技術(shù)支持

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數字式智能電機控制模塊

數字式智能電機控制模塊

  • 分類(lèi):技術(shù)支持
  • 作者:
  • 來(lái)源:
  • 發(fā)布時(shí)間:2013-05-27
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【概要描述】一、概述  眾所周知,三相交流異步電動(dòng)機以其低成本,高可靠性和易維護等優(yōu)點(diǎn)在各行業(yè)中廣泛應用。但是,它在直接起動(dòng)時(shí),存在著(zhù)很大的缺點(diǎn):首先,它的起動(dòng)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備的使用壽命,増加維護成本,甚至影響了其它電氣設備的正常運行;其次,起動(dòng)轉矩可達正常轉矩的2倍,這會(huì )對負載產(chǎn)生沖擊,增加傳動(dòng)部件的磨擦和額外維護。因為以上原因,出現了三相異步電動(dòng)機

數字式智能電機控制模塊

【概要描述】一、概述  眾所周知,三相交流異步電動(dòng)機以其低成本,高可靠性和易維護等優(yōu)點(diǎn)在各行業(yè)中廣泛應用。但是,它在直接起動(dòng)時(shí),存在著(zhù)很大的缺點(diǎn):首先,它的起動(dòng)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備的使用壽命,増加維護成本,甚至影響了其它電氣設備的正常運行;其次,起動(dòng)轉矩可達正常轉矩的2倍,這會(huì )對負載產(chǎn)生沖擊,增加傳動(dòng)部件的磨擦和額外維護。因為以上原因,出現了三相異步電動(dòng)機

  • 分類(lèi):技術(shù)支持
  • 作者:
  • 來(lái)源:
  • 發(fā)布時(shí)間:2013-05-27
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  一、概述

  眾所周知,三相交流異步電動(dòng)機以其低成本,高可靠性和易維護等優(yōu)點(diǎn)在各行業(yè)中廣泛應用。但是,它在直接起動(dòng)時(shí),存在著(zhù)很大的缺點(diǎn):首先,它的起動(dòng)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備的使用壽命,増加維護成本,甚至影響了其它電氣設備的正常運行;其次,起動(dòng)轉矩可達正常轉矩的2倍,這會(huì )對負載產(chǎn)生沖擊,增加傳動(dòng)部件的磨擦和額外維護。因為以上原因,出現了三相異步電動(dòng)機降壓起動(dòng)設備。

  傳統的降壓起動(dòng)有以下幾種方法:

  1、在電動(dòng)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-三角形轉換降壓起動(dòng)(Y -△)。電機起動(dòng)時(shí)接成星形,起動(dòng)結束后,通過(guò)一個(gè)轉換器變成三角形接法;

  3、起動(dòng)補償器起動(dòng)(自耦變壓器起動(dòng))。

  傳統的起動(dòng)設備體積龐大,成本高,結構復雜,與負載匹配的電機轉距很難控制,也就是說(shuō)很難得到合適的起動(dòng)電流和起動(dòng)轉距;而且在切換瞬間會(huì )產(chǎn)生很高的電流尖峰,由此產(chǎn)生的機械振動(dòng)會(huì )損害電機轉子、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起動(dòng)缺點(diǎn)的起動(dòng)裝置。由銀河公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的捷普牌新一代數字式智能電機控制模塊,不但完全克服了傳統起動(dòng)的缺點(diǎn),對各種起動(dòng)方法做了進(jìn)一步的改善和提高,另外還增加了很多其他功能,比如: 節能運行,過(guò)流保護,過(guò)熱保護,缺相保護等等。

  這種模塊采用數碼管顯示、按鍵控制,整個(gè)起動(dòng)過(guò)程全部由單片機按照預先設定自動(dòng)完成,所以操作起來(lái)極其方便。

  用戶(hù)通過(guò)按鍵調整參數設置,可以按實(shí)際情況選擇不同的起動(dòng)方式,能夠很方便地控制起動(dòng)電流,得到與負載相匹配的電機轉矩。

  二、模塊內部結構及電氣原理

  模塊內部結構如圖1。從圖中可以看出,該模塊的主電路與相控電路及單片機共同封裝于同一殼體內,同時(shí)內置多個(gè)電流、電壓傳感器。用接插件將模塊與控制盒連接在一起,實(shí)現各種功能的設置和顯示。

圖 1

  主電路為6只玻璃鈍化方形晶閘管芯片,通過(guò)一體化焊接技術(shù),將其貼在DBC(陶瓷覆銅板)上,并與導熱銅板焊接在一起。模塊使用時(shí),導熱銅板與散熱片通過(guò)導熱硅脂緊密接觸。這種結構使模塊具有很高的絕緣性能和散熱性能。

  圖2是模塊電氣原理方框圖。移相電路部分是銀河公司自主開(kāi)發(fā)的JP-SSY01數字移相集成電路。該電路為SOP28封裝,5V單一電源供電,全數字化處理方式,具有很高的移相精度、對稱(chēng)度。對控制端加0-10V電平信號,即可控制移相角度。

  同步變壓器輸出同步信號給移相電路,其中一路另外分給單片機,作為單片機采集電壓、電流信號的基準。這樣,就克服了如果交流電頻率變化帶來(lái)的計算誤差,提高了計算精度。

  傳感器包括兩種:電壓傳感器和電流傳感器。兩種傳感器中均使用了霍爾元件,具有體積小、反應快、線(xiàn)形度高的特點(diǎn),通過(guò)與模塊結構的一體化設計方便地置于模塊內部。兩種傳感器將電壓模擬量、電流模擬量傳給12位高速A/D轉換器,通過(guò)A/D轉換,將相應的數字量傳給單片機,以備單片機進(jìn)行處理。

  顯示、控制部分采用串行口與單片機進(jìn)行通訊,這種通訊方式大大減少了該部分與模塊內部的連線(xiàn)。5個(gè)數碼管顯示、8個(gè)按鍵控制,使顯示與控制直觀(guān)、方便。

  三、主要功能

  智能電機控制模塊主要能夠完成以下功能:

  1、電壓斜坡起動(dòng)

  2、限流起動(dòng)

  3、電壓突跳功能

  4、軟停車(chē)

  5、節能運行

  6、過(guò)流、過(guò)熱、缺相保護

  分別介紹如下:

  1、電壓斜坡起動(dòng)

  如圖3,系統首先加一個(gè)電壓Us到電機上,之后電壓線(xiàn)性上升,從Us增 加到最大電壓Umax。此時(shí),加到電動(dòng)機端子上的電壓等于電網(wǎng)輸入電壓。Us由用戶(hù)設定,可供用戶(hù)選 擇的電壓為80-300 V。Ts由用戶(hù)設定,可以在1-90秒中選擇。在實(shí)際使用中,用戶(hù)根據實(shí)際情況,例如電機功率大小、負載大小等,選擇合適的參數,達到最佳起動(dòng)效果。

  這種起動(dòng)方式的特點(diǎn)是起動(dòng)平穩,可減少起動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊,同時(shí)大大減輕起動(dòng)力矩對負載帶來(lái)的機械振動(dòng)。

  2、限流起動(dòng)

  如圖4,這種起動(dòng)方式是由用戶(hù)設定一電流值Ik,在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中,實(shí)際電流不超過(guò)設定值Ik。Ik由用戶(hù)根據實(shí)際負載大小自己設定。

  限流起動(dòng)可以使大慣性負載以最小電流被起動(dòng)加速,可以用來(lái)設置電流上限,滿(mǎn)足電網(wǎng)容量在有限場(chǎng)合的使用。這種起動(dòng)方式特別適合于恒轉矩負載。

  3、電壓突跳功能

  實(shí)際應用中,很多負載具有很大的靜摩擦力;而在電壓斜坡起動(dòng)方式中,電壓是由小到大逐漸上升的。如果直接使用電壓斜坡方式起動(dòng),在起動(dòng)開(kāi)始的一段時(shí)間內,因所加電壓太小,克服不了負載的靜摩擦力,電機不動(dòng),造成因發(fā)熱而損壞電機的情況。電壓突跳功能則解決了這個(gè)問(wèn)題。在電機起動(dòng)前,模塊先輸出一電壓Ut, 且持續一段時(shí)間Tt, 用以克服靜摩擦力,待電機轉動(dòng)之后,再按照原設定方式起動(dòng),從而比較好地保護了電機。對于不需要該功能的負載,只要在設定中將Tt設置為0即可。Ut可調整,范圍是0-380V,Tt可調整,范圍是0-10秒(如圖5)。

  4、軟停車(chē)

  如圖6,按下停車(chē)鍵后,模塊的輸出電壓立即下降到Up1,然后逐漸下降,經(jīng)過(guò)時(shí)間Tp后,下降到Up2,再立即下降到0。Up1可調整,范圍是100-380V;Up2可調整,范圍是0-300V;Tp調整的范圍是0-90秒。

  這種軟停車(chē)可以大大減少管道設備中液體的沖擊。

  5、節能運行

  對于大磨擦負載,由于所需起動(dòng)電流大,需要功率較大的電動(dòng)機,而正常負載所需運行負載力矩比電動(dòng)機額定轉矩小的多,這就造成電動(dòng)機輕載運行。對于間歇性負載,維持大電流的工作時(shí)間占整個(gè)周期很小一部分,造成輕載無(wú)功損耗浪費,使運行功率因數大大降低。智能電機控制模塊通過(guò)檢測電壓和電流,判斷加到電機上的負載大小,根據負載大小自動(dòng)調節輸出電壓,使電機工作在最佳效率工作區,達到節能目的。

  6、保護功能

  共有三種保護功能:過(guò)流保護,過(guò)熱保護,缺相保護。

  在起動(dòng)或者運行過(guò)程中如果出現上述三種故障之一,模塊會(huì )自動(dòng)斷電,控制盒上的數碼管會(huì )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。

  在上述保護中,過(guò)流保護值可調。

  四、實(shí)驗情況及實(shí)際應用介紹

  我們對一只正在使用中的智能電機控制模塊進(jìn)行了實(shí)際測量并作了記錄。

  所用負載為18.5KW風(fēng)機,電壓實(shí)際測量值為390V左右。

  為了作一個(gè)比較,首先拆掉模塊進(jìn)行直接起動(dòng)。

  合上空氣開(kāi)關(guān)以后,電壓立即上升到390V,電流快速上升到150A,持續一段時(shí)間,逐漸下降,最后穩定在30A左右。同時(shí),可清楚地聽(tīng)到由于大電流沖擊,風(fēng)機產(chǎn)生強烈的機械振動(dòng)所發(fā)出的聲音。

  然后接上智能電機控制模塊,設置為限流方式起動(dòng),限流值為90A,打開(kāi)節能運行。

  按下“起動(dòng)”鍵,可觀(guān)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(dòng)時(shí)間為6秒。在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中,電機起動(dòng)平穩,聽(tīng)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(kāi)始穩定運行。

  數字式智能電機控制模塊現已廣泛應用于各種生產(chǎn)領(lǐng)域和其它場(chǎng)合,現介紹如下:

  1、降低電動(dòng)機起動(dòng)電流(一般交流電動(dòng)機直接起動(dòng)時(shí),沖擊電流是額定電流的5-7倍);

  2、避免電動(dòng)機起動(dòng)時(shí)供電線(xiàn)路產(chǎn)生瞬間電壓跌落,造成設備、儀表誤動(dòng)作;

  3、防止起動(dòng)時(shí)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(dòng)電動(dòng)機(軟起動(dòng)裝置一般允許10次/小時(shí),而使電動(dòng)機不致過(guò)熱);

  5、對泵類(lèi)負載可以防止水錘效應,防止管道破裂;

  6、對某些工藝應用(如染紗機械),可防止由于起動(dòng)過(guò)快而產(chǎn)生染色不勻造成質(zhì)量問(wèn)題;

  7、對某些易碎的容器灌漿生產(chǎn)線(xiàn),可防止容器破損;

  8、需要控制起動(dòng)電流,減少對機械的沖擊,同時(shí)也可適應較低容量供電變壓器的場(chǎng)合(如注塑機);

  9、可以降低電網(wǎng)適配容量,節省增容費開(kāi)支;

  10、需要方便地調節起動(dòng)特性的場(chǎng)合。

  由以上看出,數字式智能電機控制模塊集電機起動(dòng)、節能運行、保護于一體。突出特點(diǎn)是體積小、功能強、安裝方便、操作簡(jiǎn)單、免維護、可靠性高,是傳統起動(dòng)設備的理想換代產(chǎn)品。

  參考文獻:

  1、《半導體變流技術(shù)》(第2版) 上海機械高等專(zhuān)科學(xué)校 莫正康 主編

  2、《計算機控制技術(shù)與應用》 湘潭機電高等專(zhuān)科學(xué)校、哈爾濱工業(yè)大學(xué)威海分校

  劉國榮 梁景凱 主編

  3、《智能電機控制模塊使用說(shuō)明書(shū)》(第2版本) 淄博市臨淄銀河高技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司

銀河技術(shù)

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