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智能式软启动器的应用研究左翼虎1 ,段少林2(1. 中国第十八冶金建设公司,重庆400051 ;2. 陕西省设备安装工程公司,陕西西安710068)摘要:交流鼠笼式电动机采用智能软启动控制技术,可以避免因较大电流的变化而产生的对机械设备的冲击力,延长设备使用寿命。采用微机控制技术,具有斜坡电压和限制电流的功能。可设置多种启动方式,使受控电机按转矩优化的加速曲线,完成启动过程。关键词:电动机;启动方式;软启动中图分类号:tm306 :tp273. 5 文献标识码:b 文章编号:1002 - 3607(2004) 05 - 0025 - 022 软启动与传统启动方式的比较2. 1 传统的电机控制与启动方式存在的问题传统电机多采用直接的(较小电机) 或y- 方式的控制技术,可靠性差、不稳定,每次起/ 停都会造成对电网和机械设备的不良冲击,会引发一系列的技术问题。同时,这种控制方式的水泵电机,起动时必须将其出口阀门关严,在低负荷时才能启动,否则会跳闸,影响电机的正常启动。综上所述,传统的启动方式存在以下几个问题:(1) 对电网的冲击大,影响了电网的供电质量;(2) 对机械设备冲击大,降低设备使用寿命;(3) y- 切换时间根据经验设定,因切换时间的掌握不会很准确,y - 切换很难控制在最佳时刻,y- 切换的控制作用发挥得不够充分。2. 2 智能式软启动器的特点和性能采用微机控制技术,使启动电压和电流在计算机控制下,具有斜坡电压和限制电流的功能。利用斜坡电压和电流可设置多种启动方式,使受控电机的电压及电流在预先设置的范围内,按转矩优化的加速曲线,完成整个启动过程。实现了平缓启动。软启动器同时还具有“软停”的功能。传统的y控制方式,在停车时突然断电,切断电机电源。对水泵系统而言,管内的水在停车时会突然产生反压,这个反压对阀门产生巨大的冲击力,甚至引起整个管网颤动,进而造成破坏作用。而智能式软启动器的“软停”功能,在停车时可以逐步减少电机的供电,使电机由高速到低速再到零速,慢慢地停止。管内的反压就不会造成破坏作用。智能式软启动器实现了“机电一体化”的控制效果,安全可靠。3 智能式软启动器的控制原理与传统的控制方式相比,智能式软启动器的控制原理可以归结为“降压启动”,只是所采用的控制元器件、手段和策略不同而已。智能式软启动器采用了可控硅、微机等先进的技术,以实现了平滑的、安全的启动方式。其原理结构图如图1 所示。当启动(按下图1 中启动按钮) 软启动器后,cpu 根据设定的值(可以经由rs232 接口或键盘) ,通过触发脉冲控制可控硅,给电机一个设定的低电压,这个低电压称为起始电压,记为us (如图2) 。在起动过程中,电机的输出力矩随电压增加而增加。当软启动器输出电压较小时,因电机力矩小于负载的静摩擦力矩而不能使负载转动。随着输出电压的不断增大,电机力矩克服了负载的静摩擦力矩和惯性,使电机转动。us 按一定的斜率(设定的时间) 上升,电机不断加速. 当输出电压达到ur 时,电机也基本达到额定转速,把ur 称为达速电压。输出电压从零上升到ue ( 额定工作电压ac380v) 的这段时间(记为ts) 称为启动时间,即us与ur 之间的斜率。电机的实际起动时间与负载大小有关,一般情况下将小于ts。通过软起动器修改ts ,可满足不同负载的启动要求。图1 智能软启动器原理结构图图2 智能软启动器输出特性此时,启动过程已完成。智能软启动器将退出工作状态。cpu 根据ts 使jc(交流接触器) 吸合,屏蔽掉软启动器使ac380 v 直接供给电动机。4 智能软启动器的控制模式智能软启动器的控制模式可归纳为四种:限流型、电压控制型、转矩控制型和转矩控制加突跳型。如图3、图4、图5 和图6 所示。图3 限流型启动特性曲线图图4 电压控制型启动特性曲线图5 转矩控制型启动特性曲线图6 转矩控制加突跳型启动特性曲线4. 1 限流型启动的特性曲线如图3 所示。其特点是限制启动电流、降低启动电压,而电压或电流的值可以通过键盘依据电机容量和负载类型设定。图中iq 为电机在没有软启动器参与的情况下的启动电流, iq1为设定的启动电流, ie 为电机启动完毕后的额定工作电流, ts 为电机从启动开始到启动完毕的时间。4. 2 电压控制型特性曲线如图4。通过键盘设定“允许电压降百分值”,软启动器自动测量实际电压降并限制电压降的值,通过测量压降值以控制启动电流。cpu 自动记忆调试数据,由预先写入的程序自动监控运行。图中ue 为电机的额定工作电流,其余符号同前。4. 3 转矩控制型特性曲线如图5 所示。其控制模式特点如下:(1) 尤其是在电机的启动和停止期间,实现对电机的特性控制;(2) 对电机和启动器的过载保护;(3) 通过消除浪涌转矩并降低冲击电流,实现对传动机械的保护;(4) 在给定的区间内控制电机的加速转矩(图中曲线1 为电机特性,曲线2 为负载特性) ;(5) 按应用要求调节电机的输出转矩,图中mq为电机没有软启动器参与的启动转矩, mq1为设定的电机启动转矩,mf 为负载转矩,其余符号同前。4. 4 转矩控制加突跳型特性曲线如图6。如果转矩控制时间过长,通过转矩突跳方式以克服静转矩加速启动。图7 智能软启动器的停止特性曲线图在图7 中,显示了软停止的特性曲线。对水泵等一些不能突然停止的负载,可以通过智能软启动器的控制键盘设定软停方式。当选用该功能时,电动机的转速将在设定的时间( tf) 内下降到零。斜坡式的下降曲线可以避免这类负载的设备出现喘振现象。智能软启动器能“软起”也能“软停”,通过键盘或rs232 接口选定此项功能后,智能软启动器依据设定的值,按启动时相反的顺序断电停车,只是时间很短而已。其特性曲线如图7 所示。5 几点设想智能软启动器在设定了受控电机的容量后,采用修改起始电压us 、起始时间ts 、启动上升时间tj 、软停止时间、启动控制电流、过载电流参数来实现其对电机的智能控制。没有考虑到电机的负荷种类即在设定智能软启动器的参数时未加以区别,对电机的其他参数也未加考虑。应做如下改进:(1) 对负荷进行分类,如水泵为1 类负荷,风机为2 类负荷等,预先写入各类负荷的控制方式,当通过键盘设定电机容量和负荷种类编号后,智能软启动器就能自动匹配一种启动控制模式,完成启动任务,使智能软启动器更加“聪明”。(2) 智能软启动器没有考虑电机转速的控制作用,应加以考虑。如电机因故堵转,在一定时间内没有启动,通过检测电机的转速,智能软启动器就能采取