引言
在工業(yè)企業(yè)中,通用設備電機是一種應用量大、使用范圍非常廣的動力設備。工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)過程中,對生產(chǎn)線上各種通用設備的電機進行啟動及控制,是滿足工藝流程和各種工藝設備正常工作的最基本條件。
隨著電子電氣技術的不斷發(fā)展,電機控制系統(tǒng)從最簡單的繼電器控制,到pLC控制,再到DCs控制,直至發(fā)展到目前的人工智能控制,最終把電機與電子計算機系統(tǒng)、人工智能等結合在一起,通過包括軟硬件在內(nèi)的控制器,將電機及機械裝置、電子設備元器件以及軟件等有機結合起來,實現(xiàn)了工業(yè)企業(yè)全工藝流程的自動控制和智能控制。
電機啟動及控制作為整個通用設備電機控制系統(tǒng)的一部分,如何經(jīng)濟合理、靈活可靠地配合整個控制系統(tǒng),滿足生產(chǎn)工藝對各通用設備的要求是本文主要探討的內(nèi)容。
1電機啟動及控制方式
對于一些簡單的電機啟動及控制,設計時可以完全采用繼電器對各電機進行聯(lián)鎖、啟停等控制。在電子電氣技術發(fā)展過程中,雖然僅靠繼電器控制的系統(tǒng)應用越來越少,但在個別較簡單的工藝生產(chǎn)或試驗項目中,只要能滿足工藝生產(chǎn)和流程要求,接線相對簡單等,繼電器控制方式仍完全可以被采用。
對于比較大型的工業(yè)企業(yè)或比較復雜的電機啟動及控制,目前一般采用計算機控制系統(tǒng)。在設計電機啟動及控制回路時,需要滿足該計算機控制系統(tǒng)要求。計算機控制系統(tǒng)對電機的啟動和控制,目前主要通過兩種接線方式:硬接線方式和數(shù)據(jù)通信方式。
硬接線方式是電機控制回路通過硬線連接到計算機控制系統(tǒng)的各輸入輸出接口,計算機通過輸出接點控制執(zhí)行單元,比如接觸器、軟啟動器等,并把電機運行狀態(tài),如接觸器輔助觸點、軟啟動器狀態(tài)等傳送給輸入接點,然后由計算機系統(tǒng)實現(xiàn)對各電機的啟動及控制。
硬接線方式有以下優(yōu)點:(1）可靠性高,每一個接點均有單獨的硬線連接到計算機控制系統(tǒng)的輸入輸出接口,即使有一個接點出現(xiàn)問題,也不會影響其他接點。(2）設備出現(xiàn)故障時,問題查找相對簡單,維修方便直觀。
硬接線方式也有以下缺點:(1）控制電纜較多,尤其是大量I/0點需要傳輸時,有很多電纜,施工量大,施工較慢,成本較高。(2）需要各種I/0接口硬件多,安裝的I/0接口機柜多,控制室機柜間等占用面積大。
數(shù)據(jù)通信方式直接采用數(shù)據(jù)通信接口連接到計算機控制系統(tǒng),所有控制信息和參數(shù)等均通過數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)。
數(shù)據(jù)通信方式有以下優(yōu)點:(1）數(shù)據(jù)通信量大,控制電纜少,電纜施工量少,施工較快,成本低。(2）可讀取信息豐富,各I/0值、參數(shù)、中間變量值等信息都可傳輸。
數(shù)據(jù)通信方式也有以下缺點:(1）需要專門的通信接口,如果控制的電機較少,成本較高。(2）只有一根數(shù)據(jù)通信線,如果該通信線出現(xiàn)故障,將會導致系統(tǒng)中斷,可靠性較低。(3）對維修人員技術要求高,出現(xiàn)問題時查找困難。如果是軟件或信號干擾等問題,對一般維修人員來說,分析處理問題較難。
2電機的一次主回路和二次控制回路
電機的一次主回路主要包括短路保護電器(如斷路器、熔斷器）、接觸器主觸頭、熱繼電器或智能馬達控制器、變頻器、軟啟動器等,通過對電機主電流回路開斷控制,實現(xiàn)在正常情況下電機的啟停操作和在故障狀態(tài)下對電機進行保護。
二次控制回路是指對電機一次回路進行控制的設備元件等,是由主令電器的觸頭、接觸器線圈及輔助觸頭、繼電器線圈及觸頭、信號燈等組成。通過一次回路和二次回路的配合,可以實現(xiàn)電機啟動、調(diào)速、制動、停止及聯(lián)鎖等運行控制。
在確定與計算機控制系統(tǒng)相連接的兩種電機接線控制方式后,電機啟動及控制回路可以根據(jù)所采用的接線控制方式,更合理地確定單臺電機的一次主回路和二次控制回路的元器件選型。一般來說,硬接線方式可以選擇較經(jīng)濟的電機一次主回路元器件,比如熱繼電器:數(shù)據(jù)通信方式宜選用帶有通信接口的元器件,比如智能馬達控制器。
目前市場上各種品牌的變頻器和軟啟動器,一般都帶有數(shù)據(jù)通信接口,可以直接通過數(shù)據(jù)總線等與計算機控制系統(tǒng)相連。
3電機啟動方式
電機啟動方式包括直接啟動、降壓啟動、變頻器啟動等。下面簡單介紹目前最常用的直接啟動、降壓啟動及變頻器啟動的特點及應用。
3.1直接啟動
直接啟動是指電機全壓啟動。普通電機在全壓啟動時,啟動電流會達到額定電流的5～7倍。當電機容量相對較大時,該啟動電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降,可能影響母線上其他用電設備的正常工作。電機全壓啟動時的大電流在定子線圈和轉子上產(chǎn)生很大的沖擊力,可能會對轉子等造成損壞:大電流還會產(chǎn)生大量熱,損傷繞組絕緣,減少電機壽命。
雖有上述缺點,但全壓啟動轉矩大,啟動時間短,接線簡單:如果外部電網(wǎng)容量足夠大,電機及機械設備能滿足啟動轉矩的沖擊需求,母線電壓降不影響照明等其他設備的正常工作時,全壓啟動是最經(jīng)濟、可靠的一種啟動方式。
3.2降壓啟動
降壓啟動有很多方式,包括軟啟動、Y-A啟動、串聯(lián)電抗器啟動、水電阻啟動等。本文主要介紹目前最常用的軟啟動器降壓啟動。
軟啟動器是在啟動過程中按啟動時間逐步調(diào)節(jié)可控硅的導通角以控制電壓的變化。由于在一定范圍內(nèi)電壓可連續(xù)調(diào)節(jié),因此啟動較平穩(wěn),啟動完畢后,一般通過旁路接觸器投入,電機進入全壓運行。
低壓軟啟動器目前市場價格比較合理,除建設經(jīng)費特別緊張外,設計時一般考慮一臺電機配一臺軟啟動器(簡稱一拖一）,接線簡單,主要工藝設備啟動時相互獨立,互不影響,可靠性、安全性較高:如果工藝流程允許的話,也可以考慮一拖二甚至一拖多。
高壓電機軟啟動器價格稍高,對安全性和可靠性要求較高的工藝設備,一般應該考慮一拖一:如果建設經(jīng)費比較緊張,考慮所啟動的工藝設備和工藝流程允許的話,也可以考慮一拖二甚至于一拖多,但可靠性較差。
3.3變頻器啟動
變頻器是應用變頻技術與微電子技術,通過改變電機工作電源頻率來控制交流電動機的電力控制設備。
變頻器主要由整流、濾波、逆變(制動單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元等）組成。變頻器靠內(nèi)部1GBT的開斷,調(diào)整輸出電源的電壓和頻率,根據(jù)電機實際需要提供其所需要的電源電壓和頻率,進而達到平穩(wěn)啟動的目的。用于電機控制的變頻器,既可以改變電壓,又可以改變頻率。
變頻器啟動主要適用于需要啟動平穩(wěn)和較大啟動轉矩的情況,可以完美實現(xiàn)軟啟動和軟停車,并且可以無級調(diào)速。
4結語
通用設備電機的啟動及控制設計,應從工藝設備要求出發(fā),結合計算機控制系統(tǒng)要求,考慮使用維護方便、滿足國家規(guī)范等各方面要求,在確保整個控制系統(tǒng)安全、可靠的前提下,應力求簡單、經(jīng)濟,便于操作和維修。如何合理設計工業(yè)企業(yè)通用設備電機的啟動及控制方式,是工業(yè)電氣設計中的重要內(nèi)容,包括啟動及控制的可靠性、經(jīng)濟性、可操作維護性等。
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