數(shù)字式智能電機(jī)控制模塊簡(jiǎn)介及其應(yīng)用

    傳感器包括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(yīng)快、線形度高的特點(diǎn)，通過(guò)與模塊結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)，方便地置于模塊內(nèi)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(zhuǎn)換器，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，將相應(yīng)的數(shù)字量傳給單片機(jī)，以供單片機(jī)進(jìn)行處理。

    顯示、控制部分采用串行口與單片機(jī)進(jìn)行通信，這種通信方式大大減少了該部分與模塊內(nèi)部的連線。5個(gè)數(shù)碼管顯示，8個(gè)按鍵控制，使顯示與控制直觀、方便。

3    主要功能

    智能電機(jī)控制模塊主要完成電壓斜坡起動(dòng)，限流起動(dòng)，電壓突跳起動(dòng)，軟停車(chē)，節(jié)能運(yùn)行，過(guò)流、過(guò)熱、缺相保護(hù)等功能。

3.1    電壓斜坡起動(dòng)

    如圖3所示，系統(tǒng)首先給電機(jī)加一個(gè)電壓U_s，之后電壓線性上升，從U_s增加到最大電壓U_max，即電網(wǎng)輸入電壓。U_s由用戶(hù)設(shè)定，可供用戶(hù)選擇的電壓為80～300V。t_s也由用戶(hù)設(shè)定，可以在1～90s選擇。在實(shí)際使用中，用戶(hù)根據(jù)實(shí)際情況，例如電機(jī)功率大小、負(fù)載大小等，選擇合適的參數(shù)，達(dá)到最佳起動(dòng)效果。

圖3    電壓斜波起動(dòng)

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

3.2    限流起動(dòng)

    如圖4所示，這種起動(dòng)方式是由用戶(hù)設(shè)定一電流值I_k，在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，實(shí)際電流不超過(guò)設(shè)定值I_k。I_k由用戶(hù)根據(jù)實(shí)際負(fù)載大小自己設(shè)定。

圖4    限流起動(dòng)

    限流起動(dòng)可以使大慣性負(fù)載以最小電流起動(dòng)加速，可以通過(guò)設(shè)置電流上限，以滿足在電網(wǎng)容量有限的場(chǎng)合使用。這種起動(dòng)方式特別適合于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。

3.3    電壓突跳起動(dòng)

    實(shí)際應(yīng)用中，很多負(fù)載具有很大的靜摩擦力。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(nèi)，因所加電壓太小，克服不了負(fù)載的靜摩擦力，電機(jī)不動(dòng)，這可能會(huì)造成電機(jī)因發(fā)熱而損壞的情況。電壓突跳功能則解決了這個(gè)問(wèn)題。在電機(jī)起動(dòng)前，模塊先輸出一電壓U_t，且持續(xù)一段時(shí)間t_t，用以克服靜摩擦力，待電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)之后，再按照原設(shè)定方式起動(dòng)，從而比較好地保護(hù)了電機(jī)，如圖5所示。對(duì)于不需要該功能的負(fù)載，只要將t_t設(shè)置為0即可。U_t可調(diào)整，范圍是0～380V，t_t可調(diào)整，范圍是0～10s。

圖5    電壓突跳起動(dòng)

3.4    軟停車(chē)

    如圖6所示，按下停車(chē)鍵后，模塊的輸出電壓立即下降到U_p1，然后逐漸下降，經(jīng)過(guò)時(shí)間t_p后，下降到U_p2，再立即下降到0。U_p可調(diào)整，范圍是100～380V；U_p2可調(diào)整，范圍是0～300V；t_p調(diào)整的范圍是0～90s。

圖6    軟停車(chē) 
  軟停車(chē)可以大大減少管道傳輸中液體的沖擊。

3.5    節(jié)能運(yùn)行

    對(duì)于大摩擦負(fù)載，由于起動(dòng)電流大，需要功率較大的電動(dòng)機(jī)，而在正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)載力矩比電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩小得多，這就造成電動(dòng)機(jī)輕載運(yùn)行。對(duì)于間歇性負(fù)載，持續(xù)大電流的工作時(shí)間占整個(gè)工作周期很小一部分，從而造成輕載時(shí)無(wú)功損耗的浪費(fèi)，使運(yùn)行功率因數(shù)大大降低。智能電機(jī)控制模塊通過(guò)檢測(cè)電壓和電流，根據(jù)負(fù)載大小自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓，使電機(jī)工作在最佳效率工作區(qū)，達(dá)到節(jié)能目的。

3.6    保護(hù)功能

    共有三種保護(hù)功能：過(guò)流保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)，缺相保護(hù)。

    在起動(dòng)或者運(yùn)行過(guò)程中如果出現(xiàn)上述三種故障之一，模塊會(huì)自動(dòng)斷電，控制盒上的數(shù)碼管會(huì)閃爍顯示故障原因，待排除故障以后，按復(fù)位鍵即可恢復(fù)正常。

    在上述保護(hù)中，過(guò)流保護(hù)值可調(diào)。

4    實(shí)驗(yàn)情況及實(shí)際應(yīng)用效果

    我們對(duì)一只正在使用中的智能電機(jī)控制模塊進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量并作了記錄。所用負(fù)載為18.5kW風(fēng)機(jī)，供電電壓實(shí)際測(cè)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)后，電壓立即上升到390V，電流快速上升到150A，持續(xù)一段時(shí)間，逐漸下降，最后穩(wěn)定在30A左右。同時(shí)，可清楚地聽(tīng)到由于大電流沖擊，使風(fēng)機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)而發(fā)出的噪聲。

    然后接上智能電機(jī)控制模塊，設(shè)置為限流方式起動(dòng)，限流值為90A，打開(kāi)節(jié)能運(yùn)行。按下“起動(dòng)”鍵，可觀測(cè)到電流上升速度明顯變慢，逐漸上升到90A，保持2～3s后，逐漸下降為30A。電壓由0V緩慢上升到390V。起動(dòng)時(shí)間為6s。在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)，聽(tīng)不到機(jī)械沖擊的噪聲。15s后，電壓逐漸下降為355V，電流不變，開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行。

    數(shù)字式智能電機(jī)控制模塊現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于各種生產(chǎn)領(lǐng)域和其他場(chǎng)合，實(shí)際應(yīng)用效果如下：

    1）降低了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流；

    2）避免了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)供電線路瞬間電壓跌落，造成電網(wǎng)上用電設(shè)備、儀表誤動(dòng)作；

    3）防止了起動(dòng)時(shí)由于產(chǎn)生的力矩沖擊，而使機(jī)械斷軸或產(chǎn)生廢品；

    4）可以較頻繁地起動(dòng)電動(dòng)機(jī)(軟起動(dòng)裝置一般允許10次/h，而使電動(dòng)機(jī)不致過(guò)熱)；

    5）對(duì)泵類(lèi)負(fù)載可以防止水錘效應(yīng)，防止管道破裂；

    6）對(duì)某些工藝應(yīng)用(如染紗機(jī)械)，可防止由于起動(dòng)過(guò)快而產(chǎn)生染色不勻的質(zhì)量問(wèn)題；

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

    8）適應(yīng)供電變壓器容量較低的場(chǎng)合(如注塑機(jī))；

    9）可以降低電網(wǎng)適配容量，節(jié)省增容費(fèi)開(kāi)支；

    10）適用于需要方便地調(diào)節(jié)起動(dòng)特性的場(chǎng)合。

5    結(jié)語(yǔ)

    數(shù)字式智能電機(jī)控制模塊集電機(jī)起動(dòng)，節(jié)能運(yùn)行，保護(hù)于一體，其突出特點(diǎn)是體積小，功能強(qiáng)，安裝方便，操作簡(jiǎn)單，免維護(hù)，可靠性高，是傳統(tǒng)起動(dòng)設(shè)備的理想換代產(chǎn)品。