CN1889354A - 跳波式有级变频无级调压电机软起动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三级变频大转矩的电机软起动方法，该方法用于交流电动机工频电源供电的情况下进行大转矩起动及及在较重负载情况的安全起动。该方法是通过控制系统产生的触发信号，作用于接在电源和电动机之间的五组反并联晶闸管阀组，使其在设定频率下，按照设定的顺序，使五组反并联晶闸管阀组中的一对晶闸管导通，通过对晶闸管阀组的控制，以跳波的方式来实现电动机转矩最大化，使电动机完成从静止到全速的起动。该方法可使起动转矩提高到传统降压电机软起动的十余倍，起动电流控制在二倍额定电流，成本仅为同类变频器的20％－25％。

Description

跳波式有级变频无级调压电机软起动方法
                               技术领域
本发明涉及一种三级变频大转矩的电机软起动方法，该方法用于交流电动机工频电源供电的情况下进行大转矩起动及在较重负载情况的安全起动。
                               背景技术
在现有的交流电动机固态启动装置中，均采用双向晶闸管反并联相位控制降压起动，由于电动机的转矩与电压的平方成正比，因而起动转矩很小，冲击电流很大，一般只能控制在电动机额定电流3-4倍，负载稍重就容易出现堵转或起动不成功的现象。而采用现有的变频调速装置，则设备投资费用很高。
                               发明内容
为解决现有技术的问题，本发明的目的是提供一种跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，该方法可使起动转矩提高到传统降压电机软起动的十余倍，起动电流控制在二倍额定电流，成本仅为同类变频器的20％-25％。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案叙述如下：
跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，其特征在于：该方法是通过控制系统产生的触发信号，作用于接在电源和电动机之间的五组反并联晶闸管阀组，使其在设定频率下，按照设定的顺序，使五组反并联晶闸管阀组中的一对晶闸管导通，通过对晶闸管阀组的控制，以跳波的方式来实现电动机转矩最大化，使电动机完成从静止到全速的起动。
所述的跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，其特征在于：三个电源输入端子A、B、C由高压电网供电，五组反并联晶闸管阀组接在输入端子A、B、C和输出端子A′、B′、C′之间，第一阀组SA接第一输入、输出端子A、A′之间；第二阀组SB接第二输入、输出端子B、B′之间；第三阀组SC接第三输入、输出端子C、C′之间；第四阀组SD接第三输入端子C和第二输出B′之间；第五阀组SE接第二输入端子B和第三输出端子C′之间。
所述的跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，其特征在于：跳波式有级变频无级调压电机软起动装置，其特征在于：该装置由控制电路和执行电路组成，控制电路由微控制器、移相电路、逻辑电路构成，移相电路连接微控制器，传递同步信号，微控制器连接逻辑电路；微控制器还连接显示电路、命令输入、通讯电路，电流调节控制电路；
所述的跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，其特征在于：电动机完成从静止到全速的起动分为三个阶段：
第一阶段，控制装置产生1/4f的触发信号，作用于接在电源和电动机之间的五组反并联的晶闸管阀组上，在电源每个波形的八个半波，变频起动装置有选择地跳除掉其中的七个，使加在电动机上的电压基波频率为工频的1/4，即为12.5Hz(电源频率为50Hz，下同)，在此基础上逐渐把电压增加到1/4额定电压，通过延迟晶闸管阀组的开启角的调节，尽可能地保持了电动机转矩最大化；实现电动机从0Hz-12.5Hz的起动；
第二阶段，当电动机的转速基本达到1/4倍全速时，控制系统及时产生1/2f的触发信号，在每个波形的四个半波中，变频起动装置有选择地跳除掉其中的三个，使加在电动机上的电压电流基波频率为工频的1/2，即为25Hz；电动机转速从1/4全速开始增加，这样实现了电动机从12.5Hz-25Hz的起动；
第三阶段，当电动机的转速基本达到1/2倍全速时，控制系统产生全频即工频触发信号，这时，不再跳除波形中的任何一个半波，所有的半波都加在电动机上；电动机的转速从1/2倍全速开始增加，这样实现了电动机从25Hz-50Hz的起动。
本发明跳波式有级变频无级调压电机软起动方法与现有技术相比，其新颖性和创造性体现在：
1、能够将电动机的低速转矩提高到传统降压电机软起动的十余倍，在1/4f和1/2f点可达到额定转矩的80％-90％。起动电流控制在额定电流2倍左右，成本是同类变频器的20％-25％。
2、起动方式灵活，根据现场负载情况和电网情况选择不同的起动频率组合，在不同的起动频率下实现电压斜坡起动和限流启动等多种起动方式。
3、电机起动控制灵活，可以实现正反两个方向起动；具有自由停车、软停车和制动停车三种停车方式。
4、起动时间起动转矩可调，可以根据负载要求任意调整起动时间起动转矩。
5、采用数字控制方式，可以实现多种通讯接口，易于网络化。
6、该方法也可运用在那些需要实现电机1/4额定转速和1/2额定转速的有级调速运行场合。
                               附图说明
图1是本发明的主电路原理图。
图2是本发明的控制系统的原理图。
图3是本发明实施例2的电路原理图。
                               具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
实施例1：
见图1，本发明的执行部分是通过五组反并联晶闸管阀组实现的。三个电源输入端子A、B、C由高压电网供电，经断路器QF与五组反并联晶闸管阀组相连接；五组反并联晶闸管阀组接在输入端子A、B、C和输出端子A′、B′、C′之间，第一阀组SA接第一输入、输出端子A、A′之间；第二阀组SB接第二输入、输出端子B、B′之间；第三阀组SC接第三输入、输出端子C、C′之间；第四阀组SD接第三输入端子C和第二输出B′之间；第五阀组SE接第二输入端子B和第三输出端子C′之间。
见图2，控制电路由微控制器、移相电路、逻辑电路构成，移相电路连接微控制器，传递同步信号，微控制器连接逻辑电路；微控制器还连接显示电路、命令输入、通讯电路，电流调节控制电路。
电动机完成从静止到全速的起动分为三个阶段：
第一阶段，控制装置产生1/4f的触发信号(开启信号)，作用于接在电源和电动机之间的五组反并联的晶闸管阀组上，在电源每个波形的八个半波，变频起动装置有选择地跳除掉其中的七个，使加在电动机上的电压基波频率为工频的1/4，即为12.5Hz，在此基础上逐渐把电压增加到1/4额定电压，这样不仅有效地降低了电动机的起动电流，减少了对电网的冲击，而且通过延迟晶闸管阀组的开启角的调节，尽可能地保持了电动机转矩最大化。因此有效地实现了电动机从0Hz-12.5Hz的起动；
第二阶段，当电动机的转速基本达到1/4倍全速时，控制系统及时产生1/2f的触发信号，在每个波形的四个半波中，变频起动装置有选择地跳除掉其中的三个，使加在电动机上的电压电流基波频率为工频的1/2，即为25Hz。此时的起动电流也比较低，对电网的冲击不大。同样通过调节晶闸管阀组的开启角，来尽可能地保持了电动机转矩最大化。电动机转速从1/4全速开始增加，这样实现了电动机从12.5Hz-25Hz的起动；
第三阶段，当电动机的转速基本达到1/2倍全速时，控制系统产生全频即工频触发信号，这时，不再跳除波形中的任何一个半波，所有的半波都加在电动机上。电动机的转速从1/2倍全速开始增加，这样实现了电动机从25Hz-50Hz的起动。经过一段时间，电动机的转速即可达到或者接近全速。
这样，电动机通过频率从0Hz-12.5Hz、12.5Hz-25Hz和25Hz-50Hz三个阶段的加速，完成了从静止到全速的加速过程。加速过程结束后，所有晶闸管组全部开通，旁路接触器将阀组短接，然后关闭晶闸管阀组触发脉冲，完成由起动工况向运行工况的无扰切换，从此，电动机进入额定转速运行状态。
此外，该起动装置还可以为电动机提供了3种停机方式。
第一种为自由停机方式。在此方式下，控制系统关断所有阀组，使电动机在无电状态下自由停机。采用这种停机方式在机械系统惯性较大的情况下，电动机往往需要很常时间才能停下来。
第二种为软停机方式。在此方式下，控制系统按与起动过程相反的顺序，使施加在电动机上的频率从50Hz、25Hz、12.5Hz到0Hz。这种停机方式比第一种方式能明显缩短时间。
第三种为电制动停机方式。在此方式下，控制系统使施加在电机上的电压波形出现直流成分，通过控制阀组的导通角来控制制动转矩和制动电流。这种停机方式可以实现电机快速停机。
实施例2：
所述的跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，对于某些只需要1/4f和全频2个有级起动阶段就能满足起动需要的应用场合，则图1电路可以省去SD和SE晶闸管阀组，既只保留SA、SB和SC晶闸管阀组。
电路连接关系为：见图3，三个电源输入端子A、B、C由高压电网供电，五组反并联晶闸管阀组接在输入端子A、B、C和输出端子A′、B′、C′之间，第一阀组SA接第一输入、输出端子A、A′之间；第二阀组SB接第二输入、输出端子B、B′之间；第三阀组SC接第三输入、输出端子C、C′之间。

Claims (5)

1、跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，其特征在于：该方法是通过控制系统产生的触发信号，作用于接在电源和电动机之间的五组反并联晶闸管阀组，使其在设定频率下，按照设定的顺序，使五组反并联晶闸管阀组中的一对晶闸管导通，通过对晶闸管阀组的控制，以跳波的方式来实现电动机转矩最大化，使电动机完成从静止到全速的起动。
2、根据权利要求1所述的跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，其特征在于：其执行部分是通过五组反并联晶闸管阀组实现的，三个电源输入端子A、B、C由高压电网供电，五组反并联晶闸管阀组接在输入端子A、B、C和输出端子A′、B′、C′之间，第一阀组SA接第一输入、输出端子A、A′之间；第二阀组SB接第二输入、输出端子B、B′之间；第三阀组SC接第三输入、输出端子C、C′之间；第四阀组SD接第三输入端子C和第二输出B′之间；第五阀组SE接第二输入端子B和第三输出端子C′之间。
3、根据权利要求1所述的跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，其特征在于：控制电路由微控制器、移相电路、逻辑电路构成，移相电路连接微控制器，传递同步信号，微控制器连接逻辑电路；微控制器还连接显示电路、命令输入、通讯电路，电流调节控制电路。
4、根据权利要求1所述的所述的跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，其特征在于：电动机完成从静止到全速的起动分为三个阶段：
第一阶段，控制装置产生1/4f的触发信号，作用于接在电源和电动机之间的五组反并联的晶闸管阀组上，在电源每个波形的八个半波，变频起动装置有选择地跳除掉其中的七个，使加在电动机上的电压基波频率为工频的1/4，即为12.5Hz，在此基础上逐渐把电压增加到1/4额定电压，通过延迟晶闸管阀组的开启角的调节，尽可能地保持了电动机转矩最大化；实现电动机从0Hz-12.5Hz的起动；
第二阶段，当电动机的转速基本达到1/4倍全速时，控制系统及时产生1/2f的触发信号，在每个波形的四个半波中，变频起动装置有选择地跳除掉其中的三个，使加在电动机上的电压电流基波频率为工频的1/2，即为25Hz；电动机转速从1/4全速开始增加，这样实现了电动机从12.5Hz-25Hz的起动；
第三阶段，当电动机的转速基本达到1/2倍全速时，控制系统产生全频即工频触发信号，这时，不再跳除波形中的任何一个半波，所有的半波都加在电动机上；电动机的转速从1/2倍全速开始增加，这样实现了电动机从25Hz-50Hz的起动。
5、根据权利要求1所述的跳波式有级变频无级调压电机软起动方法，其特征在于：对于只需要1/4f和全频2个有级起动阶段就能满足起动需要的应用场合，电路连接关系为：三个电源输入端子A、B、C由高压电网供电，五组反并联晶闸管阀组接在输入端子A、B、C和输出端子A′、B′、C′之间，第一阀组SA接第一输入、输出端子A、A′之间；第二阀组SB接第二输入、输出端子B、B′之间；第三阀组SC接第三输入、输出端子C、C′之间。
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