CN209313752U - 具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电机启动控制领域，具体提供一种具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统。本实用新型旨在解决现有电机启动控制系统存在的电机启动的平滑性和保护性差的问题。为此目的，本实用新型的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统包括本地控制器和检测装置，所述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统还包括变频驱动装置，所述变频驱动装置用于带动液体电阻起动柜的电解箱中的电极板移动，所述检测装置用于检测电极板的位置，所述本地控制器根据所述检测装置反馈的电极板的位置信息，通过所述变频驱动装置控制电极板移动。本实用新型通过变频驱动装置对电机的启动过程进行控制，具有较好的启动平滑性和安全性。

Description

具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统

技术领域

本实用新型属于电机启动控制领域，具体提供一种具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统。

背景技术

液体电阻起动柜是近年来运用比较广泛的电机起动设备，包括电解箱、极板(分动极板及静极板)、传动机构、限位机构(行程开关)及相关电器元件，如继电器(或PLC)、时间继电器、接触器、按钮、指示灯等，主要适用于3KV、6KV、10KV等各个电压等级，广泛应用于对功率为500KW-30000KW的绕线式交流异步电动机的平滑软起动。液体电阻起动柜实现平滑软启动的原理是，对需要启动的目标电机的转子回路(对绕线电机)串接液态电阻。在目标电机启动的过程中，液态电阻的阻值在预定的时间内自动无级减小，直至阻值接近于零(实现对目标电机降压无冲击地平滑启动)。目标电机启动后，液体电阻起动柜将液态电阻自动切除，使电机进入到正常运行状态，与频敏电阻、变频器、电抗器等其它启动方式相比，液体电阻起动柜具有起动功率因数高、造价低、维护简单、安装维护方便，可靠性高等特点，其中，通过液体电阻起动柜最低可将目标电机的启动电流限制在额定电流的1.3倍范围内，可以有效降低启动过程目标电机对电网的冲击。

目前的液体电阻起动柜一般都采用低压交流接触器来控制极板电机，由极板电机带动液体电阻起动柜的电极板移动，进而改变转子侧串接的阻值，这种对绕线电机的启动方式，由于对极板电机的控制单一，不能对绕线电机的启动时间进行较好的控制，并且对于电阻变化的频率和大小不能获得较好的控制，由此影响启动过程，使启动的平滑性较差。此外，在电流较大的情况下，液体电阻起动柜内的接触器就会吸合，会对电网造成冲击，并且瞬间电流极有可能超过中压柜的保护电流整定值，造成中压柜跳闸，使绕线电机频繁启动，造成绕组烧毁，对绕线电机的保护性差。由此可见，目前的液体电阻起动柜控制系统在对绕线电机进行启动过程中存在启动平滑性差和保护性差的问题。

相应地，本领域需要一种新的液体电阻起动柜控制系统来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有的液体电阻起动柜控制系统存在的电机启动平滑性差和保护性差的问题，本实用新型提供了一种具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，所述液体电阻起动柜通过动力电缆串联到目标电机的转子侧，所述控制系统包括本地控制器和连接到所述本地控制器的检测装置，所述检测装置设置在所述液体电阻起动柜的电解箱内，所述控制系统还包括连接到所述本地控制器的变频驱动装置，所述变频驱动装置用于带动所述液体电阻起动柜的电解箱中的电极板移动以便改变串联到所述目标电机转子侧的电阻值，所述检测装置用于检测所述电极板的位置和所述电解箱中的电解液的温度，所述本地控制器根据所述检测装置反馈的电极板的位置信息通过所述变频驱动装置控制所述电极板的移动以及根据所述检测装置反馈的电解液的温度信息选择性地禁止所述液体电阻起动柜启动。

在上述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的优选技术方案中，所述变频驱动装置包括变频器和极板电机，所述变频器与所述本地控制器和所述极板电机连接，所述极板电机与所述电极板相连，用于带动所述电极板移动。

在上述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的优选技术方案中，所述控制系统还包括与所述本地控制器连接的设定及显示装置，所述设定及显示装置用于供操作人员设定所述变频器的输出频率以及显示所述液体电阻起动柜的工作状态。

在上述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的优选技术方案中，所述检测装置包括设置在所述液体电阻起动柜的电解箱内的行程开关和热电阻，所述行程开关用于实时检测所述电极板的位置，所述热电阻用于检测所述电解箱内的电解液的温度，所述本地控制器配置成在所述热电阻检测到温度超过设定的阈值时禁止所述液体电阻起动柜启动。

在上述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的优选技术方案中，所述控制系统还包括与所述本地控制器相连的配电装置，所述配电装置通过动力电缆与所述目标电机的定子侧连接。

在上述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的优选技术方案中，所述控制系统还包括与所述本地控制器和所述配电装置都相连的远程控制器。

在上述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的优选技术方案中，所述目标电机是中压绕线电机，所述配电装置是中压配电柜。

在上述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的优选技术方案中，所述本地控制器是PLC。

在上述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的优选技术方案中，所述设定及显示装置是人机交互设备。

在上述具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的优选技术方案中，所述控制系统还包括与所述本地控制器连接的真空接触器，所述行程开关包括上限位开关、上减速限位开关、下减速限位开关和下限位开关，当所述电极板触发所述下限位开关时，所述本地控制器使所述真空接触器闭合从而短接所述电解箱。

本领域技术人员能够理解的是，本实用新型通过变频器和极板电机控制中压绕线电机的启动时间以及启动过程中液体电阻起动柜串接到中压绕线电机转子侧的电阻值的变化，具有较好的启动平滑性，还具有较好的安全保护作用，可避免中压绕线电机频繁启动烧毁电机绕组，本地控制器可对中压绕线电机的启动过程进行实时控制，自动化程度高，实现了对中压绕线电机的平滑启动和启动保护，具有较高的安全性和稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的宏观构架图。

图2是本实用新型的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统的组成构架图。

图3是本实用新型的中压绕线电机与液体电阻起动柜和中压配电柜的连接示意图。

具体实施方式

下面参照附图并结合PLC、真空接触器、温度及位置检测装置和中压绕线电机来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“水平”“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参阅图1和图3，本实用新型提供的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统主要包括变频驱动装置1、作为检测装置的温度及位置检测装置2、作为本地控制器的PLC3、真空接触器4。作为控制对象的液体电阻起动柜7通过动力电缆串联到中压绕线电机6的转子侧62，温度及位置检测装置2和变频驱动装置1与PLC3连接。温度及位置检测装置2设置在液体电阻起动柜7的电解箱(图中未示出)内，用于检测电解箱内电极板(图中未示出)的位置和电解液(图中未示出)的温度。变频驱动装置1用于带动电解箱中的电极板移动，以便改变串联到中压绕线电机6的转子侧62的电阻值。PLC3根据温度及位置检测装置2反馈的电极板的位置信息和电解液的温度信息通过变频驱动装置1控制电极板的移动并且在电解液的温度超过设定阈值时禁止液体电阻起动柜7启动。

本领域技术人员能够理解的是，本地控制器是控制液体电阻起动柜7工作和发出控制指令的控制器，其常见的优选形式为PLC，即可编程逻辑控制器，该控制器具有可靠性高、抗干扰能力强和适应性强的特点。真空接触器4用于短接电解箱，其具有较强的熄弧能力，无电弧外喷，耐压性能好，还具有操作频率较高、寿命长和体积小的特点。检测装置与PLC3通讯连接，具有检测功能，在本实用新型中优选形式为集成检测装置，具体为温度及位置检测装置2，其具有温度检测功能和位置检测功能，用于检测电解箱内电解液的温度和电解箱内上电极板的位置。相应地，本实用新型的技术方案并不局限于PLC、真空接触器和温度及位置检测装置，在不偏离本实用新型的基本原理的情况下，可以采用任何适当形式的控制器、短接装置以及集成或非集成式检测装置。

继续参阅图1和图3，本实用新型的控制系统还包括作为配电装置的中压配电柜5，中压配电柜5通过线缆与PLC3连接，中压配电柜5通过动力电缆与中压绕线电机6的定子侧61连接。

本领域技术人员能够理解的是，配电装置是计量和控制电能分配的装置，在本实用新型中优选形式为中压配电柜5。

如图1所示，本实用新型的控制系统还包括与中压配电柜5连接的远程控制器8，远程控制器8也与PLC3连接，优选地，远程控制器8与PLC3采用Profinet方式通讯连接。在控制液体电阻起动柜7工作时，仅有液体电阻起动柜7处于备妥状态时，中压配电柜5才可合闸，即被接通，并且仅有液体电阻起动柜7处于工作位置时(该工作位置是指液体电阻起动柜7处于备妥状态可随时对接入的中压绕线电机6进行启动)，才可使液体电阻起动柜7启动工作。中压配电柜5接通后，PLC3获得中压配电柜5的接通信号，PLC3获得接通信号后，才可将液体电阻起动压柜7启动。由于PLC3直接与中压配电柜5连接，并且PLC3还通过远程控制器8与中压配电柜5连接，PLC3与中压配电柜5之间的联锁信号传递可通过以上的连接方式实现。PLC3可直接与中压配电柜5信号传递，也可通过远程控制器8与中压配电柜5信号传递，实现了冗余控制，可有效减少系统的故障时间，提升稳定性。关于此点，需要强调的是，尽管这里描述了远程控制器8、PLC3和中压配电柜5控制液体电阻起动压柜7的具体方法，但是，该方法仅作为对特定连接关系所组成的硬件架构的说明，并不是本实用新型的保护对象，本实用新型的保护对象是由PLC3、温度及位置检测装置2、液体电阻起动柜7、中压配电柜5和远程控制器8等部件组成的硬件架构，其操作过程中执行的具体算法或方法不应该对本实用新型的保护构成任何限制。

参阅图1、图2和图3，温度及位置检测装置2包括设置在液体电阻起动柜7的电解箱内的行程开关21和热电阻22，行程开关21和热电阻22与PLC3连接，行程开关21用于检测上电极板在电解箱内的位置，热电阻22用于检测电解箱内电解液的温度。行程开关21包括上限位开关(图中未示出)、上减速限位开关(图中未示出)、下减速限位开关(图中未示出)和下限位开关(图中未示出)，并且上限位开关、上减速限位开关、下减速限位开关和下限位开关在竖直方向上的位置均落在上电极板上下移动的行程范围内。变频驱动装置1包括变频器11和极板电机12，变频器11与PLC3和极板电机12连接，极板电机12与上电极板连接，通过极板电机12可带动上电极板上下移动。热电阻22作为温度传感器，当电解液内有大电流通过时，电解液的温度会迅速升高，当温度达到设定的温度阈值时，PLC3会禁止启动液体电阻起动柜7，由此保护中压绕线电机6，避免频繁启动烧毁电机绕组。

中压绕线电机6起动时，中压配电柜5接通，使液体电阻起动柜7启动，此时液体电阻起动柜7的上电极板处于初始位置(该初始位置是指上电极板处于远离下电极板的极限位置，即位于电解箱内最上的位置，此时串接到转子侧62的电阻值最大)，液体电阻起动柜7启动后，PLC3通过变频器11驱动极板电机12，使极板电机12带动上电极板向下移动，使串接到转子侧62的电阻值逐渐减小，由此实现了对中压绕线电机6的平滑启动。具体地，当上电极板下行到下减速位置(该下减速位置为下减速限位开关设置的水平位置)时，上电极板触发下减速限位开关，PLC3根据下减速限位开关传出的信号通过变频器11使上电极板减速下行，当上电极板下行到下限位位置(该下限位位置为下限位开关设置的水平位置)时，上电极板触发下限位开关，PLC3根据下限位开关传出的信号通过变频器11使上电极板停止移动。上电极板停止移动后，PLC3根据下限位开关获传出的位置信号，控制真空接触器4吸合，将液体电阻起动柜7的电解箱短接，确保中压绕线电机6起动完成后其转子侧62无多余的电阻串接到转子绕组内，使中压绕线电机6处于最佳运行状态。通过上面的描述可以看出，由于增加了变频器11和极板电机12，在上电极板向下移动的过程中，PLC3能够通过变频器11和极板电机12控制上电极板减速下移，使串接到中压绕线电机6的转子侧62的电阻值减小的速率不断减小，由此可以增强对中压绕线电机6启动的平滑性。

真空接触器4吸合后，PLC3控制上电极板上行，当上电极板上行到上减速位置(该上减速位置为上减速限位开关设置的水平位置)时，上电极板触发上减速限位开关，PLC3根据上减速限位开关传出的信号使上电极板减速上行，当上电极板上行到上限位位置(该上限位位置为上限位开关设置的水平位置)时，上电极板触发上限位开关，PLC3根据上限位开关传出的信号使上电极板停止移动。上电极板停止上行时，上电极板回到初始位置，至此，完成了对上电极板的复位。

关于上述控制过程，需要强调的是，尽管这里描述了PLC3对上电极板移动过程的控制方法，但是，该方法仅作为增加了变频器11和极板电机12的硬件架构的优点说明，并不是本实用新型的保护对象，本实用新型的保护的对象是增加了变频器11和极板电机12的液体电阻起动柜控制系统的硬件架构，上述具体控制方法不应该对本实用新型的保护构成任何限制。

如图1所示，本实用新型提供的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统还包括与PLC3连接的设定及显示装置9，设定及显示装置9用于设定变频器11的输出频率，还用于查看液体电阻起动柜7的工作状态。通过设定变频器11的输出频率可直接控制极板电机12的启动时间，进而控制液体电阻起动柜7的工作时间，也即控制对中压绕线电机6的启动时间，在生产中，可根据实际接入的中压绕线电机6设定适当的频率，使接入的中压绕线电机6稳定、平滑启动。作为示例，设定及显示装置9可以是人机交互设备，如HMI(HumanMachine Interface)91，通过HMI91实现用户与本控制系统的信息交换，方便快捷，便于操作。

本实用新型对中压绕线电机6的启动过程为：

当液体电阻起动柜7处于工作位置并且已经备妥时，备妥信号通过PLC3传送给中压配电柜5，此时中压配电柜5内的中压断路器才合闸，因此可以启动中压绕线电机6。也可以由PLC3将备妥信号发给远程控制器8，远程控制器8继而发送信号至中压配电柜5，中压配电柜5内的中压断路器合闸，PLC3接收到中压配电柜5和远程控制器8发出的起动指令，使液体电阻起动柜7启动。启动后，PLC3将运行频率信号传送至变频器11，变频器11驱动极板电机12，极板电机12带动上电极板下行，下行过程中，PLC3根据下减速限位开关和下限位开关反馈的上电极板的位置信息控制上电极板的下行。上电极板下行到下限位位置时，PLC3通过极板电机12使上电极板停止移动，并使真空接触器4吸合将电解箱短接，PLC3接收到真空接触器4吸合的电信号后，产生运行频率信号，变频器11根据运行频率信号控制极板电机12使其带动上电极板上行，上行过程中，PLC3根据上减速限位开关和上限位开关反馈的上电极板的位置信息控制上电极板的上行，当上电极板上行到上限位位置时，PLC3发出停止信号通过极板电机12使其停止移动，此时上电极板复位，完成了一个运行周期。

综上所述，本实用新型通过变频器11和极板电机12控制中压绕线电机6的启动时间以及启动过程中液体电阻起动柜7串接到中压绕线电机6的转子侧62的电阻值的变化，具有较好的启动平滑性，还具有较好的安全保护作用，可避免对中压绕线电机6频繁启动烧毁电机绕组，PLC3可对中压绕线电机6的启动过程进行实时控制，实现了平滑起动和启动保护，具有较高的安全性和稳定性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，所述液体电阻起动柜通过动力电缆串联到目标电机的转子侧，所述控制系统包括本地控制器和连接到所述本地控制器的检测装置，所述检测装置设置在所述液体电阻起动柜的电解箱内，

其特征在于，所述控制系统还包括连接到所述本地控制器的变频驱动装置，所述变频驱动装置用于带动所述液体电阻起动柜的电解箱中的电极板移动以便改变串联到所述目标电机转子侧的电阻值，

所述检测装置用于检测所述电极板的位置和所述电解箱中的电解液的温度，所述本地控制器根据所述检测装置反馈的电极板的位置信息通过所述变频驱动装置控制所述电极板的移动以及根据所述检测装置反馈的电解液的温度信息选择性地禁止所述液体电阻起动柜启动。

2.根据权利要求1所述的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，其特征在于，所述变频驱动装置包括变频器和极板电机，所述变频器与所述本地控制器和所述极板电机连接，所述极板电机与所述电极板相连，用于带动所述电极板移动。

3.根据权利要求2所述的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述本地控制器连接的设定及显示装置，所述设定及显示装置用于供操作人员设定所述变频器的输出频率以及显示所述液体电阻起动柜的工作状态。

4.根据权利要求1所述的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，其特征在于，所述检测装置包括设置在所述液体电阻起动柜的电解箱内的行程开关和热电阻，所述行程开关用于实时检测所述电极板的位置，所述热电阻用于检测所述电解箱内的电解液的温度，所述本地控制器配置成在所述热电阻检测到温度超过设定的阈值时禁止所述液体电阻起动柜启动。

5.根据权利要求1所述的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述本地控制器相连的配电装置，所述配电装置通过动力电缆与所述目标电机的定子侧连接。

6.根据权利要求5所述的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述本地控制器和所述配电装置都相连的远程控制器。

7.根据权利要求5所述的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，其特征在于，所述目标电机是中压绕线电机，所述配电装置是中压配电柜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，其特征在于，所述本地控制器是PLC。

9.根据权利要求3所述的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，其特征在于，所述设定及显示装置是人机交互设备。

10.根据权利要求4所述的具有变频控制功能的液体电阻起动柜控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括与所述本地控制器连接的真空接触器，所述行程开关包括上限位开关、上减速限位开关、下减速限位开关和下限位开关，当所述电极板触发所述下限位开关时，所述本地控制器使所述真空接触器闭合从而短接所述电解箱。