电动机智能软启动控制系统的设计与应用

电动机智能软启动控制系统的设计与应用

张玲 1 张勇 2 刘勋 3

1. 尤洛卡（山东）矿业科技有限公司 2. 尤洛卡（山东）矿业科技有限公司 3. 新汶矿业集团有限责任公司翟镇煤矿综掘一区

摘要：异步电动机的控制系统，它凭借着简洁的构造、便于维修、造价低的特点，被普遍的应用在生产生活当中，为机械设备提供动力。对于电动机的启动，常见的有直接启动和降压启动着两种方法，然而这两种方法有着种种缺点，如冲击电流大、影响周围设备等。但是伴随着软启动技术以及变频器技术的发展，这些缺点被一一改善，软启动和变频器启动渐渐代替了原有的启动方式。在电动机软启动智能控制系统当中，使用PLC作为系统的智能控制中心，对变频器进行控制，对系统做出监控，将启动控制集中化，使操作人员的更加便利的操作系统，实现现场工艺。而变频器的应用，也有巨大的优势，它可以根据现场的需求，通过改变输出功率来调控电动机的转速，使现场更加的人性化。

关键词：电动机；软启动；变频器；可编程控制器（PLC）

一、电动机智能软启动控制设计的研究背景

电动机的是把电能转换为动能的重要设备，已经在各个行业中得到了普遍的应用，但是大功率的交流电动机起动时有一个巨大的缺点，那就是对电网形成了很大的电流冲击，从而会使电机产生损坏，使电动机的应用时间减少，电网会受到一些影响。软启动器是电机启动时对电网和机械设备的影响的良好解决方案，而且拥有软停止，过流过载保护，短相保护等等的功能，数字操作电子系统的PLC，是工业自动化的必要设备。它拥有一个存储器，可以储存程序，并执行各类命令，输入输出数字或电子信号，对机械和生产进行操作。

二、 电动机的启动

电动机在直接起动的情况下电流达到了正常启动时标准的四到七倍。冲击电流太大就会导致电动机减少它的的使用时间，会降低电网中的二次电压，也会降低电动机起动时的转矩，以至于有时会导致电动机不启动，冲击电流会造成电网中电压的波动,影响在供电网络的设备。为此，从经济角度来看，人们设计了各种启动方式来减小电动机的起动电流。例如定子串电阻，Y -三角转换，自耦降压。

当需要交流电动机启动时，直接起动以及降压起动是人们经常使用到的启动方式。一直以来，电动机普遍的启动方式为直接启动。可是不得不说，直接启动的方式所具有的弊端被人们渐渐发现。最近几年里，变频技术和软起动技术的发展越来越快，越来越成熟，使得变频起动和软启动方式在电动机的启动上的到了普及，从基础上解决了电机起动电流大、降低电网的二次电压的问题。

从人们使用定子串电阻降压启动交流电动机的经验中，我们可以的发现这种方法的主要弊端有：（1）串联电阻小，会传递较大电流。所以启动过程会消耗大量的动力；（2）启动转矩会因启动电流而降低；（3）使用成本高。所以这种起动方法经常用于电机不频繁起动。

Y-△起动方法的主要优点是：（1）结构较为简单；（2）造价低；（3）大大的减少了在启动过程中电流对电网的冲击力。主要缺点是：启动力矩为正常启动力矩的30%。

所以当电动机满足电压为额定电压、三角形接线方式的条件、要求启动电流能够被限制并且不严历的去要求启动力矩的大小，电动机在运行时，定子绕组的接线方式为三角形接线、电动机的容量为7.5KW以上时才可以采用星三角启动方法。

自耦降压启动的缺点为：（1）构造简单。（2）所占空间大。（3）造价高。（4）操作复杂，不能够频繁操作。由于自耦降压启动的方法在应用时，能够依照目的对启动电流进行调整，从而导致力矩在启动的时候会非常大，所以重负载在启动时，启动大型的机械时使用自耦降压启动比较合适。

三、 变频器的特点

（1）无极调速：电动机速度在平稳连续的过程中，可以使电机在整个速度调节范围内稳定运行使调速的准确度大大提高。

（2）启动平稳，软启动时，启动时的产生的冲击电流被有效降低，起动时需要很低的功率，电力线路中产生的电压波动被大大降低，电机启动时更加的俺去。

（3）拥有多个信号输入与输出的端口，可以接收和发送模拟信号、数字信号以及电流、电压信号，可以将其非常便捷的接入到通讯网络系统里，可以对生产过程中的自动化完成控制时的命令输出。

（4）电机正反转的转换不需要通过外部接触器来切换。

（5）为了使工作效率显著提升，在机械设备允许频率改变的情况下，可以使变频器的输出频率改变。

四、 PLC的工作过程

给PLC通电，系统以固定的方式对输入的程序进行查错，一遍又一遍的对任务扫描，从而将结果输出。这就是依次扫描的过程。

（1）恢复初值，。给PLC通电，先将系统恢复出厂值，将内部的所有元件复位。

（2）CPU检测。PLC每次扫描钱都会对供电端、PLC电路系统、程序是否有错这些方面实行检测。保证系统能够完成任务。

（3）通讯检测。对每个与PLC有通讯连接的设备进行模拟通讯，保证通讯正常。

（4）接收外部设备信息。PLC在每次扫描前接收其他设备的信息，人们从而对数据进行检测、更改。实现数据更新。

（5）执行程序。PLC运行时，每次扫描完毕都会输出结果。

（6）刷新。PLC运行时，每次扫描都会解决输入和输出的问题。把输入信号和输出结果，通过扫描输入到映像区中，最后将命令发给机械设备。

PLC停机后，结束意思过程。

五、变频器拖动多台电机方案

对于变频器控制多台的电动机，现有以下两种方法。

第一个是一台变频器连接任意台数的的电动机，实现对多台电动机的拖动，用一台PLC去控制多台变频器。如今随着对变频技术的深入研究，变频器的功能已经十分丰富，市场上的变频器大多数类型都带动两个或者更多的电动机，这样就里一台变频器控制多台电机的任务。此种控制方法仅仅用了一台变频器，花费低，另外的硬件使用的就少了，从而对设计的投入减少，设备的利用率同时得到了提升，潜在的功能被充分利用。然而，这种方式只适用于电机相对较少，电机配置集中的控制系统中。

第二个是使用对应数量变频器控制电动机，然后使用多台变频器采用PLC控制多台变频器，这样来完成推动多台电机的任务。通此种方法种运用了较多的变频器，比第一种方法的花费高，应该用在使用电机数量较多的生产环境中。电动机的控制系统由PLC和变频器构成，不仅仅能够对设备进行自动化管理和监控操作，使系统更加的可靠安全，同时也使生产的效率以及带来的经济效益大大上升。

结语：机械设备重要组成部分为电气控制系统，它对机械设备发出命令，就相当于人类的大脑，其他的机械设备就相当于人类的身躯和四肢。因此，电气控制系统很大程度上的决定了机械设备的好坏。由于异步电动机选择了变频器的作为起动装置，软起动器的功能变频器全部具有，因此在设计中，只需要考虑PLC怎样去控制变频器，以及变频器的设定参数是什么就可以。可编程逻辑控制器(PLC)作为三相异步电动机的控制系统的核心元件，对电动机的控制通过PLC的模拟输出实现。总之，想要设计出一个好的电动机控制程序，我们首先要写一个好的PLC程序，然后选择与之相匹配的机械设备和元器件，通过PLC与这些器件的共同运行才能够实现我们所需要的生产过程，实现自动化。

参考文献：

[1]张运锋.三相异步电动机软启动与调压节能技术的研究[J].商品与质量,2017,(50):144-145

[2]李剑峰.煤矿设备交流电动机软启动技术研究应用[J].变频器世界,2017,(011):10