一種大功率電機啟動系統和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大功率電機啟動系統和方法，設計了PLC、晶閘管軟啟動器、裝有調節(jié)裝置的永磁耦合器相結合的大功率電機啟動系統，并在該系統的基礎上設計了先空載啟動，當電機空載狀態(tài)下電流降到設定值而轉子尚未達到設定轉數時，再穩(wěn)定電流逐漸增加負載的大功率電機啟動方法。本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，結構簡單、設計合理?？蛰d啟動過程，電機啟動功率降低，減少對電網影響，且使峰值電流降低，電機轉數提高快；而后在電流下降到設定數值而轉數尚未達到設定值時，維持電流數值逐漸加載，提高有效功率進而提高啟動速度。
【專利說明】一種大功率電機啟動系統和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電機啟動系統和方法，尤其涉及一種大功率電機啟動系統和方法。
[0002]
【背景技術】
[0003]三相異步電機的啟動，尤其是大功率、重負載的電機的直接啟動會產生大的轉矩沖擊和電流沖擊(一般能達到額定電流的4?7倍，甚至更高)，過大的沖擊會對電機、配電設備、其他電器設備、變壓器、電網產生嚴重影響。主要影響如下:(I)影響電網穩(wěn)定，①超大型電機直接起動的大電流對電網的沖擊幾乎類似于三相短路對電網的沖擊，常常會弓I發(fā)功率振蕩，使電網失去穩(wěn)定；②起動電流中含有大量的高次諧波，會與電網電路參數引起高頻諧振，造成繼電保護誤動作、自動控制失靈等故障。(2)影響同電網其它設備的正常運行，交流電機在全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的4?7倍或更高，當電機的容量相對較大時，該起動電流會引起電網電壓的急劇下降，進而影響同電網其它設備的正常運行。(3)對電機絕緣造成傷害，降低電機壽命，①大電流產生的焦耳熱反復作用于導線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低；②大電流產生的機械力使導線相互摩擦，降低絕緣壽命；③高壓開關合閘時觸頭的抖動現象會在電機定子繞組上產生操作過電壓，有時會達到外加電壓的5倍以上，這樣高的過電壓會對電機絕緣造成極大傷害。(4)對電機的機械部件造成傷害，大電流在電機定子線圈和轉子鼠籠條上產生很大的沖擊力，會造成夾緊松動、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。(5)對負載設備造成傷害，全壓直接起動時的起動轉矩大約為額定轉矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機械設備上，會加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風葉疲勞甚至折斷風葉等等。為消除電機直接啟動造成的不良影響，現在采用的電機啟動方式有硬啟動和軟啟動。硬啟動(星/三角換接起動和自耦變壓器降壓起動等)為跳躍式啟動，雖然這兩種起動方式均可降低起動電流，但是在降壓起動過程完成后的分檔投切和加全壓的瞬間，仍將產生數倍額定電流的尖峰電流形成二次沖擊電流)，此電流將對配電系統造成沖擊，同時產生的破壞性的動態(tài)轉矩會弓I起水泵電機的機械震動，對電機的轉子、中間齒輪等非常有害，并使供電線路電耗增大，現已基本不使用。
[0004]軟啟動(平滑啟動)現應用最為廣泛,包括:晶閘管軟啟動、變頻軟啟動、液阻軟啟動。液阻軟啟動的缺點是體積大、自身損耗、維護量高等。
[0005]變頻器在工作中由于整流和變頻，會產生諧波和干擾電磁波會影響電網和電子設備運行，特別是用于大功率電機的變頻器。例如:(1)增加了電網中產生諧振的可能性，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故的危險性。(2)增加附加損耗，如電流諧波將會使變壓器的銅損增加。電壓諧波將增加鐵損。(3)使電氣設備(如電動機、電容器、變壓器等)使用不正常，產生發(fā)熱損耗、機械震動、噪音、輸出功率損耗；從而導致電機過熱，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命。(4)使測量和計量儀器、儀表、自動裝置、計算機系統，以及許多用電設備運轉不正常，影響設備測量精度，出現誤動作或誤差，使機械產品加工質量降低。(5)干擾通信系統，降低信號的傳輸質量，破壞信號的正常傳遞，甚至損壞通信設備。
(6)某些情況下，它不僅產生諧波，而且還引起供電電壓波動和閃變，甚至引起三相電壓不平衡，會危及電網安全經濟運行，并影響電氣設備的正常使用。
[0006]變頻器還有故障率較高、電子零部件易損壞、使用環(huán)境要求高等不足之處。如(I)變頻器內部是大功率的電子元件，極易受到工作溫度的影響，產品一般要求為O?55°C，但為了保證工作安全、可靠，使用時應考慮留有余地，最好控制在40°C以下。在控制箱中，變頻器一般應安裝在箱體上部，并嚴格遵守產品說明書中的安裝要求，絕對不允許把發(fā)熱元件或易發(fā)熱的元件緊靠變頻器的底部安裝。(2)溫度太高且溫度變化較大時，變頻器內部易出現結露現象，其絕緣性能就會大大降低，甚至可能引發(fā)短路事故。必要時，必須在箱中增加干燥劑和加熱器。(3)使用環(huán)境如果腐蝕性氣體濃度大，不僅會腐蝕元器件的引線、印刷電路板等，而且還會加速塑料器件的老化，降低絕緣性能，在這種情況下，應把控制箱制成封閉式結構，并進行換氣。(4)裝有變頻器的控制柜受到機械振動和沖擊時，會引起電氣接觸不良。這時除了提高控制柜的機械強度、遠離振動源和沖擊源外，還應使用抗震橡皮墊固定控制柜外和內電磁開關之類產生振動的元器件。設備運行一段時間后，應對其進行檢查和維護。因此為了保證變頻器的可靠運行，往往還需要設置專用的變頻機機房。
[0007]晶閘管軟啟動采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間，如同在電源和電機定子之間接入三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉數逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。但是晶閘管軟啟動仍然具有一定的諧波污染，啟動時由于轉矩是按電壓比的二次方減小，因此啟動轉矩很小，不利于大功率電機的啟動。
[0008]
【發(fā)明內容】
[0009]本發(fā)明是針對現有技術所存在的不足，而提供了一種結構簡單、設計合理，在減少對電網影響時進一步降低了啟動電流，并提高了啟動速度的大功率電機啟動系統和方法。
[0010]本發(fā)明的技術方案為:設計了 PLC、晶閘管軟啟動器、裝有調節(jié)裝置的永磁耦合器相結合的大功率電機啟動系統，并在該系統的基礎上設計了先空載啟動，當電機空載狀態(tài)下電流降到設定值而轉子尚未達到設定轉數時，再穩(wěn)定電流逐漸增加負載的大功率電機啟動方法，不但能降低峰值電流，減小啟動時對電網和其它電子設備的影響，而且能提高啟動速度。
[0011]具體為，一種大功率電機啟動系統，包括晶閘管軟啟動器，包括PLC和永磁f禹合器，所述永磁耦合器包括調節(jié)銅盤或永磁盤軸向移動的調節(jié)裝置，所述PLC控制端連接所述調節(jié)裝置；
所述電機連接有電流傳感器，所述電流傳感器連接所述PLC。[0012]一種基于上述的大功率電機啟動系統的大功率電機啟動方法,包括以下步驟: 步驟1:向PLC發(fā)出啟動指令；
步驟2 =PLC進入啟動準備模式，PLC指令調節(jié)裝置檢測銅盤和永磁盤是否距離最大: 如果是，PLC進入空載啟動模式，指令軟啟動器啟動；
如果否，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤遠離至距離最大，再進入空載啟動模式，指令軟啟動器啟動；
步驟3:PLC指令電流傳感器檢測通過電機的電流是否小于設定值一:
如果是，PLC進入加載啟動模式，在軟啟動器工作的同時，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤靠近，同時繼續(xù)檢測通過電機的電流，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度；
如果否，等待電流下降至小于設定值一，PLC再進入加載啟動模式，在軟啟動器工作的同時，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤靠近，同時繼續(xù)檢測通過電機的電流，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度；
步驟4 =PLC指令調節(jié)裝置檢測銅盤和永磁盤之間是否到達指定距離:
如果是，PLC指令檢測電機轉數；
如果否，銅盤和永磁盤之間到達指定距離后，PLC指令檢測電機轉數；
步驟5:電機是否達到設定轉數:
如果是，PLC進入工作模式，軟啟動器用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，電機完成啟動進入工作狀態(tài)；
如果否，等待電機達到設定轉數后，PLC進入工作模式，軟啟動器用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，電機完成啟動進入工作狀態(tài)。
[0013]在上述銅盤和永磁盤靠近過程中，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度時，同時判斷電機的電流是否大于比設定值一大的設定值二，或是小于比設定值一小的設定值三:
如果大于設定值二，則減小調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數；
如果小于設定值三，則增大調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數。
[0014]本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，結構簡單、設計合理。電機初始啟動，處于空載狀態(tài)，而使電機啟動功率降低，使峰值電流降低且減少對電網影響，并且電機轉數提高快；而后在電流下降到設定數值而轉數尚未達到設定值時，維持電流數值逐漸加載，提高有效功率進而提高啟動速度。當感應電動機處在停止狀態(tài)時，定子繞組和轉子繞組間無電的的聯系，只有磁的聯系，磁通經定子、氣隙、轉子鐵芯成閉路。當合閘瞬間，轉子因慣性還未轉起來，旋轉磁場以最大的切割速度——同步轉速切割轉子繞組，使轉子繞組感應起可能達到的最高的電勢，因而，在轉子導體中流過很大的電流，這個電流產生抵消定子磁場的磁能。定子方面為了維護與該時電源電壓相適應的原有磁通，遂自動增加電流。因為此時轉子的電流很大，故定子電流也增得很大。在電機的啟動初期空載啟動，使電機啟動需要克服的阻力減少，因而需要的磁通得以減小，所以轉子中的感應電動勢也得以減小，從而降低了峰值電流。
[0015]PLC內設程序根據設定的參數和電流變化速度指令執(zhí)行器調整運行速度，使銅盤和永磁盤靠近速度按照電流變化速度調整，避免了兩者靠近過快導致電流增幅過大，同時避免了由于電流增幅過大而不得不停止銅盤和永磁盤靠近的情況，使銅盤和永磁盤靠近過程中不因為走走停停而不斷造成機械沖擊和電流沖擊。設定值二不大于額定電流且接近額定電流，設定值一小于設定值二，設定值三小于設定值一。當電流小于設定值一之后，銅盤和永磁盤逐漸靠近，電機的負載逐漸加載，在執(zhí)行器運行速度依據據電流變化速度調整時，同時依據電流大小調整PLC內設程序的參數，使電流在設定值二與設定值三之間小范圍波動，盡可能的在最大允許電流條件下，使有功功率最大化以提高啟動速度。設定值一小于設定值二，以利于在更開始加載負載時電流的波動不超出額定電流。
[0016]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明中大功率電機啟動系統的結構示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明中大功率電機啟動方法的流程圖。
[0019]圖3為圖2的分流程圖。
[0020]
【具體實施方式】
[0021]為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過【具體實施方式】，對本方案進行闡述。
[0022]實施例一
如圖1所示，本發(fā)明提供一種額定功率3150KW、額定電壓10KV、額定電流226A的大功率電機啟動系統，包括晶閘管軟啟動器，包括PLC和永磁耦合器，永磁耦合器包括調節(jié)銅盤或永磁盤軸向移動的調節(jié)裝置，PLC控制端連接調節(jié)裝置；電機連接有電流傳感器，電流傳感器連接PLC。
[0023]如圖2、圖3所示，本發(fā)明提供一種基于上述的額定功率3150KW、額定電壓10KV、額定電流226A的大功率電機啟動系統的大功率電機啟動方法，包括以下步驟:
步驟1:向PLC發(fā)出啟動指令；
步驟2 =PLC進入啟動準備模式，PLC指令調節(jié)裝置檢測銅盤和永磁盤是否距離最大: 如果是，PLC進入空載啟動模式，指令軟啟動器啟動；
如果否，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤遠離至距離最大，再進入空載啟動模式，指令軟啟動器啟動；
步驟3 =PLC指令電流傳感器檢測通過電機的電流是否小于210A:
如果是，PLC進入加載啟動模式，在軟啟動器工作的同時，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤靠近，同時繼續(xù)檢測通過電機的電流，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度，同時判斷通過電機的電流如果大于220A，則減小調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數；如果小于200A，則增大調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數；
如果否，等待電流下降至小于210A，PLC再進入加載啟動模式，在軟啟動器工作的同時，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤靠近，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度，同時判斷通過電機的電流如果大于220A，則減小調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數；如果小于200A，則增大調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數；
步驟4:PLC指令調節(jié)裝置檢測銅盤和永磁盤之間是否到達指定距離:
如果是，PLC指令檢測電機轉數；
如果否，銅盤和永磁盤之間到達指定距離后，PLC指令檢測電機轉數；
步驟5:電機是否達到設定轉數:
如果是，PLC進入工作模式，軟啟動器用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，電機完成啟動進入工作狀態(tài)；
如果否，等待電機達到設定轉數后，PLC進入工作模式，軟啟動器用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，電機完成啟動進入工作狀態(tài)。
[0024]實施例二
如圖1所示，本發(fā)明提供一種額定功率500KW、額定電壓6KV、額定電流58A的大功率電機啟動系統，包括晶閘管軟啟動器，包括PLC和永磁耦合器，永磁耦合器包括調節(jié)銅盤或永磁盤軸向移動的調節(jié)裝置，PLC控制端連接調節(jié)裝置；電機連接有電流傳感器，電流傳感器連接PLC。
[0025]如圖2、圖3所示，本發(fā)明提供一種基于上述的額定功率500KW、額定電壓6KV、額定電流58A的大功率電機啟動系統的大功率電機啟動方法，包括以下步驟:
步驟1:向PLC發(fā)出啟動指令；
步驟2 =PLC進入啟動準備模式，PLC指令調節(jié)裝置檢測銅盤和永磁盤是否距離最大: 如果是，PLC進入空載啟動模式，指令軟啟動器啟動；
如果否，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤遠離至距離最大，再進入空載啟動模式，指令軟啟動器啟動；
步驟3 =PLC指令電流傳感器檢測通過電機的電流是否小于50A:
如果是，PLC進入加載啟動模式，在軟啟動器工作的同時，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤靠近，同時繼續(xù)檢測通過電機的電流，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度，同時判斷通過電機的電流如果大于55A，則減小調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數；如果小于45A，則增大調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數；
如果否，等待電流下降至小于50A，PLC再進入加載啟動模式，在軟啟動器工作的同時，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤靠近，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度，同時判斷通過電機的電流如果大于55A，則減小調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數；如果小于45A，則增大調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數；步驟4 =PLC指令調節(jié)裝置檢測銅盤和永磁盤之間是否到達指定距離:
如果是，PLC指令檢測電機轉數；
如果否，銅盤和永磁盤之間到達指定距離后，PLC指令檢測電機轉數；
步驟5:電機是否達到設定轉數:
如果是，PLC進入工作模式，軟啟動器用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，電機完成啟動進入工作狀態(tài)；
如果否，等待電機達到設定轉數后，PLC進入工作模式，軟啟動器用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，電機完成啟動進入工作狀態(tài)。[0026]本發(fā)明未經描述的技術特征能夠通過或采用現有技術實現，在此不再贅述，當然，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本【技術領域】的普通技術人員在本發(fā)明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種大功率電機啟動系統，包括晶閘管軟啟動器，其特征在于，包括PLC和永磁I禹合器，所述永磁耦合器包括調節(jié)銅盤或永磁盤軸向移動的調節(jié)裝置，所述PLC控制端連接所述調節(jié)裝置； 所述電機連接有電流傳感器，所述電流傳感器連接所述PLC。
2.一種基于權利要求1所述的大功率電機啟動系統的大功率電機啟動方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:向PLC發(fā)出啟動指令； 步驟2 =PLC進入啟動準備模式，PLC指令調節(jié)裝置檢測銅盤和永磁盤是否距離最大: 如果是，PLC進入空載啟動模式，指令軟啟動器啟動； 如果否，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤遠離至距離最大，再進入空載啟動模式，指令軟啟動器啟動； 步驟3 =PLC指令電流傳感器檢測通過電機的電流是否小于設定值一: 如果是，PLC進入加載啟動模式，在軟啟動器工作的同時，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤靠近，同時繼續(xù)檢測通過電機的電流，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度； 如果否，等待電流下降至小于設定值一，PLC再進入加載啟動模式，在軟啟動器工作的同時，PLC指令調節(jié)裝置操控銅盤和永磁盤靠近，同時繼續(xù)檢測通過電機的電流，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度； 步驟4:PLC指令調節(jié)裝置檢測銅盤和永磁盤之間是否到達指定距離: 如果是，PLC指令檢測電機轉數； 如果否，銅盤和永磁盤之間到達指定距離后，PLC指令檢測電機轉數； 步驟5:電機是否達到設定轉數: 如果是，PLC進入工作模式，軟啟動器用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，電機完成啟動進入工作狀態(tài)； 如果否，等待電機達到設定轉數后，PLC進入工作模式，軟啟動器用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，電機完成啟動進入工作狀態(tài)。
3.一種根據權利要求2所述的大功率電機啟動方法，其特征在于，在上述銅盤和永磁盤靠近過程中，PLC根據設定的參數和電流變化速度指令調節(jié)裝置調整運行速度時，同時判斷電機的電流是否大于比設定值一大的設定值二，或是小于比設定值一小的設定值三: 如果大于設定值二，則減小調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數； 如果小于設定值三，則增大調節(jié)裝置運行速度相對電流變化速度的參數。
【文檔編號】H02P1/26GK103516261SQ201310433576
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權日:2013年9月18日
【發(fā)明者】侯桂鴿, 張開國, 周松, 吳勇, 劉佳勝 申請人:山東財源和信節(jié)能工程有限公司