智能電機控制模塊的功能及其應(yīng)用
一、 概述
眾所周知，三相交流異步電動機以其低成本，高可靠性和易維護等優(yōu)點在各行業(yè)中廣泛應(yīng)用。但是,它在直接起動時，存在著很大的缺點：首先，它的起動電流高達額定電流的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，増加維護成本，甚至影響了其它電氣設(shè)備的正常運行;其次，起動轉(zhuǎn)矩可達正常轉(zhuǎn)矩的2倍，這會對負載產(chǎn)生沖擊，增加傳動部件的磨擦和額外維護。因為以上原因，出現(xiàn)了三相異步電動機降壓起動設(shè)備。
傳統(tǒng)的降壓起動有以下幾種方法:
1、在電動機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(Y -△)。 電機起動時接成星形，起動結(jié)束后，通過一個轉(zhuǎn)換器變成三角形接法;
3、起動補償器起動(自藕變壓器起動)。
傳統(tǒng)的起動設(shè)備體積龐大，成本高，結(jié)構(gòu)復雜，與負載匹配的電機轉(zhuǎn)距很難控制，也就是說很難得到合適的起動電流和起動轉(zhuǎn)距;而且在切換瞬間會產(chǎn)生很高的電流尖峰，由此產(chǎn)生的機械振動會損害電機轉(zhuǎn)子，軸連接器，中間齒輪，以及負載。
因此，就需要有一種能克服傳統(tǒng)起動缺點的起動裝置。“智能電機控制模塊”，采用數(shù)碼管顯示，按鍵控制，整個起動過程全部由單片機控制自動完成。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方式，能夠很方便地控制起動電流，得到與負載相匹配的電機轉(zhuǎn)矩。
二、系統(tǒng)構(gòu)成
如圖1，整個系統(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
電機軟起動控制模塊主要能夠完成以下功能：
1、電壓斜坡起動
2、限流起動
3、軟停車
4、節(jié)能運行
5、過流、過熱、缺相保護
現(xiàn)在分別介紹一下
1、電壓斜坡起動
如圖2，系統(tǒng)首先加一個電壓Us到電機上，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，加到電動機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。
這種起動方式的特點是起動平穩(wěn)，可減少起動電流對電網(wǎng)的沖擊，同時大大減輕起動力矩對負載帶來的機械振動。
2、限流起動
如圖3，這種起動方式是由用戶設(shè)定一電流值Ik，在整個起動過程中，實際電流不超過設(shè)定值Ik。Ik由用戶根據(jù)實際負載大小自己設(shè)定。
限流起動可以使大慣性負載以最小電流被起動加速，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。這種起動方式特別適合于恒轉(zhuǎn)矩負載。
3、軟停車
如圖4，與直接停車相比，就是加到電機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)時一段時間Tp，最后降為0V。其中，下降時間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)能運行
對于大磨擦負載，由于所需起動電流大，需要功率較大的電動機，而正常負載所需運行負載力矩比電動機額定轉(zhuǎn)矩小的多，這就造成電動機輕載運行。對于間隙性負載，維持大電流的工作時間占整個周期很小一部分，造成輕載有功損耗浪費，使運行功率因數(shù)大大降低。智能電機控制模塊自動調(diào)節(jié)輸出電壓，使電機工作在最佳效率工作區(qū)，達到節(jié)能目的。
5、保護功能
共有三種保護功能：過流保護，過熱保護，缺相保護。
在起動或者運行過程中如果出現(xiàn)上述三種故障之一，模塊會自動切斷電機，控制板上的數(shù)碼管會閃爍顯示故障原因，待排除故障以后，按復位鍵即可恢復正常。
圖3
圖4
四、實驗情況及實際應(yīng)用介紹
我們對一只正在使用中的智能電機控制模塊進行了實際測量并作了記錄。
所用負載為18.5KW風機，電壓實際測量值為390V左右。
為了作一個比較，首先拆掉模塊進行直接起動。
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)一段時間，逐漸下降，最后穩(wěn)定在30A左右。同時，可清楚地聽到由于大電流沖擊，風機產(chǎn)生強烈的機械振動所發(fā)出的聲音。
然后接上電機軟起動控制模塊，設(shè)置為限流方式起動，限流值為90A，打開節(jié)能運行。
按下“起動”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。起動時間為6秒。在整個起動過程中，電機起動平穩(wěn)，聽不到機械沖擊的聲音。
15秒后，電壓逐漸下降為355V，電流不變，開始穩(wěn)定運行。
智能電機控制模塊可廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，其功能適用領(lǐng)域如下：
1、降低電動機起動電流(一般交流電動機直接起動時，沖擊電流是額定電流的5-7倍);
2、避免電動機起動時供電線路產(chǎn)生瞬間電壓跌落，造成設(shè)備、儀表誤動作;
3、防止起動時產(chǎn)生力矩沖擊，而使機械斷軸或產(chǎn)生廢品;
4、可以較頻繁地起動電動機(軟起動裝置一般允許10次/小時，而使電動機不致過熱);
5、對泵類負載可以防止水錘效應(yīng)，防止管道破裂;
6、對某些工藝應(yīng)用(如染紗機械)，可防止由于起動過快而產(chǎn)生染色不勻造成質(zhì)量問題;
7、對某些易碎的容器灌漿生產(chǎn)線，可防止容器破損;
8、需要控制起動電流，減少對機械的沖擊，同時也可適應(yīng)較低容量供電變壓器的場合(如注塑機);
9、可以降低電網(wǎng)適配容量，節(jié)省增容費開支;
10、需要方便地調(diào)節(jié)起動特性的場合。
