黃達(dá)義

摘要：文章論述了感性負(fù)載（電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)等）軟啟動(dòng)的特性，進(jìn)一步以降低大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)問(wèn)題發(fā)生的概率為原則，提升其啟動(dòng)的安全性、平穩(wěn)性和可靠性為目的，對(duì)電動(dòng)機(jī)智能軟啟動(dòng)方案的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析闡述。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)：軟啟動(dòng);壓縮機(jī)

中圖分類號(hào)：TM922.72

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6487（2019）03-0107-02

0引言

如何改變傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的震動(dòng)，文中重點(diǎn)研究電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法。交流電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)因其電路電流過(guò)大，對(duì)電網(wǎng)而言會(huì)對(duì)其電壓造成較大影響，相應(yīng)地對(duì)其他用戶的正常用電造成干擾;此外，與啟動(dòng)時(shí)的大電流同時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械沖擊轉(zhuǎn)矩對(duì)電動(dòng)機(jī)而言也會(huì)造成干擾導(dǎo)致其損壞。

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

1電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式

一般來(lái)說(shuō)電動(dòng)機(jī)具有硬啟動(dòng)和軟啟動(dòng)兩種不同方式，硬啟動(dòng)模式的啟動(dòng)條件為等額電壓;而對(duì)于軟啟動(dòng)而言則是在啟動(dòng)時(shí)對(duì)其電壓或電流進(jìn)行調(diào)整。實(shí)際生活中的電動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)方式通常直接啟動(dòng)，這一方式優(yōu)勢(shì)在于系統(tǒng)接線較為簡(jiǎn)單，在啟動(dòng)方面也具有很快的速度，操作起來(lái)方便快捷、維護(hù)流程簡(jiǎn)潔”。但相應(yīng)地也有其劣勢(shì)存在：

（1）對(duì)電網(wǎng)影響較大。針對(duì)大功率電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析可知，直接啟動(dòng)時(shí)其空載電流的數(shù)值與額定電流相比是其4-7倍，滿載時(shí)最高可達(dá)到10倍之多，這樣給的電網(wǎng)帶來(lái)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(duì)同一電網(wǎng)下的其他設(shè)備運(yùn)行造成不良影響。

（2）由于過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣老化加速，影響電機(jī)壽命。

（3）其機(jī)械系統(tǒng)容易由于電氣系統(tǒng)的突變而對(duì)機(jī)械系統(tǒng)造成沖擊。對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)的風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備而言，電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)一：般會(huì)產(chǎn)生一定的壓力突變，而壓力的迅速變化對(duì)風(fēng)機(jī)的管道、水泵的閥門(mén)等部件造成損害，使用壽命也因此大大縮減;對(duì)此設(shè)備傳動(dòng)精度產(chǎn)生的不良影響也使得過(guò)程控制發(fā)生一定的偏差。為了進(jìn)一步提升電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中對(duì)其啟動(dòng)選擇做出以下限制。

第一，電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)與否首先應(yīng)當(dāng)參照機(jī)械設(shè)備的工藝性能、設(shè)備參數(shù)。

第二，應(yīng)當(dāng)參照電動(dòng)機(jī)的最大容量與電網(wǎng)變壓器的最大容量之比來(lái)確定其能否采用直接啟動(dòng)的方式，一般來(lái)說(shuō)二者比值應(yīng)當(dāng)小于0.1。

第三，針對(duì)電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)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(dāng)小于額定電壓的15%。于大功率電動(dòng)機(jī)而言往往采用軟啟動(dòng)而不采用直接啟動(dòng)，啟動(dòng)之時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行一定的補(bǔ)償，從而保障其啟動(dòng)的穩(wěn)定性。

2軟啟動(dòng)系統(tǒng)方案

2.1電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器硬件設(shè)計(jì)

該軟啟動(dòng)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(gè)控制電路提供穩(wěn)定的工作電源）、相序檢測(cè)電路、控制電路、三相移相脈沖輸出電路、過(guò)載檢測(cè)電路、輸出功率電路。在給電動(dòng)機(jī)通電時(shí)起，施加在電動(dòng)機(jī)中的電流線性增加，逐步完成啟動(dòng)的過(guò)程。具體實(shí)現(xiàn)是通過(guò)移相技術(shù)線性改變可控硅的觸發(fā)角a的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的先行調(diào)整，進(jìn)一步地降低啟動(dòng)時(shí)對(duì)電能的損耗，使其能夠以最佳的狀態(tài)啟動(dòng)。電流檢測(cè)系統(tǒng)能夠通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)的電路電流，并結(jié)合電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)設(shè)定自發(fā)地對(duì)定子電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而將電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)維持穩(wěn)定、運(yùn)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(jī)容量的大小以選用不同的器件。軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)以高性能的MB95F936K單片機(jī)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(cè)電路、控制電路、三相移相脈沖輸出電路一起實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)工作電流進(jìn)行調(diào)整。

2.2電壓檢測(cè)電路

電壓檢測(cè)電路的重要功能體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

首先是對(duì)同步信號(hào)的檢測(cè)，采樣的起始時(shí)刻為三項(xiàng)交流電其電壓值剛剛過(guò)零的瞬間，該采樣值作為可控硅脈沖觸發(fā)信號(hào)的同步信號(hào)，達(dá)到協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)有序工作的條件。

三相交流電壓的信號(hào)在進(jìn)入單片機(jī)之前需要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)轉(zhuǎn)換入單片機(jī)的信號(hào)為實(shí)時(shí)電壓測(cè)量值，可用于故障診斷以及過(guò)電壓、欠電壓保護(hù)。因軟啟動(dòng)控制器需要在一整個(gè)電壓周期內(nèi)完成對(duì)可控硅導(dǎo)通任務(wù)的控制，也即是在確認(rèn)電壓波形過(guò)零點(diǎn)后發(fā)出信號(hào)，控制器根據(jù)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)通的控制。而電壓波形的過(guò)零點(diǎn)能夠由同步信號(hào)電路檢測(cè)系統(tǒng)獲得。而同步也實(shí)現(xiàn)了可控硅有秩序的實(shí)時(shí)觸發(fā)。

2.3相序檢測(cè)電路

將三相交流電通過(guò)光電耦合器進(jìn)行脈沖取樣，送入單片機(jī)中斷端，由單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，通過(guò)發(fā)出控制脈沖去打開(kāi)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(cè)電路

電流檢測(cè)的方法多種多樣，我們采用具有統(tǒng)計(jì)效率的多點(diǎn)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(jī)的電壓設(shè)置精度為5mV。對(duì)交流電進(jìn)行正比轉(zhuǎn)換后輸入單片機(jī)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(lái)完成對(duì)監(jiān)測(cè)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(guò)流保護(hù)功能。

2.5可控硅觸發(fā)電路

單片機(jī)給出的控制信號(hào)，是以同步脈沖作為基礎(chǔ)的，單片機(jī)將采樣到的同步脈沖進(jìn)行運(yùn)算處理后發(fā)出移相觸發(fā)脈沖去驅(qū)動(dòng)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(yǔ)

該軟啟動(dòng)方案設(shè)計(jì)使得大功率電動(dòng)機(jī)具備了操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，還可根據(jù)具體啟動(dòng)條件要求的不同而對(duì)啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。特別適合50-200kW的大容量大功率電動(dòng)機(jī)的使用，較好地滿足要求。

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