智能电机控制模块的功能及其应用 - 文章

智能电机控制模块的功能及其应用

作者：山东临淄银河高技术开发有限公司石光峰

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主题：介绍一种取代传统电机软起动装置的电子软起动装置，内容包括其系统构成、主要功能、实验情况及在实际中的应用。
关键词：移相调控电压斜坡起动限流起动软停车节能运行

一、概述

众所周知，三相交流异步电动机以其低成本，高可靠性和易维护等优点在各行业中广泛应用。但是,它在直接起动时，存在着很大的缺点：首先，它的起动电流高达额定电流的5－7倍，这需要电网有很大的裕量，而且降低了电器控制设备的使用寿命，増加维护成本，甚至影响了其它电气设备的正常运行；其次，起动转矩可达正常转矩的2倍，这会对负载产生冲击，增加传动部件的磨擦和额外维护。因为以上原因，出现了三相异步电动机降压起动设备。

传统的降压起动有以下几种方法：

1、在电动机定子回路中串入电抗器，使一部分电压降在电抗器上；
2、星形－三角形转换降压起动(Y －△)。电机起动时接成星形，起动结束后，通过一个转换器变成三角形接法；
3、起动补偿器起动(自藕变压器起动)。

传统的起动设备体积庞大，成本高，结构复杂，与负载匹配的电机转距很难控制，也就是说很难得到合适的起动电流和起动转距；而且在切换瞬间会产生很高的电流尖峰，由此产生的机械振动会损害电机转子，轴连接器，中间齿轮，以及负载。

因此，就需要有一种能克服传统起动缺点的起动装置。“智能电机控制模块”，采用数码管显示，按键控制，整个起动过程全部由单片机控制自动完成。用户通过按键调整参数设置，可以按需要选择不同的起动方式，能够很方便地控制起动电流，得到与负载相匹配的电机转矩。

二、系统构成

如图1，整个系统由主电路，移相调控，同步检测，电压电流反馈，单片机控制，显示与按键六部分组成。其中，显示与按键为一部分，组成一块控制板。其它五部分全部集成在模块内部。通过一条15芯的并行线与控制板连结起来。

图1

三、各主要功能介绍

电机软起动控制模块主要能够完成以下功能：

1、电压斜坡起动
2、限流起动
3、软停车
4、节能运行
5、过流、过热、缺相保护

现在分别介绍一下

1、电压斜坡起动

如图2，系统首先加一个电压Us到电机上，用于克服静摩擦转矩之后，电压线性上升，从Us增加到最大电压Umax。此时，加到电动机端子上的电压等于电网输入电压。 Us由用户设定，可供用户选择的电压为80V－300V。Ts由用户设定，可以在1－90秒中选择。

图 2

这种起动方式的特点是起动平稳，可减少起动电流对电网的冲击，同时大大减轻起动力矩对负载带来的机械振动。

2、限流起动

如图3，这种起动方式是由用户设定一电流值Ik，在整个起动过程中，实际电流不超过设定值Ik。Ik由用户根据实际负载大小自己设定。

图 3

限流起动可以使大惯性负载以最小电流被起动加速，可以用来设置电流上限，满足电网容量在有限场合的使用。这种起动方式特别适合于恒转矩负载。

3、软停车

如图4，与直接停车相比，就是加到电机上的电压不是立即降下来的，而是由最高电压逐渐下降，经时一段时间Tp，最后降为0V。其中，下降时间Tp用户设定，范围是0－90秒。

图 4

这种软停车可以大大减少管道设备中液体的冲击。

4、节能运行

对于大磨擦负载，由于所需起动电流大，需要功率较大的电动机，而正常负载所需运行负载力矩比电动机额定转矩小的多，这就造成电动机轻载运行。对于间隙性负载，维持大电流的工作时间占整个周期很小一部分，造成轻载有功损耗浪费，使运行功率因数大大降低。智能电机控制模块自动调节输出电压，使电机工作在最佳效率工作区，达到节能目的。

5、保护功能

共有三种保护功能：过流保护，过热保护，缺相保护。

在起动或者运行过程中如果出现上述三种故障之一，模块会自动切断电机，控制板上的数码管会闪烁显示故障原因，待排除故障以后，按复位键即可恢复正常。

四、实验情况及实际应用介绍

我们对一只正在使用中的智能电机控制模块进行了实际测量并作了记录。

所用负载为18.5KW风机，电压实际测量值为390V左右。

为了作一个比较，首先拆掉模块进行直接起动。

合上空气开关以后，电压立即上升到390V，电流快速上升到150A,持续一段时间，逐渐下降，最后稳定在30A左右。同时，可清楚地听到由于大电流冲击，风机产生强烈的机械振动所发出的声音。

然后接上电机软起动控制模块，设置为限流方式起动，限流值为90A，打开节能运行。

按下“起动”键，可观测到电流上升速度明显变慢，逐渐上升到90A，保持2~3秒后，逐渐下降为30A。电压由0V缓慢上升到390V。起动时间为6秒。在整个起动过程中，电机起动平稳，听不到机械冲击的声音。

15秒后，电压逐渐下降为355V，电流不变，开始稳定运行。

智能电机控制模块可广泛应用于各工业领域，其功能适用领域如下：

1、降低电动机起动电流(一般交流电动机直接起动时，冲击电流是额定电流的5－7倍）；
2、避免电动机起动时供电线路产生瞬间电压跌落，造成设备、仪表误动作;
3、防止起动时产生力矩冲击，而使机械断轴或产生废品;
4、可以较频繁地起动电动机(软起动装置一般允许10次/小时，而使电动机不致过热);
5、对泵类负载可以防止水锤效应，防止管道破裂;
6、对某些工艺应用(如染纱机械)，可防止由于起动过快而产生染色不匀造成质量问题;
7、对某些易碎的容器灌浆生产线，可防止容器破损;
8、需要控制起动电流，减少对机械的冲击，同时也可适应较低容量供电变压器的场合(如注塑机);
9、可以降低电网适配容量，节省增容费开支;
10、需要方便地调节起动特性的场合。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/6/2007)


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