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摘要:本文简要介绍了大功率设备软启动的几种常见方式,固态软启动、液态软启动、采用液力耦合器的软启动技术及其优缺点比较。着重介绍了三相晶闸管电子软启动技术的工作原理,结构特点。并通过应用实例说明了软启动的可行性和必要性。
关键词:大功率设备 软启动 电动机 晶闸管
0 引言
大功率设备的应用十分广泛。在生产过程中,电动机要经常启动、停止,其启动性能的优劣对生产影响很大,这是因为大功率电动机,其强大的启动电流会造成较大的线路电压降落,引起电网电压降低,不仅影响其他用电设备的正常工作,而且对动力变压器也会产生较大的冲击,所以,选择合理的启动方式受到相关技术人员的高度重视[1]。
1 软启动简述
1.1 软启动与一般降压启动的区别 在启动电动机时,可以通过降低加到电动机定子绕组的电压来减小电动机的启动电流。软启动是在规定的启动时间内,用调压装置将启动电压,连续平稳地上升,直至达到额定电压。可用n=f(M)来表示异步电动机的机械特性。
软启动是从初始电压开始,电压平衡连续的增大。从图1中的0.5U所标注的曲线连续的平滑的向右平行移动,一直平稳到与额定电压Ue所指的曲线重合时为止,那么电动机的转矩就会平滑地增大,一直到转矩为最大值Mm时为止,启动结束。这样,在启动过程中电动机的转矩是平滑的而不是跳跃的,启动过程是平稳的,所以叫软启动[2]。
若采用一般降压启动,假设启动电压U=0.5Ue,则电动机启动时的转矩为0.25M,即启动时的转矩仅有电动机最大转矩的1/4。如果在此时将电压增加到电动机的额定电压Ue,那么电动机的转矩就会瞬间由1/4跳到M,这种的启动过程是不平滑、不平稳的,因此又称为硬启动,在要求稳启动的场合不应采用这种启动方式。
1.2 固态(晶闸管电子)软启动的原理 在大容量电动机启动时,三相晶闸管软启动已经得到广泛的应用,其启动过程平稳,谐波的含量,转矩的冲击以及冲击的电流都相对较小,且价格适中,技术较为成熟。晶闸管调压软启动器采用反并联接线的晶闸管、连接在电动机的三相绕组上,在电动机启动过程中,通过调节晶闸管的导通角大小,使电动机的启动电流可随着设定的规律变化而改变。这样人们就可以根据需要来选择和调节电动的启动方式与启动时电流的大小,从而可使电动机可依据继电器的保护性能而达到最优的启动过程。晶闸管调压软启动的工作原理]。
2 晶闸管的软启动方式
2.1 电压斜坡式软启动 通过调节电动机输入电压的升高速率来实现电动机的软启动,适用于不同斜率电压升高量的启动,是一种常见的启动方式。
U1(30%)为电动机启动所需最小转矩对应的初始电压。当电动机启动时,软启动器的输出电压迅速上升到整定值U1,然后按设定的速率逐渐增加,直至达到电网电压。此种软启动一般适用于轻载或空载的启动,也适用于启动转矩随着转速的增大而增大的设备,如普通车床、冲床及抽水泵等[4]。
2.2 阶跃恒流式软启动 对于一些启动转矩要求比较大的设备(如采用斜坡启动)通常不能用正常地方式启动,需要采用阶跃恒流式的软启动方式,在初始启动时,将电动机的启动电流瞬间增大到所设定的启动电流值I、并保持电流大小直至完成启动过程,如图4所示。这种启动方式在启动瞬间的启动转矩较大,适用于较大负载的启动,如一些带负载启动的设备。该启动方式即为乙烯装置空压机电机采用的启动方式[5]。
2.3 脉冲恒流式软启动 它可附加在限流软启动方式中,适用于需要较高启动转矩的设备,从而较快地完成电机启动过程。用户可自行选择脉冲时间。该方式启动初始阶段有一个较大的启动冲击电流,大于设定的恒流启动值I,从而产生较大的冲击矩去克服较大的静摩擦转矩,以此启动设备,进而即进入恒流启动阶段,直至启动完毕。如图5所示。脉冲恒流软启动方式的启动冲击转矩大,适用于皮带输送机、粉碎机的满载启动等重载启动。
3 液态软启动
水电阻启动器是根据电动机降压启动理论,在电动机的定子回路中串入一适当的可调节式水电阻进行分压,充分利用水电阻的可调性能与可恢复性能优良,热容量相对较大的特点,通过控制系统来调节传动机构,带动电极的极板运动,改变定、动极板之间的距离,从而改变水电阻阻值的大小,促使同步变化水电阻的阻值与电动机转差率,达到恒电流启动的目的。使用该启动器来启动电机时,可使电动机稳步加速至额定转速,并缩短其启动的时间,在启动完成后,星点接触器便会自动接入并旁路的水电阻,电动机将在额定电压下运行。
4 液态(水电阻)与固态(晶闸管)软启动器的比较[6]
5 采用液力耦合器的软启动技术
5.1 若从工作原理和机械结构的角度看,液力耦合器的输出转速和输入转速之比一般不能高于95%,即不能同步运行输入与输出轴,因而会损失较多功率,发热情况十分严重,这将会明显降低传动系统的效率。如果大功率设备的长期运行,这种功率损失会显著提高企业的生产成本、导致企业的经济效益的下滑。
5.2 在采用调速型液力耦合器作为软启动装置时,电动机的启动电流仍然较大(5~8倍的额定电流),因此需要严格限制电动机的启动次数。与其他调速方式相比,由于受到原理结构的制约,调速型液力耦合器的有效调速范围较小,其可控性也较差。
5.3 调速型液力耦合器体积庞大,系统复杂,并且具有高速旋转的大直径部件,当它分别与电动机和减速机联接之后,所占空间更大,在安装空间有限的场合无法正常使用。用液力耦合器作为软启动传动装置的主要优点在于液力耦合器的技术相对成熟,价格合理,井下的隔爆要求易于实现,尤其是采用水介质的液力耦合器具有优良的隔爆性能,目前主要应用在刮板输送机、带式输送机、转载机等煤矿机械设备的传动系统中[7]。
6 结语
由于固态(晶闸管)电机软启动器具有优良的特性,所以其应用越来越广泛。我国中(高)密度纤维板生产企业正在用这种启动器来逐步取代液态(水电阻)启动器;但由于液态(水电阻)启动器结构简单,价格相对便宜,故目前也有一定的应用。三相晶闸管调压软启动实现了大容量电动机的平稳启动,消除了因大容量电动机的启动造成对电网冲击的可能,保证电力系统的安全稳定运行,与其它同类启动方式的产品相比,采用软启动器的启动方式可以减小设备易损件的更换周期,降低运行成本,有效地保证了生产的正常、连续运行。
参考文献:
[1]唐振鹏.上湾洗煤厂6kV电动机启动方式的分析与改进.煤炭工程.2009.
[2]张以都.国内外重载机械设备软启动技术的研究.煤炭科学技术.2001.
[3]王传成.利用晶闸管交流调压器实现大功率三相异步电动机的软启动.中国设备工程.2003.
[4]马自玫.隔爆高压软启动设备在煤矿井下的应用.煤炭科学技术.2004.
[4]周芹刚,孙本胜.大功率电机启动方式的比较与选择.氯碱工业[8].2007.
[5]李军,卢勇.软启动技术在大型感应电动机中的应用.动力与电气工程.2009.
[6]石战平.浅谈中(高)密度纤维板厂10kV高压电机启动;林业机械与木工设备37[7];2009.
[7]薄祥群,江卫,田素华;高压大功率电动机自动电液变阻软启动的研究与应用;中国设备工程;2007
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PLC控制系统,Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器,一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:论PLC自动化控制在航空电池充电机中的应用相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘要】PLC可编程控制器是一种专门为工业自动化领域应用而设计的数字运算操作的电子装置。在航空电池充电机中,这种电子系统被广泛的运用,PLC可编程控制器所谓系统控制的核心,使得整个航空电池充电机系统具有可靠性以及稳定性,提高整个系统的运行效率。并且便于工作人员时刻观察运行状态,提升电池的性能。
【关键词】可编程控制器; 航空飞机; 电池充电机;
航空飞机用电池,必须保证其安时容量足,才能使用。因此,飞机用电池必须经过充电、放电,再充电后才可装机使用。对充电机的要求比较高,过去都是从美国和英国进口的,价格美国很贵,英国更贵,而且联系也不方便。国产的充电机以前都是通过人工分合闸计时进行充电,然而加入了PLC 及操作显示屏后,使得控制回路集成化,显示数字化,技术先进,无需人工值守,工作安全可靠。现在的航空电池充电机基本不需要维护,万一有故障时,便会自动停止运行;同时它还备有电池温度传感器接口,作为电池超温保护。
恒流充放电(C1为放电率,即1 小时放电的电流数,电池容量C)
1.1 完全放电的电池
对完全放电的电池充电采用下列方式之一:(1)单率:用0.1C1充到30V 为止,但时间不得超过14hr.00min。(指当电压虽未到30V,但时间已达到14 小时时应终止)。(2)双率1:用0.5C1充到31V 时,但时间不得超过02hr.30min,(指电压虽未到31V,但时间已达到02hr.30min 时),转为0.1C1,再充04hr.00min。(3)双率2:用1.0C1充到31.4V 时(但时间不得超过1hr.15min),转为0.1C1,再充电04hr.00min。
1.2 部分放电的电池充电采用下列方式之一
(1)放置两周以上,两个月以下的电池。用0.1C1充到30V 为止,但时间不得超过1hr.15min。(指当电压虽未到30V,但时间已达到1hr.15min 时应终止)。
(2)放置两个月以上的电池(或者电池的充电状态未知)。先用0.85C1放电到20V,但时间不得超过01hr.15min。然后用1.1 节中所述的方法之一进行充电。
1.3 快速部分充电
(1)0.5C1充电到31V,但时间不得超过02hr.15min。
(2)1.0C1充到31.4V,但时间不得超过01hr.15min。
2系统结构及PLC硬件配置
本航空电池充电机是为哈航卫科技有限公司研制的电池充放电系统,其结构图如图1。系统PLC 硬件组成:西门子CPU222CN,数字量输出模块EM222CN,模拟量输入输出模块EM235 及西门子操作显示屏TD400C。
西门子S7-200PLC 编程软件是STEP7MicroWINSP6,本软件集成有操作显示屏的画面编辑器,画面个数及组态的数据地址受S7-200 系列PLC 的内存限制,可查阅西门子S7-200 产品目录、TD400C介绍及用户手册相关文档。
通讯的建立:CPU222CN 具有一个PPI 通讯接口,将PLC 程序及组态好的画面直接从PC 机下载到PLC 中,然后断开PC 端的通讯电缆直接连接到操作显示屏,操作显示屏必须设置不同于PLC 的地址二者即可建立连接。
4.1 操作显示屏自定义的功能键
F1 启动运行
F2 停止运行
F5 单率模式数据设置窗口
F6 双率模式数据设置窗口
F7 放电模式数据设置窗口
F8 运行参数显示窗口
F11PLC 复位(按一下SHIFT 再按一下F3)
4.2 系统画面窗口
画面分为单率模式数据设置窗口、双率模式数据设置窗口、放电模式数据设置窗口及运行参数显示窗口;电源接通上电后,内部风扇运行,操作屏将显示“运行参数显示窗口”。
4.3 操作显示屏相关操作说明
充电机系统分为充电模式和放电模式;充电模式下分为单率模式和双率模式。按操作屏上的F5 键进入“单率模式参数设置”窗口,设置电池所需的电流、电压及充电时间。按操作屏上的F6 键进入“双率模式参数设置”窗口,设置电池所需的主充电流、主充电压、主充时间及尾充电流、尾充时间。按操作屏上的F7 键进入“放电模式参数设置”窗口,设置电池所需的放电电流、放电电压及放电时间。数据设置完成,按F8 键返回到“运行参数显示画面”后,观察一下SV 的电流值、电压值、时间值和选择的操作模式设置的数据是否一致,如果相同直接按F1 键运行;如果不同,需要修改相应的参数,再次按F8 键返回到“运行参数显示画面”后按ENTER 键确认,再按F1 键,接触器吸合开始运行。观察前面板的相应指示灯是否显示相应的工作模式。如果一切显示正常就可继续自动运行,如果显示有错误应按F2 停止设备的运行,按照设置参数流程重新设置后再运行。正常停机:充电或放电完成后,系统自动停止运行并有声光报警提示工作人员。
随着整流及自动化技术的不断发展,对航空电池充电机设备的控制要求也越来越高,功能也越来越完善,真正实现了无人值守的自动化控制平台,未来的自动化水平会发展越来越快,望广大同行多多指正,共同为航空电池充电机事业而共同努力。
[1]西门子(中国)有限公司.SIMATICS7-200 可编程控制器系统手册[S].2005.
[2]西门子(中国)有限公司.S7-200CN 可编程序控制器产品目录[Z].2005.
[3]西门子(中国)有限公司.SIMATICTD400C 操作员界面用户手册[S].2004.
[4]张扬.蔡春伟.S7-200PLC 原理与应用系统设计[M].北京:机械工业出版社,2007,7.
[5]华伟,周文定.现代电力电子器件及其应用[M].北京:北方交通大学出版社,2002,3.
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