CN209787074U - 一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，包括分时工作的定子侧离散变频起动子系统与转子侧液阻起动子系统；定子侧离散变频起动子系统包括可控硅组模块、可控硅组驱动模块、数据分析处理模块、电压采集模块、电流采集模块、信号检测模块和旁路控制模块一；转子侧液阻起动子系统包括电极板模块、电极板驱动模块、电控模块和旁路控制模块二；人机对话模块和电源模块为两子系统共用模块。本实用新型采用双起动系统，可通过人机对话模块人为控制两个起动系统间的切换，为绕线式电机重载起动提供双保险。

Description

一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统

技术领域

本实用新型涉及异步电机重载起动技术，具体涉及一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统。

背景技术

在工业应用中，带重载起动的生产设备相当普遍，如水泥行业中的球磨机、钢铁行业中的轧钢机、煤矿行业中的皮带机。由于起动转矩较大，绕线式电机广泛应用于上述重载起动的场合中，尤其是高压、大中功率的重载起动设备中。

常见的绕线式电机起动方式有转子侧串接固体电阻、频敏电阻或液体电阻三种。绕线式电机转子侧串接固体电阻起动，是在电机的转子回路中串入多级对称电阻，随着转速的升高逐级切除起动电阻，起动切换过程不够平滑，无法实现无级调节，且设备投资较大，操作、维护不便。绕线式电机转子侧串接频敏电阻起动，是将频敏变阻器串接于绕线式电机的转子回路中，利用频敏变阻器的电阻随线圈中所通过的电流频率变化的特性，在起动过程中逐渐减小频敏变阻器的大小来完成起动，这种起动方式虽可实现无级调节，但其起动电流较大、功率因数较低的缺点，限制了其在重载场合的应用，且不同容量的电机要配不同规格的频敏变阻器，也大大限制了其应用范围。绕线式电机转子侧串接液阻起动，是将水阻柜串接于转子回路中，可连续无极调节液阻大小，具有起动转矩较大、起动电流较小、起动时间较短、功率因数较高等优点，且可通过调节液体浓度适应不同功率下的绕线式电机，但其起动转矩常为额定转矩的1.1-1.3倍，起动转矩裕度较小，对加速转矩要求高的场合不适用，又由于液阻长期带电、发热严重，其工作状态常常受到温度条件的制约，需配有外围散热设备才能维持工作，加之起动及配套设备较复杂，导致维护工作十分繁重。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，能够限制起动电流大小，提升起动转矩裕度，简化重载起动设备，提高起动效率及起动可靠性。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，包括分时工作的定子侧离散变频起动子系统与转子侧液阻起动子系统；

定子侧离散变频起动子系统包括可控硅组模块、可控硅组驱动模块、数据分析处理模块、电压采集模块、电流采集模块、信号检测模块和旁路控制模块一；可控硅组模块连接在电机定子的三相输电线路上，可控硅组驱动模块连接在可控硅组模块与数据分析处理模块之间，电压采集模块和信号检测模块连接在电源输入端与数据分析处理模块之间，电流采集模块连接在电源输出端与数据分析处理模块之间，旁路控制模块一并联在可控硅组模块两端，且其控制端与数据分析处理模块连接；

转子侧液阻起动子系统包括电极板模块、电极板驱动模块、电控模块和旁路控制模块二；电极板模块连接在电机转子的三相输电线路上，电极板驱动模块连接在电极板模块与电控模块之间，旁路控制模块二并联在电极板模块两端，且其控制端与电控模块连接；

还包括人机对话模块和电源模块，人机对话模块连接在数据分析处理模块与电控模块之间，电源模块一端与三相输电线路连接，另一端分别与数据分析处理模块与电控模块连接。

进一步地，所述的可控硅组模块由三组反并联大容量晶闸管分别并联阻容吸收回路组成，并分别串接在电源与电机定子之间的三相输电线路上。

进一步地，所述的可控硅驱动模块采用三组脉冲变压器，并通过分时复用的触发方式对晶闸管进行脉冲触发控制。

进一步地，所述的电压采集模块由霍尔电压传感器、限流电阻与滤波电容组成。

进一步地，所述的电流采集模块由电流互感器与放大电路组成。

进一步地，所述的信号检测模块由同步电压检测电路和晶闸管压降检测电路组成。

进一步地，所述的人机对话模块包括外部指令输入模块、信息指令输出模块和LED显示模块。

进一步地，所述的电极板模块包括定极板和动极板，通过改变二者的距离来改变串入回路中电阻的大小。

进一步地，所述的电极板驱动模块包括与电控模块连接的伺服电机，伺服电机的驱动轴与电极板模块连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、绕线式电机重载主起动系统采用定子侧离散变频起动子系统，通过有规律地控制可控硅组模块三对可控硅的导通时间和导通顺序，在降低电压的同时，实现等效变频，与传统绕线式电机重载起动相比，其起动转矩裕度较大，即可选择的加速转矩较大，进而有效提高了起动效率，并缩短了起动时间，同时，起动电流较小，降低了起动电流对设备及电网的冲击，较之传统绕线式电机重载起动方式，具有结构简单、安装方便、成本较低、易于维护的优点。

2、绕线式电机重载备用起动系统采用转子侧液阻起动子系统，在定子侧离散变频起动子系统处于维护或故障状态时投入工作，作为离散变频起动的后备起动方式，有效地保证了重载起动对起动转矩和起动电流的要求，两个子系统相互配合，可通过人机对话模块人为控制两个子系统间的切换，为绕线式电机重载起动提供双保险。

附图说明

图1为本实用新型基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统的结构示意图；

附图标记说明：1-可控硅组模块；2-可控硅组驱动模块；3-数据分析处理模块；4-电压采集模块；5-电流采集模块；6-信号检测模块；7-旁路控制模块一；8-人机对话模块；9-电源模块；10-电极板模块；11-电极板驱动模块；12-电控模块；13-旁路控制模块二。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，包括分时工作的定子侧离散变频起动子系统与转子侧液阻起动子系统。定子侧离散变频起动子系统包括可控硅组模块1、可控硅组驱动模块2、数据分析处理模块3、电压采集模块4、电流采集模块5、信号检测模块6和旁路控制模块一7。转子侧液阻起动子系统包括电极板模块10、电极板驱动模块11、电控模块12和旁路控制模块二13。人机对话模块8和电源模块9为两子系统共用模块。

可控硅组模块1由三组反并联大容量晶闸管(可控硅)分别并联阻容吸收回路组成，三组可控硅分别串接在电源与电机定子之间的三相输电线路上。

可控硅组驱动模块2连接在可控硅组模块1与数据分析处理模块3之间，采用三组脉冲变压器，并通过分时复用的触发方式，将数据分析处理模块3输出的脉冲信号经隔离放大后对可控硅组模块1进行触发。

数据分析处理模块3可采用STM32单片机，进行现场数据实时测量、判断、分析、处理，并通过人机对话模块8实现人机对话操作。

电压采集模块4连接在电源输入端(电源与可控硅组模块1之间)与数据分析处理模块3之间，由霍尔电压传感器、限流电阻与滤波电容组成，将采集到的电压模拟信号送至数据分析处理模块3的A/D信号输入端。

电流采集模块5连接在电源输出端(可控硅组模块1与电机定子之间)与数据分析处理模块3之间，由电流互感器与放大电路组成，将采集到的电流模拟信号送至数据分析处理模块3的A/D信号输入端。

信号检测模块6连接在电源输入端与数据分析处理模块3之间，由同步电压检测电路和晶闸管压降检测电路组成，用于检测作为触发角控制基准的电压和电流的数字信号，并送至数据分析处理模块3的数字信号输入端。

旁路控制模块一7并联在可控硅组模块1两端，且控制端与数据分析处理模块3连接，可采用常用的开关设备，例如继电器，通过将可控硅组模块1短接，实现对离散变频起动子系统的切除。

人机对话模块8直接与数据分析处理模块3和电控模块12相连，包括外部指令输入模块、信息指令输出模块、LED显示模块，负责对数据分析处理模块3和电控模块12的实时输出数据进行同步显示，并对两个子系统进行工作参数设定和起动进程控制。

电源模块9一端与三相输电线路连接，另一端分别与数据分析处理模块3与电控模块12连接，负责给整个装置供电。

电极板模块10连接在电机转子的三相输电线路上，其为液阻起动系统的常规配置，主要包括定极板和动极板，通过改变二者的距离来改变串入回路中液阻的大小。

电极板驱动模块11连接于电极板模块10与电控模块12之间，主要由伺服电机及配套的驱动轴组成，伺服电机在电控模块12的控制下，通过驱动轴带动电极板模块10的动极板上下运动，调控串入转子侧液阻的大小。

电控模块12可采用STC单片机，通过系统配套的液位继电器、电流继电器和时间继电器，进行现场数据实时测量与分析，并通过人机对话模块8实现人机对话操作。

旁路控制模块二13并联在电极板模块10两端，且控制端与电控模块12连接，可采用常用的开关设备，例如继电器，通过将电极板模块10短接，实现对液阻起动子系统的切除。

需要说明的是，上述各模块均为本技术领域的常规电子元器件或典型电路结构，不再对其具体结构进行赘述，另外，各模块功能的实现，特别是数据分析处理模块3的离散变频起动控制以及电控模块12的液阻起动控制，均可以通过现有技术实现，并不属于本实用新型的创新之处。

本实用新型的基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其具体的运行方式主要分为以下几点：

1、定子侧离散变频起动子系统为主起动系统，其工作条件为旁路控制模块二13并联于电极板模块10两端的部分处于切除状态，即转子侧液阻起动子系统与转子三绕组同时短接，其工作环境可近似为鼠笼型电机重载起动：

数据分析处理模块3将电压采集模块4、电流采集模块5采集到的电压、电流模拟信号及信号检测模块6检测到的作为触发角控制基准的电压和电流的数字信号进行实时测量分析后，根据离散变频不同分频的要求，产生与之对应的触发脉冲信号，经可控硅组驱动模块2隔离放大后，有规律地控制可控硅组模块1三对可控硅的导通时间和导通顺序，并通过与之直接相连的人机对话模块8对离散变频系统进行工作参数设定、起动进程控制及实时输出数据同步显示，最终达到在降低电压的同时，实现等效变频，从而有效提高起动转矩、降低起动电流，进而提高起动转矩裕度与起动效率。

2、转子侧液阻起动子系统为备用起动系统，其工作范围为定子侧离散变频起动子系统处于维护或故障状态，其工作条件为旁路控制模块一7并联于可控硅组模块1两端的部分处于切除状态，即定子侧离散变频起动子系统处于短接状态：

电控模块12通过采集液位继电器、电流继电器、时间继电器的通断信号，分别判断转子侧液阻起动子系统的液阻值、起动电流、起动时间是否达到预先设定的上限值，正常运行状态下，电控模块12默认持续输出高电平信号，并经伺服电机转化为驱动轴上的角位移输出，带动动极扳上下运动，以起到调节液阻大小的作用，当检测到液位继电器开入量为“1”时(测量值大于设定值时，对应的数字开入量设为“1”，反之设为“0”)，电控模块12输出的高电平转为低电平，电极板模块10的动极板保持静止，此时串入液阻值最大，而当电流继电器与时间继电器的开入量在电控模块12做“或”运算的结果置“1”时，电控模块12作用于伺服电机上的高电平转为低电平，同时经另一管脚输出高电平经中间继电器进行电压放大后作用于控制起动电路通断的真空接触器上，立即隔离绕线式电机与三相电源，可有效保护转子侧液阻起动子系统。转子侧液阻起动子系统较好地填补了定子侧离散变频起动子系统不可用状态下重载起动对起动电流和起动转矩的要求。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (9)

1.一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其特征在于：包括分时工作的定子侧离散变频起动子系统与转子侧液阻起动子系统；

定子侧离散变频起动子系统包括可控硅组模块(1)、可控硅组驱动模块(2)、数据分析处理模块(3)、电压采集模块(4)、电流采集模块(5)、信号检测模块(6)和旁路控制模块一(7)；可控硅组模块(1)连接在电机定子的三相输电线路上，可控硅组驱动模块(2)连接在可控硅组模块(1)与数据分析处理模块(3)之间，电压采集模块(4)和信号检测模块(6)连接在电源输入端与数据分析处理模块(3)之间，电流采集模块(5)连接在电源输出端与数据分析处理模块(3)之间，旁路控制模块一(7)并联在可控硅组模块(1)两端，且其控制端与数据分析处理模块(3)连接；

转子侧液阻起动子系统包括电极板模块(10)、电极板驱动模块(11)、电控模块(12)和旁路控制模块二(13)；电极板模块(10)连接在电机转子的三相输电线路上，电极板驱动模块(11)连接在电极板模块(10)与电控模块(12)之间，旁路控制模块二(13)并联在电极板模块(10)两端，且其控制端与电控模块(12)连接；

还包括人机对话模块(8)和电源模块(9)，人机对话模块(8)连接在数据分析处理模块(3)与电控模块(12)之间，电源模块(9)一端与三相输电线路连接，另一端分别与数据分析处理模块(3)与电控模块(12)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其特征在于：所述的可控硅组模块(1)由三组反并联大容量晶闸管分别并联阻容吸收回路组成，并分别串接在电源与电机定子之间的三相输电线路上。

3.根据权利要求2所述的一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其特征在于：所述的可控硅组驱动模块(2)采用三组脉冲变压器，并通过分时复用的触发方式对晶闸管进行脉冲触发控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其特征在于：所述的电压采集模块(4)由霍尔电压传感器、限流电阻与滤波电容组成。

5.根据权利要求1所述的一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其特征在于：所述的电流采集模块(5)由电流互感器与放大电路组成。

6.根据权利要求1所述的一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其特征在于：所述的信号检测模块(6)由同步电压检测电路和晶闸管压降检测电路组成。

7.根据权利要求1所述的一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其特征在于：所述的人机对话模块(8)包括外部指令输入模块、信息指令输出模块和LED显示模块。

8.根据权利要求1所述的一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其特征在于：所述的电极板模块(10)包括定极板和动极板，通过改变二者的距离来改变串入回路中电阻的大小。

9.根据权利要求1所述的一种基于离散变频与液阻起动的绕线式电机重载起动系统，其特征在于：所述的电极板驱动模块(11)包括与电控模块(12)连接的伺服电机，伺服电机的驱动轴与电极板模块(10)连接。