第2期(总第165期)
2011年4月机械工程与自动化
M ECHAN IC AL EN GIN EERIN G & A U TO M A T IO N N o.2
Apr.
文章编号:1672-6413(2011)02-0144-02
三相异步电动机软启动器的设计
刘芳霞
(山东经贸职业学院,山东 潍坊 261011)
摘要:三相异步电动机直接启动时,启动电流过大,转矩较小,给用电设备及电网带来了一定的影响。通过采用模糊控制与P LC 相结合的方法实现了电机的软启动,给出了软启动控制系统的硬件设计与软件设计,并用M A T L A B 软件进行实验仿真,实验结果验证了系统的有效性及理论的正确性。关键词:软启动;三相异步电动机;仿真中图分类号:
T M 343+
.2 文献标识码:
A
收稿日期:
2010-08-31;修回日期:
2010-10-27
作者简介:刘芳霞(1975-),女,山东聊城人,讲师,硕士。
0 引言
三相异步电动机以其低成本、高可靠性和易维护等特点,在电力拖动系统中得到了广泛的应用。但在其直接启动瞬间启动电流大约是额定电流的6倍,带负载启动时甚至达到8倍。大的启动电流会给电网及用电设备带来很大的负面影响,使电网电压产生波动,加速电动机绕组的绝缘老化,大大降低了电动机的使用寿命,导致大量的能量被消耗。针对上述问题,本文设计了一个软启动系统,给出了其硬件设计及软件设计,并通过实验验证了系统的有效性及理论的正确性。1 电机软启动系统结构
三相电动机软启动系统结构图见图1。采用晶闸管反并联电路给电动机定子提供电源,通过控制晶闸管触发角的大小来改变导通角的大小,使电动机电压平稳增加,从而调节电动机定子的端电压,使电动机的启动电流缓慢上升,减少电流对电网及电动机的影响,这一过程称为软启动。软启动的实现方法如下:通过对电路电压、电流的检测,将检测的信号模糊处理,经过A /D 模块转化为数字信号,送入PLC 控制器进行处理,用得到的信号来控制晶闸管的触发角,从而控制电动机的端电压,达到控制启动电流的目的
。
图1 三相电动机软启动结构图
2 软启动控制电路硬件设计
软启动器是一种交流调压装置,在本系统中主要是实现电机的软启动、停机及保护等多种功能。由于PLC 具有可靠性高、抗干扰能力强、功能完善、编程
简单、具有网络通讯功能等特点,所以本系统采用松下电工FP0系列可编程控制器作为主控制器,PLC 结构框图如图2所示。它的主要作用是:将模糊化处理得到的信号经过A /D 模块转化保存在数据寄存器中,
经过执行PLC 程序,用输出信号去控制晶闸管调压电
路的触发角。3 电机软启动系统的软件设计
硬件设计是系统的基础,但很大一部分硬件功能由软件来实现,因此软件设计是系统的一个重点。电机软启动系统的主程序流程图见图3
。
图2 PL C
结构框图
图3 主程序流程图
整个程序在执行时包括3部分,即系统初始化、系
统自检、执行程序。
(1)系统初始化程序。系统初始化主要是在程序执行前对PLC 内部存储器的内容复位,主要完成对PLC 内部定时器、数据寄存器、中断系统、堆栈指针、特殊寄存器的初始化等。在本系统中,采用触摸屏实现了人机对话,从触摸屏上输入输出。在初始化过程中,触摸屏自动返回到初始屏,等待用户对其进行操作。
(2)系统自检程序。为了保证系统的正常和安全运行,对于一些可能出现的系统故障尽量在系统运行
前就发现并及时进行处理,因此在主程序的初始化后
进行系统的初始自检是很重要的。系统初始自检包括
上电前自检与上电后自检,前者是检查电动机是否存在漏电故障,后者是对电机的工作电压、电流、温度等参量进行AD 检测并处理。
(3)系统运行部分程序设计。运行部分程序的设计内容按系统启动的大体流程包括:①判断是否要求启动(检测启动开关是否有效);②判断启动是否完毕(通过触摸屏提示);③判断系统稳定启动运行时是否要求停机(检测停车开关是否有效)。
本文将模糊控制技术和PLC 相结合,对一些无法建立精确数学模型的系统能够达到较好的控制效果。首先将电流偏差e 与电流偏差变化率Δe 模糊化处理,根据模糊语言变量赋值表和模糊控制规则表,利用M AT LAB 预先编制程序进行模糊推理与模糊判断,得到对应的量化因子K e 、K ec ,然后采用A /D 转化模块将其按一定规律存放在PLC 数据寄存器中。控制执行时,PLC 只须对采样得到的精确量e 、Δe 进行等级量化,得到其相应的模糊化论域元素,再通过查表获得输出控制量的量化值,最后将此量化值乘以比例因子K u 即得到实际输出量,用输出量对电动机软启动进行控制。4 实验结果与分析
电动机软启动过程是一个高阶、非线性和强耦合的多变量系统,除理论分析以外,仿真实验是一种必不可少的重要的研究方法。本文采用M ATLAB 软件对三相异步电动机的软启动进行实验仿真,结果见图4～图7。
图4 三相定子电流I 的波形曲线
图5 A 相定子电流I A 的波形曲线
(下转第148页)
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145· 2011年第2期 刘芳霞:三相异步电动机软启动器的设计
种故障状态:①工作台超限位:这时工作台前进(后退)按钮的指示灯亮,选择系统的手动工作方式,控制工作台沿反方向退出超限位;②电动机超载:将液压电动机、主轴电动机、工件旋转电动机的断路器常开辅助触点串接作为输入信号,只要有一个断路器出现过载跳闸,该输入信号立即通过PLC程序停止机床的运动状态,待电动机过载问题解决,3个断路器的常开辅助触点闭合后,工作台才能正常运动。
5 结束语
用PLC和变频器共同参与机床的电气控制,调试阶段可以方便地修改相关的电气控制参数,根据控制要求增减输入、输出的控制信号,根据工艺要求调整运行程序,便于更改线路,极大地减轻了调试阶段的工作量;借助于PLC的输入、输出信号指示灯,使维修工作直观、简单,而且使用PLC后,省去了中间继电器,使得整机运行稳定,使用效果良好。
Roller Polishing Machine Electrical Control
System Based on PLC and Inverter
GAO Xiao-lin
(J in z h ong V ocational and Technical Colleg e,J in z h ong030600,China)
Abstract:T his a rticle intr oduced the str uctur e and w o rking principle o f a r oller po lishing machine,a s w ell a s the debug ging pro cess o f electric co ntro l sy stem based o n PL C and inv erter,solv ing th e pro blem in tr aditio na l relay circuit.The o per atio n o f th e machine is stable a nd r elia ble,with favo ra ble r esults.
Key words:electrica l co ntro l;polishing machine;PL C;inv er ter
(上接第145页)
从图4～图7中的参数变化来看,该控制系统实现了三相异步电动机的软启动,即启动电流小、启动转矩大的要求。用模糊控制实现对异步电动机软启动控制的方法,具有较好的动态性能,且控制规则简单,能够较好地克服直接启动存在的缺点,提高了整个系统的可靠性
。
图6 转速n的变化曲线
图7 启动时转矩T的变化曲线
参考文献:
[1] 郝世勇.M A T L A B电机仿真精华50例[M].北京:电子
工业出版社,2007.
[2] 张水利,李付亮.电机与电力拖动[M].北京:北京理工大
学出版社,2007.
[3] 李建平,王晓冲,谢敬华.基于P LC的模糊参数自整定温
度控制系统研究[J].微计算机信息,2007(6):21-25.
Design of Soft-starter of Three-phase Asynchronous Motor
LIU Fang-xia
(Shandong Economic and Trad e V ocational College,W eifang261011,China)
Abstract:It bring s a cer tain impact on po w er equipment and pow er g rids fo r the la rg er star ting cur rent and smaller tor que whe n a thr ee-phase asy nchro nous mo to r sta rts dir ectly.In this paper,by co mbining fuzzy co ntro l and PL C,the so ft sta rt o f th e mo to r is achiev ed.The desig n o f ha rdwa re and so ftwa re o f the soft-sta r t co ntro l sy stem is intro duced,and the so ft-star t contr ol system is simula ted by M A T L A B,a nd the ex perimental w av e fo rm is o btained.The ex pe rimental results v erify the effec tiv eness o f the system and the accuracy of the theo ry.
Key words:so ft star t;th ree-phase asynchro no us mo to r;simulatio n
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