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1、一台软启动器实现对多台异步电动机控制雍浩 刘晶晶 廉令毅摘要本文首先说明了软起动器的现状和前景。然后论文针对如何利用单台软启动器实现对多台异步电动机进行控制，设计并实施相应的控制电路及电动机接线图，以全面实现单台软启动器对多台异步电动机实现控制。关键词：软起动器；交流电动机；软启动工作原理1 概述1.1 研究目的、意义三相交流笼型异步电动机因其结构简单、制造方便、运行可靠和价格低廉等优点,广泛应用于工矿企业、交通运输和国防工业等领域。但是,当电动机直接合闸起动时,往往造成高于额定电流 47 倍的起动电流,特别对于大功率电机,该起动电流会严重冲击电网,降低电网供电质量,并影响其他设备运行。为解决
2、此问题,当前大部分电动机起动时使用传统的降压起动设备,如饱和电抗器、自耦变压器、Y/ 转换器等,它们在很大程度上缓解了大容量电动机，在相对较小容量电网上起动时的矛盾,但只是缩短了大电流冲击的时间,并未在本质上解决问题,而且这些起动设备还有一些固有的缺点, 如对负载适应能力差、起动电流不连续、维修工作量大等。1.2 电机软起动的发展 电机电力电子软起动装置采用电力电子集成电路,由 PLC 或单片机数字控制的调压电流节能的电机软起动设备。它主要是串接在电机电源回路中,实时控制电动机的启动电压或电流,由此起到调整电机的起动力矩,实现电机的软启动。电子软启动可以满足电动机软启动、软停机及运行过程中功率
3、因数自动调节。一般的电子软启动器都适用于三相 220 V 690 V AC 电压等级,具有比较完善的故障检测功能,能在运行过程中检测任何异常状态 ,并通过不同的指示灯显示各类故障,配套相应的晶闸管主回路及 RC 吸收单元可组成一高性能的电动机软起动控制器,并能适用于任何负载场合的电动机的控制。与变频调速器相比,它具有造价低 ,操作简单 ,容易维修等优点,尤其适用于大功率的电动机启动控制。所以，电动机的软启动控制在科技飞速发展的今天已经变得尤为重要，而且电动机的软启动控制的研究也已经成为了今后电动机启动的一个主流方向。1.2.1 电子软启动器的特点一、电子软启动器的特点电子软启动器相对于传统的起
4、动方式，其突出的优点在于：（1）冲击转矩和冲击电流小。软启动器在起动电机时，是通过逐渐增大晶闸管的导通角，使电机起动电流限制在设定值以内，因而冲击电流小，也可控制转矩平滑上升，保护传动机械、设备和人员。（2）软启动器可以引入电流闭环控制， ，使电机在启动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。（3）根据负载情况及电网继电保护特性的选择，可自由的无级调整至最佳的起动电流，节省电能。1.2.2 电子软起动器的发展方向（1）短期展望：软起动将仍然以各种形式的降压软起动为它的主要形式。从理论上说，性能价格比搞得产品将占有更大的市场份额。但是，在各种应用场合，人们对于各种性能的侧重面不同，使各类起动产品都可能
5、赢得自己的市场。（2）长期展望：变频软起动将成为软起动的主流。各种形式的降压软起动将于星三角起动等技术一起归并为传统的起动技术。随着变频器价格的逐渐下降，可靠性的进一步提高，未来成为主流产品的软起动装置将是带有软切换功能的廉价的变频器。2 用 PLC 控制多台电动机起动2.1 PLC 的选型 在本次设计中，将会选用三菱系列的 FX2N-48MR。此芯片具有 24 个输入，24个输出满足本次设计的端口分配。它具有以下的优点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。2
6、.2 I/O 口的分配根据 PLC 控制四台电机的正反起动和保护要求，对端口分配如下图 2.1 所示；其中，X000-X003 实现四台电机的分别停止，X004-X007 实现短路保护，X020-X023实现起动时间的设定。图 2.1I/O 的端口分配图其中的 X020-X023 实现的是输入时间的确定，由于软起动器的可调时间为 10S-60S,X020-X023 的二进制为 0000-1111，转换成十进制为 0-15，所以可得出输入时间T=10+4D7。FR1-FR4 实现对电动机的短路保护，当发生某一项短路时，热继电器会动作，从而断开所接的线路，对电动机实现短路保护功能。在 PLC 的控
7、制中，接触器会实现对电动机过载保护。SB26 为输入时间的开关按钮，当动作时，动作 SB20-SB23 可以改变输入的时间，使得软起动的时间可以进行调整。SB24 为第一台电机的正向起动按钮，当其按下时，第一台电机开始起动，在所输入的时间内完成起动后，会自动动作至全压运行，然后其他的三台依次起动。SB25 为电动机的反向起动按钮，当要使电动机反向起动和运行时，则按下SB25，电动机实现反向的运行。当全部全压起动后，如果要停止某项电机，则可以动作 SB0-SB3，他们分别控制着四台电动机的停止。2.3 程序梯形图的设计 下面将会以两台电动机的起动运行来分析一台软起动器控制电动机起动。电动机的正向
8、起动按钮为 SB24,反向起动的按钮为 SB25,停止按钮为 SB0，SB1 梯形图设计如下图所示：图 2.2 两台电动机正向起动运行停止图 图 2.3 两台电动机反向起动运行停止图当按下 X024 时，电动机开始软起动，其中 Y001 与 X024 形成自锁，使得电动机软起动正常运行，D7 为所设定的起动时间，当起动完成后， T1 动作，电动机开始全压运行。X000 为电动机 A 的停止按钮，当出现问题或者需要 A 电动机停止时，按下 X000，电动机停止运行。T2 为 A 电动机全压运行后，计时 5S，B 电机开始起动，起动运行与 A 电机相同；X025 为电动机的反向起动按钮，原理同正向
9、起动相同，不再叙述。在此过程中，正向起动与反向起动形成互锁，防止误操作时使得电动机短路，造成损坏。2.4 用一台软启动器控制四台电机的主电路设计主电路图中，包含四台电动机的起动，全压运行，以及其保护器件。由图 2.4可知，在启动时，先将 KM1 闭合，闭合 KM2，待起动完成后断开 KM2,闭合 KM3,电动机全压启动。反向运行时，先闭合 KM1，再闭合 KM18,待起动结束后，闭合KM10，电机反向全压启动。后面几台依次类推。FR1FR4 实现电动机的短路保护，接触器实现电动机的过载保护。 图 2.4 一台软启动器控制四台电机启动电路图总之，通过一台软启动器可以实现对多台异步电动机启停的控制，这为减小成本投入，降低耗材费用起到了很大的帮助，对电动机的使用寿命起到了很大的提高。但是其缺点控制的异步电动机台数越多，在实际运行中故障也会较为平凡。故针对使用情况来说，最理想状态是一台软启动器实现对 2 台异步电动机的控制，这既减小了耗材的使用，又提高了使用稳定性和效率，可谓是一箭双雕。参考文献1 王兆安.电力电子技术. 机械工业出版社. 2002.82 方大千.变频器、软起动器及 PLC 实用技术问答. 人民邮电出版社. 2007.103 余洪明 .软起动器实用手册. 机械工业出版社 . 2006.1 附录 C 控制电机起动的梯形图
