交流电机软起动及功率因数补偿控制装置设计

第 ：0卷第 3期 2 0】年 9月 计算技术 自动化 C0M PUTING ．rECHN0I_()G、’ AND AUTOM ATlON Vo1．2O No 3 Sept 2001 文章编号 ：1003 6199(2001)03—0013 05 交流电机软起动及功率因数补偿控制装置 向 荣 ，赵学军 ．党选举 ，温佩芝 桂林 I也于 工业 学 院 算 机系 ．r两 桂林 H l004， 摘 要 ：三三相交流电动机n接起动除TYa电机木身的电磁 冲击较大外．还会引起电网Iu 被功从而影响接 H一性哇土线路上的其它州电设备的正常运行 ： 埘我吲~E~ tk c{-空诫电机使川 中普逮存在”大 拉小车” 理象 ．电机 功率 数 普遍 较低 ．对 电力 系统 干¨ j：厂供 电系统 都带 来下 利 帕 响 为此 ．程 1订研 制 了 相交 流 【i【翦 机轼 起动 及功 率因数 补 偿控 制装 置 关键词 ：被起动．功率田数：功率固敛补偿 中图分 类号 ：TP23 文献标识码 ：A Design of devices for soft—start and power factor compensation control system of AC motor XI_IN(；Rong ZHAO Xue—I{‘}hDANG，Xuan一 w EN Pei—zhi cGul】in Unt','ersity 0f Elect~omc Technology．Guiii：； 5 Iln I) Abstract． 【he soft—start of th：ee—phase A{2 m‘ t0r not on]y gives i~nptll to。he el ctromagnetic fozce of · If 1}ut alsn bri Ⅱ ahou r th e fluctuation of the lie：w、1vk voltage． As r sI1l'．it has an influence OH ti L operation of the other d evices eouplmg tO the sal1]e powe~ upply．Furthe rlllOr~ ·’! e low powe r fac：fit『1{ '¨L】1⋯ is a el1eTal I~heuomeI)OH existing in he e of AC n]otor ill the nterpr：se~。f()¨r f，)unt ry．which has⋯ ga。i'-'e effect on he p,~wer supplying y~enl自 el ec r c~ovce s㈣ I’ ~rde：t( resnl~’e here pr0blem~-the devices for the s0f_ s a r and power factor c()_l_gensatiolI#on。rol v‘t lll nf 、【、n1 1．⋯ r pui ⋯ ．Id Key words： 0h s[3 r~：powe~factor：p(⋯ r[ac：o r f J IJensa~ion 1 交流 电动机 的直接起 动及其弊端 所 谓交流 电动机的 直接起 动是指将 三相 交流 电机按其 额 定 的接法 ．定转 子 回路 不 串任 何 阻抗 ，而直接投 入额定 电压、额 定频 率 的电阿 ，使之从静 止状 态开 始转动 直至稳 定运行 的过程 。 般说来，7．5KW 以下 的小容量电动机，都可 直接起动；对 7．5KW 以上的电动机 ．就要考 虑过大的直接起动 电流对供 电系统 的影 响 ，一般按下列 的经验公 式来核 定 ： I ／ 3 S” 一 ,IPN 式中 I 为直接起动时的定子线电流；I 为电动机的额定电流：S r r为供电电源的总容量 ；P 为 电动机的额定功率 。如果 满足 (1)式 ．则该 电动机允许 用直接起动 ；否则 必须 采取措施限制 电动机 的起动 电流 。 收 稿 日靳 n1 n1 lj 作 者简 介 ： 荣 ． 师 ．砸 研究 ．研 究方 ：智能 删 维普资讯 http://www.cqvip.com 汁算技术与 自动化 2(10】年 9月 交 流电动机 直接起动 存在 如下弊端 ：对于经 常起动的 电动机 ，过 大的起 动电流将造成 电动 机发热，影响电机寿命；同时电动机绕组【特别是端部)在电动力的作用下，会发生变形 ，可能造 成短路而烧坏电机：过大的起动电流，会使线路压降增大，造成电网电压显著下降而影响接在 同一电网的其它异步电动机的工作 ，有时甚至使他们停下来或无法带动负载起动 现在工矿企业 中采用的定子回路 串对称三相电抗器起动、自耦变压器降压起动、星一三角 型(Y )起动、延变三角型降压起动等方式存在的主要不足是难以实现电机软起动的 自动控 制 一旦其起动电路设计完成后，起动初始电匝固定无法随负载变动而变化 ，电动机起动时间 无法选 择 。 2 交流 电动机 的功率 因数 工厂实际中常用的交流电动机功率因数有瞬时功率因数、均权平均功率因数和平均功率 因数等。其瞬时功率因数 cos~~是根据电源、电压及功率表在同一时刻的读数求出的 其定义 为 ： ，J “ 。JI／亍 式中：P为功率表读数 ：U为电压表读数 ：I为电流表读数 瞬时功率因数反映出工厂和车间生 产 过程 中无功 功率 的变 化情况和规律 ，以便 采取 补偿措施 由于国内企业中普遍存在的大马拉小车现象 ，使用 中的交流电机的功率因数普遍偏低 。人 工补偿功率因数的方法有多种．现在实际使用最普遍的方法是采用并联电容器补偿的方法来 提 高功率 因数 该方 法是在交流 电动机 附近 ，装设补偿 电容器组 。其优 点是 电容补偿 效果好 ， 补偿范围大 。可 缩小配电导线的截面积。该方法的主要不足是功率因数的 自动补偿的控制器 设汁困难 在负载大范围变动时补偿效果明显降低。 3 交流 电机软起动及功 率因数补偿装置 的硬 件设计 针对现在交流电动机起动以及功率因数补偿方面存在的不足．我们设计了如下的控制装 置 。 3．1 控 制装 置 的总体 框 图 该装 置实 现交 流 电机软 起 动原理 ：根 据 负 载 的实际设定 电机起 动初 始电压和电压上 升斜 率(或起动时间)，一般初始起动电压设定 为其 额 定 电压 的 70 ，随着 检 测到 的 电压 、电流 相 位差的增大．控制算法给出的移相控制电压加 大 加到 电机上 的电压逐渐升 高直至全 电压 电 机起 动过程结 束 。 实现功率因数补偿的原理：电机在带负载 实际运行 中，霍尔电压传感器检测某棚电压 ．霍 图 1 控制装 置总体框 图 尔电流传感器检测三相电流 信号处理电路对传感器检删的信号进行处理 ，由某栩电压 、电流 的关 系确 定 出诚 相 电压 、电流 的相位差 馓处理器对 检测到 的相位差进 行处理 ，并根 据相应 的 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2u卷第 3期 向荣等 ：交流电机软起动受功率因数补偿拉翩装置设计 控制算法向穆相触发模块发出控制信号，从而减小加到电机上的电压 ，使电压、电流的相位关 系减小 ．达到改善功率因数的 目的 3．2 系统各主 要模块 的电路 设计及 工作原理 3．2．1 电流电压处理模块 对电流电压的处理 ，我们采用测电压／电流的绝对平均值，再转换为有效值以简化电路设 计。电路是在绝对值电路的基础上进行滤波和放大。具体的电路见图 2。 该电路在基本的绝对值电路基础上增加了滤 波电容 c ，将交流信号的绝对值变为平均值 ， 合理设计 R。的阻值，将平均值变为有效值 。 该电路中的放大倍数可以通过选择不同的 R > 值来调整。同时可以调整滤波时间常数。实 测电路 中V 、CH0的波形见图 3。 3．2．2 相位检 测模块 相位检测电路模块见图 4 图 2 电流电压处理模块 图 3 电压 输入输 出波形 图 4 相 位检测 电路 上图中 IC5作 比较器，其中 R23、R24对十5V 电压分压得 到参考电压 V ，V f的值约为 0．0jv 0．1V的微电平；检测电机工作电流断续时的正半周波形 ；Rz1、C5，R2$、C6对 比较后 波形进行滤波。去掉毛刺。上图中的 1C7作整形器用 ，其输 出电压 V。的范围为 0 +jV；1)9、 I)10、R28对检测的电压、电流进行或运算，得输出电压为正的角度 18O 一0。从而得到功率因 数角为 0。波形如 图 5所示 ： ] 厂 L_j mr 厂．] 广 _J LJ 图 5 电压 电流相 位检删原 理 3 2．3 移栩 可控触发 电路模块 该模块我们采用国产 TC787芯片设计 ．具体电路及工作原理见图 6。 维普资讯 http://www.cqvip.com 计算技术与 自动化 2O01年 9月 TLC5615 1堕 Y鳗 §IVCC ( 1 2IOUT c1 K 望 I REF DIN ￡ IGND DOUT I．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一 X2NJ45 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．—— ￡’_墨JVCC SI OlYI、L!JwP ㈣ 坚 !l RSF CS 一 G SCI一 嚣 TUC0834 VL’( 1l VCC D0 VREr Dl Ct』 CH0 CS CH 】 0 12 CH3 AG D SARS ( ND N(’ 图 6 移 相 触发 电路 模 块 3 T)CK DDA RAM 6 RCK 7 CON 】4 AfK 】6 A1)[’ l7 X】 】8 P10 P1l PI2 P13 P14 P15 P】6 Pl7 8 ’5 lf1 RXD P27 TXD P26 INT0 P25 T T1 P24 P34 P13 P35 P22 P36 P21 P37 P20 G D VCC RESET KA VP X2 AI_ ／P X1 PS N 图 7 控 制 器 模 块 38 — — 37 26 DTS3 25 1题

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