液體電阻啟動(dòng)柜軟啟動(dòng)控制設(shè)計(jì)

液體電阻啟動(dòng)柜軟啟動(dòng)的控制方法是通過改變串接在轉(zhuǎn)子回路中的液體變阻器的電阻，使其阻值隨啟動(dòng)時(shí)間的增加而減少，從而調(diào)整啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)電流，并獲得較高功率因數(shù)和佳啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

1  概述

交流異步電動(dòng)機(jī)在直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流很大，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成不良沖擊，從而影響到公共電網(wǎng)其他負(fù)載的正常運(yùn)行。此外，也會(huì)對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)本身及所驅(qū)動(dòng)的設(shè)備造成機(jī)械沖擊和電氣沖擊，進(jìn)而加速電動(dòng)機(jī)絕緣的老化和對(duì)機(jī)械的損害。在轉(zhuǎn)子回路中串人阻值可塑陛好的液體電阻，采用液阻軟啟動(dòng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)重載軟啟動(dòng)，該技術(shù)具有液阻阻值可無級(jí)控制、軟啟動(dòng)過程中不產(chǎn)生高次諧波和成本較低等優(yōu)點(diǎn)，不僅可降低啟動(dòng)電流，使交流異步電動(dòng)機(jī)在整個(gè)啟動(dòng)過程中保持穩(wěn)定的啟動(dòng)性能，而且運(yùn)行可靠，對(duì)電網(wǎng)無沖擊，維護(hù)簡(jiǎn)單。

2  液阻軟啟動(dòng)的工作原理及特點(diǎn)

2.1  繞線式異步電動(dòng)機(jī)液阻軟啟動(dòng)實(shí)際上是通過改變串接在轉(zhuǎn)子回路中的液體變阻器的電阻，使其阻值隨啟動(dòng)時(shí)間的增加而減少，從而使施加于被控電機(jī)的端電壓隨時(shí)間斜率式增加。液體變阻的大優(yōu)點(diǎn)是阻值可塑性好，通過改變水中的導(dǎo)電介質(zhì)的濃度可以改變其電阻率。理論上其可調(diào)范圍非常大，由于溶液屬純電阻特性，無感性，且電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中功率因數(shù)一般在0．93以上，因此，能獲得佳啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這是優(yōu)于其他啟動(dòng)器的顯著特點(diǎn)。由于溶液的電阻值是依靠改變兩電極間距離達(dá)到無級(jí)變化，在啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)子短路開關(guān)短接瞬間(即轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài))，兩極之間的電阻值接近于零，故無電流沖擊。

2.2  軟啟動(dòng)器由電阻液箱、電樞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成，電阻液箱由鋼板焊接而成，內(nèi)裝有三相絕緣桶、溶液、電極以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。前后限位開關(guān)用來控制電極行程，箱體外側(cè)有排液閥和加液觀察窗口。三相絕緣桶分別盛有電阻液的一組相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電極板，其中一動(dòng)一定，由動(dòng)極板電樞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制運(yùn)行。

2.3  電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)采用液體變阻器。采用PLC代替繼電器控制，利用PLC的軟硬件資源進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可對(duì)變阻器起到保護(hù)作用，液阻軟啟動(dòng)的特點(diǎn)如下：① 每次啟動(dòng)時(shí)電液初始阻值不變；②啟動(dòng)電流可控；③啟動(dòng)電流和啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)；④啟動(dòng)過程平滑，運(yùn)動(dòng)切換無沖擊。

3  控制系統(tǒng)的主電路及控制電路

系統(tǒng)的構(gòu)成及原理如圖1所示。

在轉(zhuǎn)子回路中串人電液變阻啟動(dòng)器三相電阻，其中QF1為主機(jī)運(yùn)行斷路器，Qs為隔離開關(guān)，QF2為星點(diǎn)短接斷路器，Rs為電液變阻啟動(dòng)器。電液變阻器是由3個(gè)相互絕緣的電阻液箱構(gòu)成，其內(nèi)部分別盛有電液及一組相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電極板，導(dǎo)電極板為一動(dòng)一定，動(dòng)極板組通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其伺服控制系統(tǒng)來控制運(yùn)行。啟動(dòng)開始后，根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流的大小可自動(dòng)調(diào)整液阻值，使整個(gè)啟動(dòng)過程可控制在較小啟動(dòng)電流下均勻升速，而液阻無級(jí)切除，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)。其主電路如圖2所示

該圖為一實(shí)用的繞線式異步電動(dòng)機(jī)液阻軟啟動(dòng)電氣原理圖，圖2中主電機(jī)為被控電機(jī)，極板移動(dòng)電機(jī)為一小功率調(diào)速電機(jī)，用來調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)器每相兩極之間的距離，通過調(diào)整極板問的距離，可以改變串接在繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的電阻值，從而調(diào)整啟動(dòng)時(shí)間和啟動(dòng)電流。

圖3為液阻軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)控制電路圖，由圖3可看出該系統(tǒng)可分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式，下面簡(jiǎn)要分析自動(dòng)狀態(tài)下的工作情況：先將轉(zhuǎn)換開關(guān)SW1轉(zhuǎn)到自動(dòng)0一側(cè)，合上開關(guān)QF2，此時(shí)交流接觸器KM3得電，極板移動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)，液體變阻器里的動(dòng)極板移向主電機(jī)開始啟動(dòng)(啟動(dòng)瞬間，KM1得電，保證KM2不會(huì)得電)。當(dāng)啟動(dòng)結(jié)束時(shí)，行程下限SX被感應(yīng)，交流接觸器KM得電，同時(shí)KM3失電，此時(shí)，短接接觸器KM2亦得電，將軟啟動(dòng)器切除，主電機(jī)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，極板移動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)，將動(dòng)極板退回到初始位置，等待下一次啟動(dòng)，至此，整個(gè)啟動(dòng)過程結(jié)束。

4  PLC控制程序設(shè)計(jì)

PLC控制的自動(dòng)／手動(dòng)程序總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4.1  手動(dòng)方式調(diào)試

將搖頭開關(guān)撥到手動(dòng)工作方式，X4指示燈不亮；合上斷路器開關(guān)QF1、QF2，按下啟動(dòng)按鈕SB1，如果主電機(jī)無反應(yīng)，則表明轉(zhuǎn)子短接開關(guān)尚未復(fù)位或者動(dòng)極板沒有到達(dá)上限位。復(fù)位正常后，按下啟動(dòng)按鈕SB1，主電機(jī)開始啟動(dòng)(Y0有輸出)，按下極板下降按鈕SB4后，拖動(dòng)電機(jī)開始正轉(zhuǎn)(Y2有輸出)，動(dòng)極板在絲桿的驅(qū)動(dòng)下勻速下降，到達(dá)下限位后自動(dòng)停止(手動(dòng)停止也可以)。極板下降停止后，就可以按下轉(zhuǎn)子短接按鈕SB6，短接接觸器開始工作并保持(Y1 有輸出)，液體變阻器被完全切除，主電動(dòng)機(jī)開始正常運(yùn)行。此時(shí)極板應(yīng)該復(fù)位，為下一次電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)做好準(zhǔn)備，按下極板上升按鈕SB5后，拖動(dòng)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)(Y3有輸出)，動(dòng)極板便會(huì)在絲桿的帶動(dòng)下上升至上限位后停止。整個(gè)手動(dòng)啟動(dòng)過程才算完成。

4.2  自動(dòng)方式調(diào)試

手動(dòng)方式調(diào)試無誤后，接著就把搖頭開關(guān)撥到自動(dòng)工作方式，X4指示燈亮；按下啟動(dòng)按鈕SB1后，主電機(jī)開始運(yùn)行，接著極板下降然后停止，轉(zhuǎn)子短接并保持，極板上升然后停止。所有動(dòng)作連續(xù)自動(dòng)完成，并為下一次啟動(dòng)做好準(zhǔn)備。

4.3  故障報(bào)警調(diào)試

首先合閘信號(hào)X5斷開，跳閘顯示信號(hào)Y10有輸出，蜂鳴器報(bào)警即Y14有輸出；液體變阻器液位檢測(cè)開關(guān)信號(hào)(液位過低)X15閉合時(shí)，液位警示信號(hào)Y12有輸出，蜂鳴器報(bào)警；液體溫度檢測(cè)開關(guān)信號(hào)(液溫過高)X16閉合時(shí)，液溫警示信號(hào)Y11有輸出，蜂鳴器報(bào)警；主電動(dòng)機(jī)內(nèi)部測(cè)溫信號(hào)X17閉合時(shí)，電機(jī)溫度警示Y13有輸出，蜂鳴器報(bào)警；所有報(bào)警只有當(dāng)故障排除或者手動(dòng)停止整個(gè)系統(tǒng)后才停止，否則報(bào)警不自動(dòng)解除。

該控制程序?yàn)榈湫偷?段型結(jié)構(gòu)，公用程序用來處理自動(dòng)、手動(dòng)都要執(zhí)行的動(dòng)作和自動(dòng)、手動(dòng)兩種工作狀態(tài)的相互切換。當(dāng)自動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，跳過自動(dòng)程序，執(zhí)行手動(dòng)程序；當(dāng)自動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，跳過自動(dòng)程序，執(zhí)行手動(dòng)程序。