劉 偉

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132021）

壓油電機(jī)軟啟動(dòng)器的研究與設(shè)計(jì)

劉 偉

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132021）

目前隨著各領(lǐng)域的生產(chǎn)機(jī)械不斷發(fā)展，電廠對交流電機(jī)的啟動(dòng)性能要求也越來越高。文章針對電廠輔助設(shè)備所采用的交流電機(jī)在啟動(dòng)過程中出現(xiàn)的問題，提出了晶閘管調(diào)壓啟動(dòng)控制方法。結(jié)果表明，此設(shè)計(jì)方法可以有效地減小啟動(dòng)電流和對電網(wǎng)的沖擊。

軟啟動(dòng)；壓油電機(jī)；晶閘管

1 軟啟動(dòng)器研究背景

為了保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，解決電機(jī)在啟動(dòng)過程中的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩等問題，軟啟動(dòng)器可以通過平滑的改變端子電壓，實(shí)現(xiàn)無沖擊的啟動(dòng)并保護(hù)電源系統(tǒng)及電動(dòng)機(jī)。

2 晶閘管軟啟動(dòng)類型

2.1 斜坡升壓啟動(dòng)

該種啟動(dòng)方式是較為簡單的啟動(dòng)類型，為開環(huán)控制。在應(yīng)用當(dāng)中，其將根據(jù)之前已經(jīng)設(shè)定完畢的電壓斜坡曲線產(chǎn)生觸發(fā)角，并以此使時(shí)間能夠同閘管導(dǎo)通角間的關(guān)系不斷增加。在該種方式中，其對啟動(dòng)電流并不存在限制作用，則將因此對整個(gè)電網(wǎng)具有較大的沖擊，僅僅適合應(yīng)用在重載啟動(dòng)場合當(dāng)中。

2.2 限流軟啟動(dòng)

在該啟動(dòng)方式中，即在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)當(dāng)中做好啟動(dòng)電流的限制，保證其不會超出設(shè)定值。主要應(yīng)用在降壓以及輕載情況下。在啟動(dòng)過程中，輸出電壓將從最開始的0逐漸提升，直至電流能夠達(dá)到之前設(shè)定的上限值，之后，則會在保證電流始終低于該上限值的情況下實(shí)現(xiàn)電壓的升高，直至電壓處于額定狀態(tài)。在該種啟動(dòng)方式中，具有啟動(dòng)電流較小的特點(diǎn)，且能夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載情況實(shí)現(xiàn)電流變化速率的設(shè)定，即當(dāng)電流具有較大的上升速率時(shí)，則將在具有較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的情況下在較短的時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)。對此，在實(shí)際對該種方式應(yīng)用時(shí)，則需要在做好啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制的情況下做好電流沖擊情況的防治，并合理做好限流值選取，非常適合應(yīng)用在泵類負(fù)載以及風(fēng)機(jī)等方面。

2.3 轉(zhuǎn)矩控制軟啟動(dòng)

該方式更多地應(yīng)用在重載狀態(tài)啟動(dòng)當(dāng)中，即根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩線性上升規(guī)律實(shí)現(xiàn)輸出電壓的控制。在實(shí)際應(yīng)用中，其具有啟動(dòng)平滑、對拖動(dòng)系統(tǒng)友好的特征，能夠有效減少啟動(dòng)過程中對于電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊，可以說是各方面較好的啟動(dòng)方式，其存在的缺點(diǎn)即啟動(dòng)時(shí)間相對其他方法較長。

2.4 轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)

在該方式中，其能夠在較短的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)，在使晶閘管同全導(dǎo)通非常接近的情況下啟動(dòng)電流，并使其能夠在較短的時(shí)間當(dāng)中達(dá)到設(shè)定值。該方式通過突跳轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)系統(tǒng)靜轉(zhuǎn)矩的克服，在以平滑方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩上升的情況下獲得啟動(dòng)時(shí)間的縮短，非常適合應(yīng)用在具有較大靜摩擦力矩的情況下。而當(dāng)突跳情況發(fā)生時(shí)，則會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，并因此對其余負(fù)荷產(chǎn)生干擾。

3 軟啟動(dòng)的控制策略

隨著科技的進(jìn)步，在晶閘管軟起動(dòng)的控制系統(tǒng)里用到了越來越多的傳統(tǒng)的PID控制，如圖1所示。PID控制具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如較為簡單、實(shí)現(xiàn)容易、效果好等，同時(shí)，這種算法原理相對來說通俗易懂，所表示的物理意義也較為直觀，因此受到了廣泛的歡迎，應(yīng)用也越來越多。

圖1 PID控制器系統(tǒng)

晶閘管在軟起動(dòng)時(shí)，圖1里的“被控對象”表示的是交流調(diào)壓電路，由系統(tǒng)分配輸入量c的值，例如可將電機(jī)最大起動(dòng)電流的設(shè)定值賦值給c。最理想的情況是：當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，讓起動(dòng)時(shí)的電流值恒定在這一值，也就是恒流的方式起動(dòng)。i為定子電流，由系統(tǒng)輸出，u是控制量，其物理意義是觸發(fā)角，其值由下式確定：

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在需要用軟起動(dòng)器來啟動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，按圖2所示的接法接入軟起動(dòng)器。在起動(dòng)過程中，接觸器KM2斷開，KM1閉合，軟起動(dòng)器接入，由此信號使軟啟動(dòng)器運(yùn)行，用來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)運(yùn)行。經(jīng)過運(yùn)行一段時(shí)間后，交流電機(jī)進(jìn)入正常狀態(tài)，啟動(dòng)結(jié)束。自動(dòng)斷開軟啟動(dòng)器，接觸器KM2接通，從而實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的安全啟動(dòng)運(yùn)行。

圖2 在啟動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)時(shí)接入軟啟動(dòng)器示意

5 硬件結(jié)構(gòu)

本軟起動(dòng)器的硬件系統(tǒng)如圖3所示。其主要部分有主回路、控制回路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)回路等。其中主回路采用3對反向并聯(lián)的晶閘管和接觸器構(gòu)成，在控制策略上，使其改變雙向晶閘管的導(dǎo)通角來控制加載在交流電動(dòng)機(jī)端電壓上；接觸器的作用是當(dāng)軟啟動(dòng)完成后，三相電源切除雙向晶閘管，在軟停車時(shí)，將軟起動(dòng)裝置接到主回路中，電動(dòng)機(jī)端電壓調(diào)節(jié)是通過控制晶閘管閥的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)軟停車?？刂苹芈泛万?qū)動(dòng)保護(hù)回路包含了控制器、電壓與電流信號檢測電路、參數(shù)顯示器、晶閘管觸發(fā)系統(tǒng)、故障檢測等。

6 結(jié)語

軟啟動(dòng)器在本質(zhì)上是一種調(diào)壓裝置，它具有軟啟動(dòng)與軟停車、節(jié)約能源、實(shí)時(shí)監(jiān)測及各種保護(hù)等功能，未來發(fā)展將更加智能化和多功能化。

圖3 軟起動(dòng)器的硬件系統(tǒng)示意

[1]范璟.軟啟動(dòng)器電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用[J].西安文理學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（3）：102-104.

[2]蔣曉雁.幾種常見的軟啟動(dòng)技術(shù)及其特性比較[J].榆林學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（6）：41-42.

[3]王毅，趙凱歧，徐殿國.基于DSP的三相異步電機(jī)軟起動(dòng)控制器[J].中小型電機(jī)，2001（6）：34-37.

Research and design of oil pressure motor soft starter

Liu Wei
（Jilin Technology College of Electronic Information, Jilin 132021, China）

Wth the continuous development of production machinery in various felds, requirement for power plant to start AC motor’s performance is higher and higher.According to the AC motor auxiliary equipment used in power plant in the starting process, the thyristor voltage starting control method is put forward in this paper. Results showed that this method can effectively reduce the starting current and the impact on the grid.

soft start; piezoelectric motor; thyristor

吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目課題（院級項(xiàng)目）；項(xiàng)目名稱：壓油電機(jī)軟啟動(dòng)器的控制方法研究；項(xiàng)目編號：JDZY201503。

劉偉（1982— ），女，吉林吉林，講師；研究方向：電氣工程，自動(dòng)化。