礦用電動機(jī)啟動器設(shè)計(jì)

田野 單思亮 王繼紅

新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 新疆烏魯木齊 830000

三相異步電動機(jī)的工作原理是在定子上裝有三相對稱繞組，轉(zhuǎn)子繞組是閉合的短路繞組。當(dāng)定子繞組接到三相對稱電源時，便有對稱的三相電流流過，它們在電機(jī)的氣隙內(nèi)建立以同步轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。設(shè)磁場逆時針旋轉(zhuǎn)，用旋轉(zhuǎn)磁極N、S表示，它的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)轉(zhuǎn)子電勢，電勢的方向用右手定則判定。在轉(zhuǎn)子電勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中便有電流流過，其有功分量與電勢同相位。根據(jù)電磁力定律，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電流的有功分量與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到電磁力f的作用，方向用左手定則判定。在電磁力的作用下，電動機(jī)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速n，與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。如果轉(zhuǎn)軸上帶有機(jī)械負(fù)載，電動機(jī)就可拖動負(fù)載旋轉(zhuǎn)，從繞組中輸入的電能轉(zhuǎn)換成軸上輸出的機(jī)械能

1 軟啟動器的出現(xiàn)及發(fā)展

伴隨著傳動控制對自動化要求的不斷提高，采用可控硅為主要器件和單片機(jī)為主要控制核心的智能型電動機(jī)起動裝置—軟啟動器，已在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。由于軟啟動器性能優(yōu)良、體積小、重量輕，并且具有智能控制及多種保護(hù)功能，另外，各項(xiàng)啟動參數(shù)還可根據(jù)不同負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，古其負(fù)載適應(yīng)性很強(qiáng)。因此電子式軟起動器將逐步取代落后的Y/Δ、自耦減壓和磁控式等傳統(tǒng)的減壓起動設(shè)備必將成為必然。

電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，軟起動器得到廣泛應(yīng)用。軟起動器是一種集軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的新穎電機(jī)控制裝置。它具有多種對電機(jī)保護(hù)功能，例如有短路、過載、電壓斷相、電流斷相、漏電閉鎖等保護(hù)功能，這就從根本上解決了傳統(tǒng)的降壓起動設(shè)備的諸多弊端。這也就是意味著三相異步電動機(jī)可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動，而且機(jī)械和電應(yīng)力將會降至最小，因此軟啟動器在市場上得到廣泛應(yīng)用。

2 設(shè)計(jì)理論與控制方案

為了研究異步電動機(jī)的起動時的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩等變量的關(guān)系，進(jìn)而分析異步電機(jī)起動時的電流、起動轉(zhuǎn)矩和所外加電壓的關(guān)系。就要研究電機(jī)的數(shù)學(xué)模型采用集中參數(shù)等效電路的數(shù)學(xué)模型時首先需作一些假定，根據(jù)電機(jī)學(xué)知識，可得：

（1)忽略空間和時間諧波；

（2)忽略磁飽和；

（3)忽略鐵損。

電動機(jī)軟起動是一種連續(xù)無級漸漸升壓限流起動方式，主要思想是通過軟件控制，使電動機(jī)在起動時，定子電壓由某一個初始值逐漸上升至全電壓，并在電壓上升過程中，限制起動電流的增加，以實(shí)現(xiàn)小電流起動，大電流工作。即軟起動是以軟件控制代替常規(guī)繼電器線路控制來滿足電動機(jī)平穩(wěn)升壓起動。軟起動器常采用的是三相交流調(diào)壓電路，在電源和異步電動機(jī)之間接入反并聯(lián)晶閘管調(diào)壓電路。晶閘管的控制方式一般采用相位控制，即使晶閘管在電源電壓每一周期中，在選定的時刻將負(fù)載與電源接通，改變選定的時刻可達(dá)到調(diào)壓。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時把三對反并聯(lián)晶閘管分別串接在電動機(jī)的三相定子線圈上，晶閘管的編號為：VTI、VT4構(gòu)成一對接到電源A相，VT2、VT5構(gòu)成一對接到電源B相，VT3、VT6構(gòu)成另一對接到電源C相。通過觸發(fā)電路的輸出改變晶閘管控制角的大小，從而來控制晶閘管的導(dǎo)通，使電動機(jī)的端電壓緩慢平穩(wěn)上升。六只晶閘管門極觸發(fā)的相序是VTI、VT3、VT5觸發(fā)相位依次滯后 120度；vT4、vT6、VT2之間觸發(fā)相位也依次滯后120度，并且又分別滯后于VTI、VT3、VT5各180度。在任何時刻都必須有兩個晶閘管導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)電回路，其中一個晶閘管是正向的，另一個晶閘管是反向的。為了保證兩組各有一晶閘管導(dǎo)電，必須對兩組中應(yīng)導(dǎo)通的一對晶閘管同時給觸發(fā)脈沖。所以在觸發(fā)某一號晶閘管的同時給前一號晶閘管補(bǔ)發(fā)一個脈沖。例如當(dāng)要求VTI導(dǎo)通時，除了給VTI發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時給VT6發(fā)一觸發(fā)脈沖。欲觸發(fā)VT2時，必須給VTI同時發(fā)一觸發(fā)脈沖等。

3 晶閘管工作原理分析

在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)試驗(yàn)中，很多電動設(shè)備和其他用電設(shè)備需要電壓可控的直流電源。晶閘管可控整流電路用于把交流電能轉(zhuǎn)換為電壓可控的直流電能，是一種效率高、成本低、便于控制、維修方便的新型直流電源，已得到廣泛應(yīng)用[1]。為了便于對整流電路原理及工作過程進(jìn)行分析，通常假定電源系統(tǒng)、變壓器和開關(guān)元件都是理想特性。在理想條件下所得結(jié)論，大都適用于實(shí)際電路。對于因與假定理想條件不符而產(chǎn)生的影響，可據(jù)電路理論分別予以考慮，進(jìn)行必要的修正，有的影響還將專門進(jìn)行補(bǔ)充討論。本設(shè)計(jì)也是在假定所用的元器件都是理想特性。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

選用單片機(jī)C語言完成整個控制軟件的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，模塊之間相對獨(dú)立，便于程序的編寫和調(diào)試。系統(tǒng)的主程序主要包括：系統(tǒng)初始化、相序處理、按鍵掃描和按鍵處理。軟啟動器工作時，不停的對鍵值進(jìn)行掃描，檢測到有鍵按下就轉(zhuǎn)入具體的鍵處理程序，進(jìn)行鍵處理時關(guān)閉中斷，處理完畢后開中斷，循環(huán)進(jìn)行鍵掃描

5 結(jié)語

電動機(jī)作為重要的動力裝置，已被廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國防軍事設(shè)施以及日常生活中。直流電動機(jī)在過去曾一直占統(tǒng)治地位，但由于本身結(jié)構(gòu)原因，以及啟動、調(diào)速和停機(jī)等方面的不足，漸漸顯露出了它無法滿足日益增長的生產(chǎn)壓力缺點(diǎn)。伴隨著交流電動機(jī)的出現(xiàn)，尤其是三相鼠籠式異步電動機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉，而且堅(jiān)固耐用、慣量小、運(yùn)行可靠等優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了立刻得到了極廣泛的應(yīng)用，也正在扮演著無法取代的地位。