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摘 要：軟啟動的調(diào)壓模塊一般由三相反并聯(lián)晶閘管組成,，可以通過改變晶閘管的觸發(fā)角改變定子的電壓，方便控制,，性能良好,。文章對三相異步電機(jī)的啟動進(jìn)行概述，分析了軟啟動的原理和特性,，介紹了軟啟動系統(tǒng)構(gòu)成及作用,，同時分析了軟啟動技術(shù)的*性和實(shí)用性。
關(guān)鍵詞：三相異步電動機(jī),；軟啟動控制技術(shù)；晶閘管
0引言
傳統(tǒng)電動機(jī)啟動，對電力系統(tǒng)的各個部件造成重大影響,，降低它們的使用壽命,，甚至可能形成電網(wǎng)電壓驟降,，從而影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，直接影響電網(wǎng)中的其余電氣設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。如此大的電流不但加重了輸入線路,、供電網(wǎng)和電機(jī)前方的開關(guān)設(shè)施的負(fù)載，巨大的轉(zhuǎn)矩沖擊導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生劇烈的脈沖,。還給用于動力傳遞的輔助設(shè)施，如三角帶,、傳動機(jī)構(gòu)和用于動力傳遞的機(jī)械設(shè)備帶來了機(jī)械沖擊,，并且無法避免。
電動機(jī)頻繁使用,，再加上它直接啟動帶來的各種危害,，一種新的啟動方式——軟啟動應(yīng)運(yùn)而生,，如今軟啟動已廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域,，與傳統(tǒng)啟動方式相比具有很多優(yōu)勢,，而且軟啟動也分為各種啟動的方式,，各種方式應(yīng)用于不同的領(lǐng)域,，比如輕載,，重載,。同時,，軟啟動所用材料也各有不同,，不同的軟啟動材料也有不同的特點(diǎn)，也有各種不同的利弊,。因?yàn)殡姍C(jī)的問題,，造成工廠出現(xiàn)事故,，直接或者間接導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)重大的損失,。
由此可以看出，電動機(jī)既是為數(shù)眾多，廣泛應(yīng)用的動力設(shè)備,，同時又是國民經(jīng)濟(jì)的薄弱環(huán)節(jié),，電動機(jī)的研究保護(hù)設(shè)計(jì)以及正確的使用，對于國民經(jīng)濟(jì)有著較重要的意義,。
1三相異步電動機(jī)的啟動控制
1.1啟動過程
異步電動機(jī)在社會的各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,，各個行業(yè)如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè),，都少不了異步電動機(jī),，可見它在日常生活中對人們的重要性,。
電動機(jī)的電壓和電流呈正比,，所以要把電壓全加到定子上的話可以減輕啟動電流過大的沖擊,，這就是降壓啟動,。一般降壓啟動的時候，在這樣的情況下,，它們的數(shù)值都不會很高：就是啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩在電壓的情況下,，一同增加，一同減小。像這樣的情況,，更適合需求啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩都不高的場合,。
為了更加便利,，可以采用這樣的辦法：在電機(jī)啟動時，為了避免造成諧波過大,，首先可以采用星型連接的方式,，在啟動完成后把電路連接方式轉(zhuǎn)換成三角形連接。異步電動機(jī)啟動時要注意：啟動需要的設(shè)備不要復(fù)雜,，要簡單,，操作要方便,；電動機(jī)要有特別大的啟動轉(zhuǎn)矩,；啟動轉(zhuǎn)矩相同的情況下，啟動電流小的越適合人們應(yīng)用,，功率損耗越小的越受到廣泛應(yīng)用,。轉(zhuǎn)矩和啟動電流是電機(jī)啟動時的兩個重要參數(shù),，要兼顧這兩個方面來控制電動機(jī)的啟動,。
三相異步電動機(jī)的電機(jī)的磁場與靜止轉(zhuǎn)子相對運(yùn)動后,，轉(zhuǎn)子的電流和感應(yīng)電動勢在變大，定子也是如此,。但是，過大的啟動電流會導(dǎo)致電壓下降,，電壓下降過大會直接影響電網(wǎng)電力設(shè)備的運(yùn)行,。如果電壓降低,，會使啟動轉(zhuǎn)矩?zé)o法達(dá)到需要的轉(zhuǎn)矩，即使啟動時間再長也會失敗,。因而,，使用大型變壓器的場所，小容量的三相異步電機(jī)方便啟動,。
1.2啟動方法
1.2.1直接啟動
直接啟動方式如果頻繁地啟動電機(jī),，就會造成電壓降低，會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓降低,，從而電網(wǎng)中的設(shè)備正常運(yùn)行受到影響,，有時可能無法啟動或終止負(fù)載[3]。直接啟動應(yīng)盡量避免電壓下降,，否則一定會無法完成啟動并帶來不好的影響,，電機(jī)無法正常的啟動會影響整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行。
1.2.2傳統(tǒng)減壓啟動
根據(jù)電壓幅度的大小能不能連續(xù)可調(diào),，可以分為分步調(diào)壓和逐級調(diào)壓,。分級電壓調(diào)節(jié)是把電壓分成幾個層次，用較低的電壓水平啟動電動機(jī),，并在起動的過程中逐漸變大電壓幅值,，一直到電動機(jī)啟動。
1.2.3軟啟動
三相反并聯(lián)晶閘管以星型方式連接,，這樣的電流不會四處流動,，四處流動會導(dǎo)致電路中的諧波變大，就好像三角形連接,，這樣的連接效果就會導(dǎo)致電路中的諧波變大,，損耗增加。啟動完成后,，三相晶閘管的旁路接觸器會吸和,，以免造成不必要的功率損失。這樣軟啟動的方式性能好,，啟動方式平緩,，方便于控制,，方便于管理電流，缺點(diǎn)就是諧波大,。
2三相異步電動機(jī)軟啟動原理和控制方式
2.1軟啟動的工作原理
晶閘管軟啟動原理如圖1所示,，目的是改變異步電機(jī)兩端電壓。加在電機(jī)上的定子電壓逐漸升高額定電壓,，實(shí)現(xiàn)了異步電機(jī)的軟啟動,。啟動完成后，三相晶閘管部分被短路,，以免浪費(fèi)功率,。軟啟動之所以用三相反并聯(lián)晶閘管，是因?yàn)檐泦右玫氖侨嘟涣麟娫?，所以要用到三相反并?lián)晶閘管，同時為了減小諧波,，采用星型的連接方法,，三端接到三相交流電源，一端接入電動機(jī),，保證了良好的啟動效果和高的效率,。
三角形連接法的三次諧波可以流動，因此繞組中的電流增加,，并且繞組的附加銅損耗增加,。文章采用的軟啟動方式是星形連接，諧波少,。工作時,，需要不同的兩相正反相同時導(dǎo)通才可以。同時應(yīng)注意繞組之間的相位關(guān)系,，無論是正反向晶閘管的,，還是不同相的晶閘管的。
2.2三相異步電機(jī)軟啟動的控制方式
2.2.1斜坡電壓啟動
電壓斜坡屬于開環(huán)控制,，自調(diào)節(jié)能力差,。啟動時間長，無限流環(huán)節(jié),，啟動中期電流較大,，對設(shè)施構(gòu)成損壞，對電網(wǎng)電能品質(zhì)影響較大,。此外,，由于控制參數(shù)比較單一，控制參數(shù)通常由經(jīng)驗(yàn)選擇,，動態(tài)效果不好,。不管初始電壓以怎樣的線性斜度上升至額定電壓,，上升至額定電壓后，都將保持穩(wěn)定,，上升的樣子就像個斜坡一樣,，又叫斜坡電壓啟動。無論初始電壓以怎樣的斜率上升,，終達(dá)到額定電壓就會趨于平穩(wěn),，以此來保證電動機(jī)的順利運(yùn)行。但斜坡電壓啟動無反饋系統(tǒng),，這樣不好控制,，在此啟動過程中，啟動方法效果單一,，只有控制電壓才能啟動,。
2.2.2限流啟動
如果電流限制設(shè)置得小，啟動轉(zhuǎn)矩就會很小,，從而無法啟動,。因?yàn)檫@種方法的啟動轉(zhuǎn)矩不高，輕載情況更適用于限流啟動,，電流先以線性上升,，到上限電流后平穩(wěn)，直到達(dá)到額定電壓,，再恢復(fù)至額定電流,，啟動成功。啟動成功后,，電流值會從維持了一會的電流值下降,，而之前的維持上限電流是為了等待電機(jī)成功啟動，而啟動成功后,，則不需要電流如此之大,，就會逐漸下降到額定電流。這樣的啟動方式,，避免了配置的損壞,，而上限電流雖然維持了一會但不會對設(shè)備造成太大的影響。
2.2.3轉(zhuǎn)矩斜坡啟動
轉(zhuǎn)矩斜坡啟動,，轉(zhuǎn)矩曲線的設(shè)置應(yīng)始終大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,，并且速度不斷增加。后,，將設(shè)定轉(zhuǎn)矩曲線與異步電動機(jī)起動時的輸出曲線進(jìn)行比較,，并依據(jù)誤差對晶閘管的觸發(fā)角進(jìn)行調(diào)整。大型泵電機(jī)場合適合用轉(zhuǎn)矩斜坡啟動,。大型泵電機(jī)多用大型磁鐵,，而磁鐵能提供電磁轉(zhuǎn)矩,，由于電磁轉(zhuǎn)矩較大，因此,，轉(zhuǎn)矩斜坡啟動更適合大型泵電機(jī)啟動,。因?yàn)樨?fù)載屬于耗能器件，如果給的動力小于消耗的動力,，則無法提供給電動機(jī)應(yīng)有的動力,，就會無法啟動。而隨著初始轉(zhuǎn)矩到達(dá)額定轉(zhuǎn)矩,，電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,，初始轉(zhuǎn)矩就可以下降了，同時負(fù)載轉(zhuǎn)矩慢慢提高,。
三相異步電機(jī)軟啟動工作原理中的交流調(diào)壓模塊是由三相反并聯(lián)晶閘管組成,，控制方式有很多種，都是為了轉(zhuǎn)矩達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩來工作的,。這樣的控制方式避免了種種不利因素,，以良好的啟動效果實(shí)現(xiàn)啟動。
3三相異步電動機(jī)軟啟動系統(tǒng)
電動機(jī)軟啟動系統(tǒng)模塊如圖2所示,。三相交流電源下有同步電壓檢測模塊，電動機(jī)接有電流檢測模塊,，SCR驅(qū)動電路,、信號隔離電路都作用于反并聯(lián)晶閘管。晶閘管端電壓檢測模塊可以給功率因數(shù)角控制模塊發(fā)出信號,，后32位ARM微處理器把信息投入到液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊,，并且和RS485以太網(wǎng)進(jìn)行信息互相交流。其詳細(xì)工作過程如下：LPC2378通過檢測起動接觸器的返回信號,，了解電動機(jī)需要軟起動,。當(dāng)晶閘管觸發(fā)角和啟動時間小于閾值時，旁路啟動器閉合,，并斷開啟動接觸器,，使得電機(jī)與電網(wǎng)相連。這樣保證了系統(tǒng)能源的充分利用,，使啟動后的電力資源直接供應(yīng)給電機(jī),，這樣不僅方便了供電，還提升了電網(wǎng)設(shè)備的耐用性,，這種方法為多數(shù)電廠設(shè)備所采用,。三相晶閘管可以控制觸發(fā)角度，所以啟動時比較平滑,，是連續(xù)的,，便于啟動調(diào)節(jié),。
1）功率單元：主要由六個晶閘管組成，每相由兩個晶閘管逆并聯(lián),，每相晶閘管的兩端由旁路接觸器并聯(lián),，旁路接觸器用于啟動后的旁路軟起動器。并聯(lián)電容是為了濾波,。
2）檢測單元：三相電壓經(jīng)調(diào)節(jié)電路饋入控制器A/D通道,，用于電壓監(jiān)測、過壓,、欠壓保護(hù)等,。第二種是利用檢測到的晶閘管電壓變換后的方波信號同時進(jìn)入A/D通道，并饋入控制器計(jì)算電機(jī)的功率因數(shù)角,。
3）晶閘管觸發(fā)單元：晶閘管觸發(fā)單元能改變定子電壓,，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動，是因?yàn)榫чl管觸發(fā)單元能與三相交流電源與三相異步電動機(jī)相連,。
4）外圍拓展單元：這些單元包括信號處理,、信號隔離、功率放大,、運(yùn)行參數(shù)和故障信息檢測顯示,，還有鍵盤輸入電路等。外圍拓展的單元基本包含了與外部器件相關(guān)的功能與應(yīng)用,。
文章對系統(tǒng)的硬件部分做了分析與應(yīng)用,，同時對硬件部分在系統(tǒng)中的應(yīng)用做了介紹。硬件部分有主要器件,、電源模塊,、主電路、同步信號采集模塊,、電流檢測電路,，它們是硬件部分的各個模塊，起到不同的作用,。
4安科瑞ARD系列智能電動機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型
4.1產(chǎn)品簡介
ARD該系列低壓電動機(jī)保護(hù)器,，具有過載、斷相,、不平衡,、欠載、接地/漏電,、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能,。可與接觸器,、電動機(jī)起動器等電器元件構(gòu)成電動機(jī)控制保護(hù)單元,，具有遠(yuǎn)程自動控制,、現(xiàn)場直接控制、面板指示,、信號報(bào)警,、現(xiàn)場總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦,、石化,、冶煉、電力,、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域,。
4.2產(chǎn)品選型
產(chǎn)品功能
說明：“√”表示具備“■”表示可選
5結(jié)束語
文章介紹了三相異步電機(jī)的各個方面，包括了它的啟動過程,、啟動方法,、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì),。在三相異步電機(jī)的啟動過程中,，應(yīng)盡量避免電壓降，過大的啟動電流,，同時啟動轉(zhuǎn)矩也應(yīng)該列為重要的參數(shù)之一,，不斷觀察啟動轉(zhuǎn)矩，以免電動機(jī)啟動失敗,。眾多啟動方法中,，應(yīng)用參數(shù)用到了電壓、電流,、電磁轉(zhuǎn)矩,，這些都可以作為電機(jī)啟動過程中啟動的因素,。今后電機(jī)的啟動的發(fā)展方向會趨向節(jié)能,，保護(hù)電機(jī)，效率高,，耐用性高的方向,，三相晶閘管應(yīng)用更受大多數(shù)電機(jī)的應(yīng)用，在以后的應(yīng)用中應(yīng)該加入一個快速熔斷器,，防止在調(diào)壓的過程中晶閘管的損壞,。
【參考文獻(xiàn)】
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