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)(自藕變壓器起動(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。“智能電機控制模塊”，采用數碼管顯示，按鍵控制，整個(gè)起動(dòng)過(guò)程全部由單片機控制自動(dòng)完成。用戶(hù)通過(guò)按鍵調整參數設置，可以按需要選擇不同的起動(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、系統構成
如圖1，整個(gè)系統由主電路，移相調控，同步檢測，電壓電流反饋，單片機控制，顯示與按鍵六部分組成。其中，顯示與按鍵為一部分，組成一塊控制板。其它五部分全部集成在模塊內部。通過(guò)一條15芯的并行線(xiàn)與控制板連結起來(lái)。
圖1
圖2
三、各主要功能介紹
電機軟起動(dòng)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、軟停車(chē)
4、節能運行
5、過(guò)流、過(guò)熱、缺相保護
現在分別介紹一下
1、電壓斜坡起動(dòng)
如圖2，系統首先加一個(gè)電壓Us到電機上，用于克服靜摩擦轉矩之后，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80V-300V。Ts由用戶(hù)設定，可以在1-90秒中選擇。
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3，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、軟停車(chē)
如圖4，與直接停車(chē)相比，就是加到電機上的電壓不是立即降下來(lái)的，而是由最高電壓逐漸下降，經(jīng)時(shí)一段時(shí)間Tp，最后降為0V。其中，下降時(shí)間Tp用戶(hù)設定，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。
4、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。對于間隙性負載，維持大電流的工作時(shí)間占整個(gè)周期很小一部分，造成輕載有功損耗浪費，使運行功率因數大大降低。智能電機控制模塊自動(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。
5、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)切斷電機，控制板上的數碼管會(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。
圖3
圖4
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。
然后接上電機軟起動(dòng)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。
智能電機控制模塊可廣泛應用于各工業(yè)領(lǐng)域，其功能適用領(lǐng)域如下：
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。
