【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 速曲線為恒加速度上升。 在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程中，保持恒定的轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以恒定加速度上升，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)啟動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的初始階段，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩逐漸增加，當(dāng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的限幅值后保持恒定，直至啟動(dòng)完畢。在啟動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)矩上升的速率可以根據(jù)電動(dòng) 機(jī)負(fù)載情況調(diào)整設(shè)定。斜坡陡，轉(zhuǎn)矩上升速率大，即加速度上升速率大，啟動(dòng)時(shí)間短。當(dāng)負(fù)載較輕或空載啟動(dòng)時(shí)，所需啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較低，可使斜坡緩和一些。由于在啟動(dòng)過程中，控制目標(biāo)為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，即電動(dòng)機(jī)的加速度，既使電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生波動(dòng)，通過控制電路自動(dòng)通過增大或減小啟動(dòng)器的輸出電壓，也可以維持轉(zhuǎn)矩設(shè)定值不變，保持啟動(dòng)的恒加速度。此種控制方式可以使電動(dòng)機(jī)以最佳的啟動(dòng)加速度、以最快的時(shí)間完成平穩(wěn)的啟動(dòng)，是應(yīng)用最多的啟動(dòng)方式。 隨著軟啟動(dòng)器控制技術(shù)的發(fā)展，目前它大多采用轉(zhuǎn)矩控制 方式，也有采用電 流控制方式，即電流斜坡控制 及恒流升壓?jiǎn)?dòng)方式。 此種方式間接控制電動(dòng)機(jī)電流來達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩目的，與轉(zhuǎn)矩控制方式相比啟動(dòng)效果略差，但控制相對(duì)簡(jiǎn)單。 圖 斜坡升壓?jiǎn)?dòng)方式 圖 轉(zhuǎn)矩控制及啟動(dòng)電流限制啟動(dòng)方式 ） 8 (3)電壓提升脈沖啟動(dòng)方式 電壓提升脈沖啟動(dòng)特性曲線如圖 所示。此種啟動(dòng)方式一般可設(shè)定電壓提升脈沖限幅 U 1L 。升壓脈沖寬度一般為 5 個(gè)電源周波，即 100ms。在啟動(dòng)開始階段，晶閘管在極短時(shí)間內(nèi)按設(shè)定升壓幅值啟動(dòng)，可得到較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，此階段結(jié)束后 ，轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)矩控制及啟動(dòng)電流限制啟動(dòng)。該啟動(dòng)方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的啟動(dòng)場(chǎng)合。 (4)轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式 當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要停車時(shí)，立即切斷電動(dòng)機(jī)電源，屬自由停車。傳統(tǒng)的控制方式大都采用這種方法。但許多應(yīng)用場(chǎng)合，不允許電動(dòng)機(jī)瞬間停機(jī)。如高層建筑、樓宇的水泵系統(tǒng)，要求電動(dòng)機(jī)逐漸停機(jī)，采用軟啟動(dòng)器可滿足這一要求。 軟停車方式通過調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)器的輸出電壓逐漸降低而切斷電源，這一過程時(shí)間較長(zhǎng)且一般大于自由停車時(shí)間，故稱為軟停車方式。轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式，是在停車過程中，勻速調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的下降速率，實(shí)現(xiàn)平滑減速。如圖 所示為轉(zhuǎn)矩控制軟停車特性曲線。減速時(shí)間 t1 一般是可設(shè)定的。 圖 電壓提升脈沖啟動(dòng)方式 圖 轉(zhuǎn)矩控制軟停車方式 (5)制動(dòng)停車方式 當(dāng)電動(dòng)機(jī)需要快速停機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)器具有能耗制動(dòng)功能。在實(shí)施能耗制動(dòng)時(shí)，軟啟動(dòng)器向電動(dòng)機(jī)定子繞組通人直流電，由于軟啟動(dòng)器是通過晶閘管對(duì)電動(dòng)機(jī)供電，因此很容易通過改變晶閘管的控制方式而得到直流電。如圖 ，一般可設(shè)定制動(dòng)電流加入的幅值 I 1L 和時(shí)間 t1 ， 但制動(dòng)開始到停車時(shí)間不能設(shè)定，時(shí)間長(zhǎng)短與制動(dòng)電流有關(guān)，應(yīng)根據(jù)實(shí) 際應(yīng)用情況，調(diào)節(jié)加入的制動(dòng)電流幅值和時(shí)間來調(diào)節(jié)制動(dòng)時(shí)間。 ） 9 圖 制動(dòng)停車方式 水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的分析說明 水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)因其控制性能穩(wěn)定、可靠性能強(qiáng)，節(jié)能效果好等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于高層建筑、安全消防、污水處理、工廠和電廠水泵房中。水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水泵電機(jī)無級(jí)調(diào)速，依據(jù)需求水量的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，在需求水量發(fā)生變化時(shí)保持水管內(nèi)部的壓力恒定以 滿足用戶的要求，是今天比較先進(jìn)、科學(xué)合理的節(jié)能型供水系統(tǒng)。在實(shí)踐運(yùn)用中如何充分合理地利用專業(yè)應(yīng)用的變頻器所含有的各種功能，對(duì)合理設(shè)計(jì)變頻調(diào)速系統(tǒng)、降低投資成本、保證技術(shù)質(zhì)量等方面有著重大意義。變頻調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的恒壓供水方式與曾經(jīng)的水塔或高位水箱以及氣壓供水方式相比，不論是設(shè)備的投入量和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、快速性等方面都擁有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，而且具有顯著的節(jié)能效果。目前變頻恒壓供水系統(tǒng)正朝著強(qiáng)的可靠性、全能的數(shù)字化、高的集成度等方向發(fā)展。水泵變頻調(diào)速系統(tǒng) 能適用生活用水、工業(yè)用水以及消防用水 等多種場(chǎng)合的供水要求，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn) : (1)系統(tǒng)的控制對(duì)象是管網(wǎng)的水壓，它是一個(gè)過程控制量，同其它一些過程控制量(如：溫度、流量、液位等 )一樣，對(duì)控制作用的響應(yīng)具有延遲性。同時(shí)用于電機(jī)速度控制的變頻器也存在一定的滯后效應(yīng)。 (2)管網(wǎng)中因?yàn)橛泄艿纼?nèi)部的摩擦阻力、水錘效應(yīng)等因素的影響，同時(shí)又由于水泵自身的一些固有特性，使水泵電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的變化與管道內(nèi)水壓的變化成正的比例關(guān)系，所以水泵變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)是一個(gè)線性系統(tǒng)。 (3)水泵 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)具有廣泛的通用性，然而面向種類繁多的供水系統(tǒng)，不同的供 水系統(tǒng)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、用水量和揚(yáng)程等方面又存在著較大的差異，因此其控制對(duì)象的模型具有很強(qiáng)的多變性。 (4)在變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)中，由于有工頻泵的加入減少，而工頻泵的控制 (包括工頻泵的停止和運(yùn)行 )是時(shí)時(shí)發(fā)生的，同時(shí)工頻泵的運(yùn)行狀態(tài)直接影響供水系統(tǒng)，使其） 10 不確定性增加。因此我們可以認(rèn)為，變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)的控制對(duì)象是具有變化性的。 (5)當(dāng)意外的情況 (如突然停水、斷電、泵、變頻器或軟啟動(dòng)器故障等 )出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)能根據(jù)泵及變頻器或軟啟動(dòng)器的狀態(tài)，電網(wǎng)狀況及管網(wǎng)壓力等工況自動(dòng)進(jìn)行切換，保證管道內(nèi)部壓力恒定。在出現(xiàn)故障時(shí)， 執(zhí)行故障處理應(yīng)用，保證在緊急的情況下仍然可以供水。 (6)水泵的電氣控制柜上設(shè)有每臺(tái)供水泵的啟動(dòng)、停止按鈕及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài) 指示燈顯示功能?？刂乒駪?yīng)留有信號(hào)接口，能夠把每臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行信號(hào)、過載信號(hào)、運(yùn)行電流、變頻器頻率、主管網(wǎng)壓力返回控制室。壓力設(shè)定由控制柜上的壓力設(shè)定電位器完成。 (7)使用變壓變頻設(shè)備和軟啟動(dòng)裝置進(jìn)行調(diào)速，用變頻泵和工頻泵的組合進(jìn)行恒壓供水，節(jié)能效果顯著，對(duì)每臺(tái)水泵進(jìn)行軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流可從零到電機(jī)額定電流，減少了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊同時(shí)減少了啟動(dòng)慣性對(duì)設(shè)備的大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的沖擊，延長(zhǎng)了設(shè)備的使 用壽命。 變頻恒壓供水系統(tǒng)主要有含 PID控制器的變頻器、軟啟動(dòng)器、壓力變送器和 現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng) ，其系統(tǒng)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)框圖如圖 。 本設(shè)計(jì)中 兩個(gè)系統(tǒng)均為控制三 臺(tái)水泵 電機(jī) ，采用 PID調(diào)節(jié)方法 。三 臺(tái)水泵 或兩臺(tái)水泵 中只有一 臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行。根據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制 另外兩臺(tái)或一臺(tái)泵的啟動(dòng)， 并根據(jù)壓力檢測(cè)值和給定值之間偏差進(jìn)行 PID運(yùn)算， 運(yùn)算結(jié)果送 給變 壓變頻裝置 控制其輸出頻率，調(diào)節(jié) 水的 流量，使供水管網(wǎng) 的 壓力恒定。 圖 的結(jié)構(gòu)圖 水泵變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng) 的控制策略 根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)。硬件設(shè)備選型、變頻器選型 及相關(guān)電器 ，繪制系統(tǒng)硬件連接圖。采用變頻器的分級(jí)控制，進(jìn)行優(yōu)化控制泵組的調(diào)速運(yùn)行，） 11 并自動(dòng)調(diào)整泵組的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，完成供水壓力的閉環(huán)控制，在管網(wǎng)流量變化時(shí)達(dá)到穩(wěn)定供水壓力和節(jié)約電能的目的。系統(tǒng)的控制目標(biāo)是水泵房總管的出水壓力，系統(tǒng)設(shè)定的給水壓力值與反饋的總管壓力實(shí)際值進(jìn)行比較，其差值輸入 CPU 運(yùn)算處理后，發(fā)出控制指令，控制泵電動(dòng)機(jī)的投運(yùn)臺(tái)數(shù)和運(yùn)行變量泵電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到給水總管壓力穩(wěn)定在設(shè)定的壓力值上。恒壓供水就是利用變頻器的 PID 或 PI 功能實(shí)現(xiàn)的工業(yè)過程的閉環(huán)控制。即將壓力控制點(diǎn)測(cè)的壓力信號(hào)直接輸入到變頻器中，由變頻器將其與用戶設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，并通過變頻器內(nèi)置 PID 運(yùn)算將結(jié)果轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)整水泵電機(jī)的電源頻率，從而實(shí)現(xiàn)控制水泵轉(zhuǎn)速。 兩系統(tǒng)的 主電路接線圖 兩套系統(tǒng)的主電路圖大致相同，控制電路圖略有不同。其相應(yīng)的圖形見 圖 中 水提升 泵 系統(tǒng) 主回路接線圖 (一控三 )，圖 工業(yè)補(bǔ)給水泵系統(tǒng)主回路接線圖 (一控二 )。 圖 中水提升 泵系統(tǒng) 主回路接線圖 (一控三 ) 圖 中水提升泵系統(tǒng)工作原理 電機(jī)有兩種工作情況：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。 KM KM KM5 分別為電動(dòng)機(jī) M1 、 M2 、 M3 變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器， KM KM4 、 KM6 、KM KM8 、 KM9 分別為電動(dòng)機(jī) M M M3 工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。 具體為：接觸器 KM1 閉合時(shí)， KM KM5 均為斷開，電動(dòng)機(jī) M1 變頻運(yùn)行。當(dāng)） 12 壓力檢測(cè)值低于壓力給定值時(shí)，變頻器的輸出繼電器閉合進(jìn)而控制接觸器 KM2 閉合，使得電動(dòng)機(jī) M2 工頻軟啟動(dòng) 開始，軟啟動(dòng)結(jié)束后接觸器 KM8 閉合且 KM4 斷開，使得電動(dòng)機(jī) M2 全 壓工頻運(yùn)行。如啟動(dòng)后系統(tǒng)壓力大于母管壓力時(shí)，不立即切除工頻備用泵，而是首先由變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)母管壓力，以避免切除備用泵后系統(tǒng)母管壓力急劇下降造成備用泵頻繁啟動(dòng)。當(dāng)變頻泵調(diào)整為某一合適的頻率時(shí)，切除備用泵，改為變頻調(diào)節(jié)。當(dāng)啟動(dòng) 1 臺(tái)工頻備用泵仍不滿足系統(tǒng)用水要求是再啟動(dòng)另外一臺(tái)工頻備用泵，以滿足系統(tǒng)用水要求。第二臺(tái)工頻泵的起動(dòng)原理與第一臺(tái)工頻泵的啟動(dòng)原理相同。 同時(shí)變頻器要求在電動(dòng)機(jī) M1 、 M2 、 M3 中 定時(shí)循環(huán)切換，且一周切換一次。 圖 工 業(yè)補(bǔ)給水泵 系統(tǒng) 主回路接線圖 (一控二 ) 圖 工業(yè)補(bǔ)給水泵系統(tǒng)工作原理 電機(jī)有兩種工作情況：在工頻電下運(yùn)行和在變頻電下運(yùn)行。 KM KM 分別為電動(dòng)機(jī) M1 、 M2 變頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器， KM KM4 、 KM6 、 KM7分別為電動(dòng)機(jī) M M2 工頻運(yùn)行時(shí)接通電源的控制接觸器。 具體為：接觸器 KM1 閉合時(shí)， KM3 斷開，電動(dòng)機(jī) M1 變頻運(yùn)行。當(dāng)壓力檢測(cè)值低于壓力給定值時(shí)，變頻器的輸出繼電器閉合進(jìn)而控制接觸器 KM4 閉合，使得電動(dòng)機(jī)M2 工頻軟啟動(dòng)開始，軟啟動(dòng)結(jié)束后接觸器 KM8 閉合且 KM4 斷開，使得 電動(dòng)機(jī) M2 全） 13 壓工頻運(yùn)行。如啟動(dòng)后系統(tǒng)壓力大于母管壓力時(shí)，不立即切除工頻備用泵，而是首先由變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)母管壓力，以避免切除備用泵后系統(tǒng)母管壓力急劇下降造成備用泵頻繁啟動(dòng)。當(dāng)變頻泵調(diào)整為某一合適的頻率時(shí)，切除備用泵，改為變頻調(diào)節(jié)。第三臺(tái)大泵則完全手動(dòng)軟啟動(dòng)控制。 詳細(xì)的軟啟動(dòng)過程分析請(qǐng)參見下文中軟啟動(dòng)器控制系統(tǒng)的過程分析。 軟啟動(dòng)器控制系統(tǒng)的過程分析 （ 1） 一臺(tái)軟啟動(dòng)器控制一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停車或自由停車控制線路 如圖 所示型號(hào)為 Y2280S4 的 電動(dòng)機(jī)利用軟啟動(dòng)器啟動(dòng)的控制線路圖。圖中實(shí)線框所 示為軟啟動(dòng)器，其中 C 和 400 為軟啟動(dòng)器控制電源進(jìn)線端子； L L L3 為軟啟動(dòng)器供電電源的進(jìn)線端子； T T T3 為連接電動(dòng)機(jī)的出線端子。 A A2， BB2， C C2 端子由軟啟動(dòng)器三相晶閘 管 兩端分別直接引出，當(dāng)相對(duì)應(yīng)端子短接時(shí)，等價(jià)于將軟啟動(dòng)器內(nèi)部可控硅晶閘管短接，但現(xiàn)在軟啟動(dòng)器內(nèi)部的電流檢測(cè)環(huán)節(jié)仍起作用，即此時(shí)軟啟動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)功能仍起作用。 PL 是軟啟動(dòng)器為外部邏輯輸人提供的 +24V 電源； L+為軟啟動(dòng)器邏輯輸出部分的外接輸入電源，在圖中由 PL 直接 提供。 STOP、 RUN 分別為軟停車和軟啟動(dòng)控 制信號(hào)，接線方式分為：三線制控制、二線制控制和通信遠(yuǎn)程制控制。三線制控制，要求輸入信號(hào)為脈沖輸入型；二線制控制，要求輸入信號(hào)為電平輸入型；通信遠(yuǎn)程控制時(shí)，將 PL 與 STOP 端子短接，啟停要使用通信口遠(yuǎn)程控制。圖 所示控制線路為三線制控制方式接線。 KAl 和 KA2 為輸出繼電器。 KAl 為可編程輸出繼電器，可設(shè)置成故障繼電器或隔離繼電器。若 KAl設(shè)置為故障繼電器，則當(dāng)軟啟動(dòng)器控制電源上電時(shí)， KAl 閉合；當(dāng)軟啟動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)， KAl斷開。若 KAl設(shè)置為隔離繼電器，則當(dāng)軟啟動(dòng)器接收到啟動(dòng)信號(hào)時(shí)， KAl閉合；當(dāng)軟啟動(dòng) 器軟停車結(jié)束時(shí)，或軟啟動(dòng)器在自由停車模式下接收到停車信號(hào)時(shí)，或在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障時(shí)， KAl斷開。 KA2 為啟動(dòng)結(jié)束繼電器，當(dāng)軟啟動(dòng)器完成啟動(dòng)過程后， KA2 閉合；當(dāng)軟啟動(dòng)器接收到停車信號(hào)或出現(xiàn)故障時(shí)， KA2 斷開。 如圖 所示為電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行、軟啟動(dòng)、軟停車或自由停車控制線路。 KAl 設(shè)置為隔離繼電器。此軟啟動(dòng)器接有進(jìn)線接觸器 KMl。當(dāng)?shù)蛪簲嗦菲?QF 合閘，按下啟動(dòng)按鈕 SB2，軟啟動(dòng)器接受到啟動(dòng)信號(hào)，則 KAl 觸點(diǎn)閉合， KMl 線圈上電，使其主觸點(diǎn)閉合，主電源加入軟啟動(dòng)器。電動(dòng)機(jī)按設(shè)定的啟動(dòng)方式啟動(dòng)，當(dāng)啟動(dòng)完成后， 內(nèi)部繼電器KA2 常開觸點(diǎn)閉合， KM2 接觸器線圈吸合，電動(dòng)機(jī)通過接觸器由電網(wǎng)直接供電。但此） 14 時(shí)電動(dòng)機(jī)需要加過載、缺相等保護(hù)，所以需要加熱繼電器。若發(fā)生過載、過流，則切斷接觸器 KMl 電源，則軟啟動(dòng)器進(jìn)線電源切除。因此電動(dòng)機(jī)不需要額外增加過載保護(hù)電路。正常停車時(shí)，按停車按鈕 SBl，停止指令使 KA2 觸點(diǎn)斷開，旁路接觸器 KM2 跳閘，使電機(jī)軟停車，軟停車結(jié)束后， KAl 觸點(diǎn)斷開。按鈕 SB3 為緊急停車用，當(dāng)按下 SB3時(shí)，接觸器 KMl失電，軟啟動(dòng)器內(nèi)部的 KAl 和 KA2 觸點(diǎn)復(fù)位，使 KM2 失電，電機(jī)自由停轉(zhuǎn)。 由于帶有旁路接觸器， 該電路有如下優(yōu)點(diǎn)：在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)可以避免軟啟動(dòng)器產(chǎn)生的諧波；軟啟動(dòng)器僅在啟動(dòng)和停車時(shí)工作，可以避免長(zhǎng)期運(yùn)行使晶閘管發(fā)熱，延長(zhǎng)了使用壽命。 圖 電動(dòng)機(jī)單向運(yùn)行、軟啟動(dòng)、軟停車或自由停車控制線路 （ 2） 單臺(tái)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī) 我們用一臺(tái)軟啟動(dòng)器對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行軟啟動(dòng)，可以降低控制系統(tǒng)的投入成本。通過設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)碾娐房梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車控制，但不能同時(shí)啟動(dòng)或停機(jī)多臺(tái)電機(jī)，只能一臺(tái)一