[實(shí)用新型]一種高性能電機(jī)軟起動(dòng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720832183.2
• 申請(qǐng)日: 2017-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207150468U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳禮根;葉益強(qiáng);陳紀(jì)軍;張玉北
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東深川變頻科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02P1/26
• 分類號(hào): H02P1/26
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電機(jī)啟動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高性能電機(jī)軟起動(dòng)器。

背景技術(shù)

現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)中，各種設(shè)備的動(dòng)力主要依靠電機(jī)提供。用戶越來(lái)越多的關(guān)注電機(jī)控制設(shè)備的性能。對(duì)電機(jī)的控制主要包括電機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)三個(gè)方面。由于異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低廉、可靠性高、維修方便、運(yùn)行效率較高、工作特性較好等優(yōu)點(diǎn)，在各種生產(chǎn)機(jī)械上作為動(dòng)力源得到了非常廣泛的應(yīng)用。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，電機(jī)系統(tǒng)2009年消耗了全國(guó)發(fā)電量的60％左右。當(dāng)電機(jī)并入電網(wǎng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)撵o止加速到額定轉(zhuǎn)速的過(guò)程稱為電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能最重要的是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流。電機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中，降低啟動(dòng)電流，增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，成為機(jī)電行業(yè)探討的重要課題[2]。三相異步電機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)反電勢(shì)為零，沖擊電流很大。當(dāng)電機(jī)容量較大時(shí)，直接啟動(dòng)的大電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對(duì)電網(wǎng)的沖擊，常常會(huì)引發(fā)功率振蕩，使電網(wǎng)失去穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)甚至危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行。另外，啟動(dòng)電流中含有大量的高次諧波，會(huì)在電網(wǎng)中引起高頻諧振，造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作、自動(dòng)控制失靈等故障。大電流產(chǎn)生的焦耳熱反復(fù)作用于導(dǎo)線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。高壓開(kāi)關(guān)合閘時(shí)觸頭的抖動(dòng)現(xiàn)象會(huì)在電機(jī)定子繞組上產(chǎn)生操作過(guò)電壓，有時(shí)會(huì)達(dá)到外加電壓的5倍以上，這樣高的過(guò)電壓會(huì)對(duì)電機(jī)絕緣造成極大傷害。啟動(dòng)大電流在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)造成夾緊松動(dòng)、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。全壓直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大約為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機(jī)械設(shè)備上，會(huì)加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風(fēng)葉疲勞甚至折斷風(fēng)葉等等。

用接觸器或者刀開(kāi)關(guān)把電機(jī)的定子繞組直接接到電網(wǎng)上是目前最常見(jiàn)的直接啟動(dòng)方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流很大。目前采用自耦變壓器啟動(dòng)、串電阻或串電抗啟動(dòng)、星三角啟動(dòng)和延邊三角形啟動(dòng)等降壓方法解決直接啟動(dòng)帶來(lái)的各種問(wèn)題，在很大程度上緩解了大容量電機(jī)在相對(duì)較小容量電網(wǎng)上啟動(dòng)時(shí)的矛盾，但這些方法只能縮小大電流沖擊的時(shí)間，并沒(méi)有從本質(zhì)上解決問(wèn)題。以上各種降壓?jiǎn)?dòng)方法存在著適應(yīng)負(fù)載能力差、啟動(dòng)電流不連續(xù)、維修工作量大以及浪費(fèi)能源等問(wèn)題。隨著工業(yè)生產(chǎn)要求的日益提高，普通降壓?jiǎn)?dòng)方式已經(jīng)無(wú)法解決以上問(wèn)題。因此，如何在獲得較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的同時(shí)又可以把啟動(dòng)電流限制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)成為亟待解決的問(wèn)題。近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)和電流連續(xù)調(diào)節(jié)技術(shù)已日臻成熟。電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件與傳統(tǒng)有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)相比，具有無(wú)磨損、壽命長(zhǎng)、功耗小的優(yōu)勢(shì)。隨著現(xiàn)代控制理論與電力電子技術(shù)的發(fā)展，為電機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)提供了全新的思路，產(chǎn)生了電機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)，軟起動(dòng)技術(shù)具有傳統(tǒng)啟動(dòng)方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

電機(jī)軟起動(dòng)器控制的基本原理是釆用交流調(diào)壓技術(shù)，通過(guò)控制晶鬧管導(dǎo)通來(lái)實(shí)現(xiàn)斬波降壓，限值電機(jī)起動(dòng)電流。其控制方法有多種，如限流起動(dòng)、電壓斜坡起動(dòng)、轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)以及突跳起動(dòng)等。限流起動(dòng)控制方式是指在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)的起動(dòng)電流不超過(guò)期望值。限流起動(dòng)方式的控制原理是以電流作閉環(huán)控制信號(hào)，通過(guò)控制算法如閉環(huán)、模糊控制等對(duì)釆樣電流進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出控制信號(hào)觸發(fā)晶鬧管，使電機(jī)起動(dòng)電流限定的期望值范圍內(nèi)。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，在保證電機(jī)起動(dòng)電流限定在期望值范圍內(nèi)的情況下，逐漸增大電機(jī)定子兩端電壓。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高至額定值時(shí)，全部電壓加在電機(jī)兩端，起動(dòng)結(jié)束。這種控制起動(dòng)方式能保證起動(dòng)電流限定在期望值以下，但電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，有可能造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)，適應(yīng)于風(fēng)機(jī)，菜類等負(fù)載。

電壓斜坡起動(dòng)方式的控制過(guò)程是指在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，輸出電壓值瞬間達(dá)到起始電壓，然后電壓按照設(shè)定的斜率平緩上升，最后達(dá)到額定電壓值。電壓斜坡起動(dòng)屬于開(kāi)環(huán)方式，不需要反饋信號(hào)。起始電壓值和起動(dòng)時(shí)間通過(guò)按鍵輸入方式設(shè)定，系統(tǒng)計(jì)算出電壓上升斜率，線性減小晶鬧管導(dǎo)通角，使電機(jī)定子兩端電壓線性增大，直到電機(jī)起動(dòng)完成。電壓斜坡起動(dòng)方式效果與參數(shù)和的設(shè)定有很大關(guān)系。當(dāng)設(shè)定的初始電壓較大，時(shí)間較小時(shí)，可能導(dǎo)致電機(jī)起動(dòng)電流過(guò)大；但如果初始電壓設(shè)定較小，時(shí)間較大時(shí)，電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，可能導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)矩起動(dòng)的控制原理是以電機(jī)轉(zhuǎn)矩作為閉環(huán)反饋信號(hào)，通過(guò)控制輸出電機(jī)兩端電壓，使電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩線性增大至電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。這種控制方式具有起動(dòng)平滑、柔性好，減小轉(zhuǎn)矩突變對(duì)整個(gè)拖動(dòng)系統(tǒng)的沖擊，適應(yīng)于重載起動(dòng)。但其缺點(diǎn)是電機(jī)起動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)。