考文獻

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