基于PLC的矿井泵房自动化设计.doc 78页

'摘要文章进行了排水设备的选型设计，然后根据排水控制的要求，进行自动控制方面的设计。本系统采用SIEMENS的S7-300系列PLC，并结合各种传感器（主要为水位传感器、负压传感器、压力传感器、流量传感器等），完成系统设计中要实现的控制功能。本系统采用水泵及管路的“自动轮换”工作制。又根据“避峰填谷”的原则确定开启水泵台数，以达到节省用电的目的。在就地PC端，采用易控组态监控系统监视设备的运行情况及各个运行参数，做到有故障及时发现并尽早处理。S7-300通过CP340通讯模块，采用RS-232C通信标准与就地PC建立联系。关键词：PLC、排水系统、自动控制 ABSTRACTAtfirstthistextchoseanddesigneddrainageequipments,thendesignedautocontrolpartbasedondrainagecontrolrequest.ThissystemadoptsS7-300PLCseriesproducedbySIEMENS，withmanysensors(mainlyinclodingwaterlinesensors,minuspressumesensors,pressmesensors,fluxsensors)tocompleteautocontrolfunctiondemandedinthissystemdesign.Waterpumpsandpipelinesofthissystemarecontrolledtoruninturnautomatically.Thenumberofrunningwaterpumpsisconfirmedbytheprincipleofavoidingapexandfillingvaleinordertoeconomizeelectricity.OnthespotofPC,itintroducescontroleaseconfigurationcontrolsystemtotakechargeofinspectingrunningstateandparametersofequipmentssothattroublecanbefoundanddealtwithintime.S7-300usedStandardRS-232tocommunicatewithPConthespotthroughModuleCP340.KEYWORDS:drainagesystem；PLC；autocontrol 目录第一章绪论……………………………………………………………………11.1排水系统概述…………………………………………………………11.1.1矿井生产过程中排水的重要性………………………………11.1.2矿井排水系统的组成部分……………………………………11.2井下排水系统存在的问题…………………………………………………31.3排水系统为何要实现自动控制…………………………………………31.4我国矿井主排水系统的现状……………………………………………4第二章矿井自动排水系统的各种参数与检测………………………42.1水仓水位的检测…………………………………………………………52.1.1液位传感器介绍…………………………………………………52.1.2液位检测装置选择…………………………………………………82.2电机即水泵温度检测………………………………………………………92.3水泵压力检测………………………………………………………102.4水泵流量检测……………………………………………………122.4.1流量检测仪器的安装…………………………………………122.4.2流量计的要求……………………………………………………132.4.3流量检测传感器的使用…………………………………………152.5水泵负压检测………………………………………………………15 第三章基于PLC的矿井主排水自动控制系统的总体设计……………163.1控制系统的总体结构……………………………………………………163.2基于PLC的矿井主排水控制系统设计………………………………173.2.1PLC的主要特点……………………………………………………173.2.2PLC的基本工作原理……………………………………………203.2.3PLC地址分配和实现控制功能………………………………223.2.43s7—300PLC的基本组成……………………………………273.3西门子ET200M与PROFIBUS-DP总线………………………………32第四章矿井自动主排水系统设备的选型设计…………………………334.1初始数据……………………………………………………………………334.2选型设计……………………………………………………………………334.3引水设备……………………………………………………………………354.4自动阀门……………………………………………………………384.5高压开关柜…………………………………………………………40第五章控制系统的软件设计…………………………………………………415.1PLC的软件设计………………………………………………………415.1.1软件流程图……………………………………………………415.1.2地址分配……………………………………………………435.1.3水泵的自动开启、运行、故障保护流行图…………………455.1.4PLC的程序设计………………………………………………47 5.2控制系统上位机的软件设计………………………………………505.2.1设计要求………………………………………………………505.2.2设计内容………………………………………………………515.2.3上位机与PLC的通信…………………………………………515.2.4监控主界面……………………………………………………535.2.5报警界面………………………………………………………55第六章如何使矿井主排水自动控制系统抗各种干扰……………………566.1常见的各种干扰源………………………………………………566.2如何采取措施排除这些干扰………………………………………56第七章总结…………………………………………………………57参考文献……………………………………………………………58致谢……………………………………………………………………………59翻译部分………………………………………………………………………60 第73页第一章绪论井下排水系统是煤矿生产中四大系统之一，担负着井下积水排除的重要任务。然而，目前我国的井下排水系统仍由很多依靠传统的人工操作方式。本章分析这种排水系统的组成及工作过程，指出其存在的问题，为井下主排水系统自动控制的研究提供依据。1.1排水系统概述1.1.1矿井生产过程中排水的重要性在煤矿地下开采的过程中，由于地层中含水的涌出，雨水和江河中水的渗透，水砂充填和水力采煤矿井的井下供水，将要有大量的水昼夜不停地汇集于井下。矿井涌水与采区的水文地质及当地的气象条件有关系，涌水量在不同的季节也呈现不同。在一些大水矿井，矿井涌水量可达到每秒17立方米，甚至超过每秒20立方米。另外，煤炭开采过程中，由于地层结构被破坏，岩层断裂，使采区与储水层连通，发生突水事故，涌水量会突然增加。如果不能及时地将这些积水排送到井上，井下的生产就可能受到阻碍，井下的安全就会得不到保障，严重者会造成重大事故。给人民的生命、国家的财产都带来了极大的威胁。因此，井下排水就显得尤为重要。井下自动排水系统的任务就是把流入井下煤矿巷道中的矿井积水排送至地表。根据统计，每开采1吨煤就要排出2--7吨矿井水，有时甚至要排出30--40吨矿井水。井下排水设备所配备电机的功率，小的几千瓦到几十千瓦，大的几百千瓦到上千千瓦、在我国煤炭行业中，井下排水用电量占原煤生产总耗电量的18%--41%，一般为20%左右。因此，井下排水设备运转的可靠性(安全运转)与经济性(效率高、电耗量小)，具有十分重要的意义。1.1.2矿井排水系统的组成部分井下排水系统一般采用离心式水泵，一些小型煤矿或浅水井临时排水系统也采用潜水泵。离心式水泵排水系统主要由离心式水泵、电动机、起动设备、仪表、管路及管路附件等组成。①滤水器和底阀滤水器安装在吸水管的下端，插入吸水井下面，不得低于O.5m 第73页。其作用是防止井底沉积的煤泥和杂物吸入泵内，导致水泵被堵塞或被磨损。在滤水器内装有舌型底阀，其作用是使灌入水泵和吸水管中的引水，以及停泵后的存水不致漏掉。但是现在的排水系统中，为了提高排水效率，减小水泵腐蚀，一般不用底阀，而用射流泵或真空泵为水泵和吸水管注水。②闸阀调节闸阀安装在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止阀的下方。其功用为:①调节水泵的流量和扬程；②起动时将它完全关闭，以降低起动电流。调节闸阀的优点是流动阻力和关闭压力较小，安装时无方向性，能够方便地来调节水泵的流量和扬程等。其缺点是密封面容易擦伤，检修较为困难，高度尺寸较大，在安装位置受到限制时，安装不便，结构较复杂，价格较高。放水闸阀安装在调节闸阀上方的排水管路的放水管上，其作用为检修排水管路时放水用。③逆止阀逆止阀安装在调节闸阀的上方，其作用是当水泵突然停止运转(如突然停电)时，或者在未关闭调节闸阀的情况下停泵时，能自动关闭，切断水流，使水泵不致受到水力冲击而遭到损坏。④灌引水漏斗、放气栓和旁通管灌引水漏斗是在水泵初次起动时，向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸水管中灌引水时，要通过放气栓(又叫气嘴)将水泵和吸水管中的空气放掉。当排水管中有存水时，也可通过旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此时要将旁通管上的阀门打开。此外，还可通过旁通管，利用排水管中的压力水的反冲作用，冲掉积存于水泵流通部分和附着于滤水器上的杂物，但此时须通过连接在底阀上的铁丝或链条将底阀提起。⑤压力表和真空表压力表安装在水泵的排水接管上，为检测排水管中水压大小用。常用的压力表为普通弹簧管压力表，根据其结构特征可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径有60mm,100mm,150mm,200mm和250mm五种。压力表所测出的压力叫做表压力或相对压力，它比绝对压力小1个大气压。真空表安装在水泵的吸水接管上，为检测吸水管的真空度用。根据其结构特征也可分为径向无边、径向带边和轴向带边三种。表壳的公称直径和压力表一样，也分为60,100,150，和250mm五种。真空表测量范围为 第73页0--0.1MPa(一个大气压)。⑥射流泵或真空泵离心式水泵在起动前必须将吸水管和泵腔内注满水才能进入运行状态，否则水泵转动时将无法吸水，形成“干烧”，严重影响水泵的使用寿命。在无底阀的排水系统中，水泵每次起动都要灌水，这一工作由抽真空设备完成，一般使用射流泵或真空泵。如图1-2所示。它们的工作原理不同，但都能在系统中使水泵工作腔达到一定的真空度，保证系统正常工作。1.2井下排水系统存在的问题目前，我国大多煤矿企业的井下水泵房使用的仍然是传统的人工操作排水系统，以离心式水泵系统为主。这种排水系统的操作以离心式水泵的工作特性为基础，泵站的起停时间判断，完全依赖于工人的经验和已有的操作规程。当水仓水位到达设定的高水位时，工人打开射流泵(或真空泵)，为水泵抽真空，同时观测真空表的读数。真空度达到要求后，起动水泵机组，使水泵运转。当水泵出水口压力表读数达到要求时，开起闸阀进行排水，同时关闭抽真空的射流泵(或真空泵)。停泵过程要进行相反的操作。当水仓积水降至低水位时，先将闸阀关死，再停水泵机组。根据现场涌水量的不同，工人还要判断同时投入几台水泵工作，以便于既能及时排出积水，又能使泵站合理使用，避免过度频繁的起停。其存在的问题有如下几点：①效率低、可靠性差。这种排水系统的工作流程完全由手工完成，工人按部就班的完成各个执行件的操作。另外，对水位、涌水量大小等现场数据的判断依赖于工人的经验。作业过程比较复杂，要求工人具有很强的责任心，否则可能出现误操作，甚至发生大的事故。②工人劳动强度大。人工操作无法避免高强度的劳作。尤其是闸阀的操作，劳动量最大。而且，水泵房要时时有人值守，以便在发生异常情况时，及时报警检修。1.3排水系统为何要实现自动控制针对上述排水系统存在的问题，本文提出了基于PLC的矿井主排水自动控制系统的设计。自动控制系统的应用，将使得排水系统可靠性增强，整个工作流程通过软件的编程来实现，程序确定后，水泵机组将按给定的程序自动启停水泵、开合阀门，极大的减小工人的劳动强度。 第73页PLC将水泵机组的运行状态与参数经安全生产监测系统传至地面生产调度监控中心主机，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统的遥测、遥控。1.4我国矿井主排水系统的现状井下排水是伴随着采矿工程产生的一项系统工程。随着控制理论和现代检测技术的发展，自动排水系统的研究在理论和实践上都取得了一定进步。传统的继电器控制方法，用人工进行检测(如人工检测水仓水位、淤泥厚度、管道、闸阀及配电设备状况等)，这种检测控制方法效率低，工人劳动强度大，且由于井下环境恶劣，故障率较高。所以靠人工检测的方法已不适应煤炭发展的需要，取而代之的是自动化排水系统。随之，一种新颖的矿井排水计算机自动控制系统问世。由于矿井排水系统属于多变量、非线性、时变的复杂系统，特别是在管道和水泵等环节中，各变量之间又存在着交叉，因此矿井排水系统非常适合于采用模糊控制的方法进行动态监测和故障诊断。该系统采用先进的集散式控制方式，建立了多级模块化的结构体系，提出了多参数的模糊综合决策方法。目前，PLC在国内外工业控制中已获得广泛应用，在矿井排水系统中，采用PLC自动监测排水系统的运行状况，自动进行数据采集、自动记录、故障报警、事故分析、多台水泵启动的自动切换等，所得到的动态资料准确性高，控制的可靠性高。第二章矿井自动排水系统的各种参数与检测排水装置要实现自动控制、无人职守，最根本的就是让控制系统了解自动化系统中各个设备的状况和运行状态。这些运行状态经过系统中央处理单元的分析和运算后，做出判断并显示给集中监控室。 第73页图主排水泵自动化监控系统图排水装置实现自动化的过程中，必须对图所示参数进行检测，本章将对以下5个监控的参数展开论述并给出检测的方法和可实现性。(1)水仓水位的检测(2)水泵流量的检测(3)水泵压力检测(4)水泵负压检测(5)电机及水泵温度检测2.1水仓水位的检测2.1.1液位传感器介绍一、超声波液位传感器超声波液位传感器是利用超声波在两种介质的分界面上的反射特性而制成的。如果从发射超声波脉冲开始，到接受到反射波为止的这个时间间隔为已知，就可以求出分界面的位置，利用这种方法可以对液位进行测量。根据发射和接受换能器的功能，传感器又可分为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发射和接收超声波使用同一个换能器，而双换能器的传感器发射和接受各使用一个换能器。下面就单换能器的超声波传感器加以介绍。超声波发射和接收换能器可以安装在液面的上方，让超声波在空气中传播，如图3-2所示。 第73页图超声波液位计安装示意图对于单换能器来说，超声波从发射器到液面，又从液面反射到换能器的时间为：（式3-1）则（式3-2）式中：h—换能器距液面的距离；c—超声波在介质中的传播速度。从以上公式中可以看出，只要测得超声波脉冲从发射到接收的时间间隔，便可以求得待测的液位。超声波液位传感器具有精度高和使用寿命长的特点，但若液体中有气泡或液面发生波动，便会产生较大的误差。在一般使用条件下，它的测量误差为，检测液位的范围为～m。本设计中采用的是Yjsonic系列的超声波液位计，在测量中脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。工作特点：采用SMD技术，提高仪器的可靠性，自动功率调整，增益控制、温度补偿。先进的检测技术，丰富的软件功能适应各种复杂环境。采用新型的波形计算技术，提高仪表的测量精度。具有干扰回波的抑制功能，保证测量数据的真实。16位D/A转换，提高电流输出的精度和分辨率。传感器采用四氟乙烯材料，可用于各种腐蚀性场合，多种输出方式：可编程继电器输出、高精度4～20mA电流输出、RS-485数字通信输出等方式可供选择。 第73页图超声波液位计选型设计中选用二线制输出型液位计，其参数如下：量程：0～3、5、8、10、15、20m精度：0.25%盲区：0.3～0.5m温度：-20℃～+55℃电源：24VDC控制：无输出：4～20mA二线制防护等级： IP65显示方式：4位LCD  二、投入式液位传感器投入式液位传感器是将传感器的探头投入液体中。利用处于一定深度时液体会产生一定的压强这个基本原理制成的。其示意图如图3-4所示。图3-4水位计示意图 第73页图传感器功能模块图具体的来说是:传感头根据水中的压力与空气中的压力差，传感头把水位的高度变换成压力差，再把压力差转换成微弱的电信号，该微弱的电信号经放大器放大后送A/D变换器，单片机采集数字信号经运算处理后，输出的水位高度用数码管来显示，同时输出对应的输出信号。其内部的功能模块图如图3-5。2.1.2液位检测装置的选择上述两种液位传感器是基于不同的工作原理设计和制造出来的，分别适应于不同的工作场所。当然，有些场所可以使用两种当中的任何一种，也可以同时使用在同一个被检测对象(水仓)。一、两种液位传感器的比较投入式液位传感器的特点在于:①制造成本相对于超声波液位传感器较为低廉:②量程比较小(5—10米)，但一般能满足测量水仓水位的要求:③性能受到被检测介质物理性质(如液体有固体沉积或粘稠)的影响；④测量工作不受空气中的悬浮成分如粉尘、浓烟等的影响相对而言，超声波液位传感器的特点在于:①超声波传播会受到空气中粉尘的影响；②超声波水位传感器的测量量程大；③超声波水位传感器属于非接触式传感器，性能不受被检测介质的影响；④制造成本比较高。二、水位检测装置的选择由于煤矿井下的排水系统重要的安全地位，而水位传感器是整个排水系统的嗅觉器官。也就是说，一旦水位传感器失灵，后面的排水硬件和响应软件设置的再好都无法启动。所以，合理设计水位传感也是很重要的。在水位检测装置的选择上，至少选择两个水位传感器来提高水位检测装置的可靠 第73页性。一般选择一个超声波液位传感器与一个投入式液位传感器相结合的方法来检测水位。但是由于超声波液位传感器不能用在过于狭小的空间内，当条件不具备时，也可以使用两个投入式传感器来检测水位。2.2电机及水泵温度检测温度传感器一般分为接触式与非接触式两大类。所谓接触式就是传感器直接与被测物体接触，这是测温的基本形式。这类温度传感器具有结构简单、工作可靠、精度高、稳定性好、价格低廉等优点，是目前应用最多的一类。非接触式温度传感器理论上不存在接触式温度传感器的测量滞后和应用范围上的限制，可测高温、腐蚀、有毒、运动物体及固体、液体表面的温度，不干扰被测温度场，但测量精度低，使用不太方便。通过比较，宜选择接触式温度传感器测量温度比较合适。本文选择PT100温度传感器测电机及水泵温度。Pt100传感器是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化、并呈一定函数关系的特性来进行测温，其温度/阻值对应关系为：（1）-200℃evoltagedropacrosstheresistorbankallowingthetorquegeneratedbythemotortoincrease.Atapredeterminedtimeadevicewillshortacrosstheresistorsandopenthestartingcontactoreffectivelyremovingthe 第73页resistorbankfromthecircuit.Thisprovidesforaclosedtransitionandeliminatestheconcernsduetoswitchingtransients.Reactorswilltendtoopposeanysuddenchangesincurrentandthereforeacttolimitthecurrentduringstarting.Theywillremainshortedafterstartingandprovideaclosedtransitiontolinevoltage.IV.INCREMENTTYPEThefirststartingtypesthatwehavediscussedhavedealwiththewaytheenergyisappliedtothemotor.Thenexttypedealswithdifferentwaysthemotorcanbephysicallychangedtodealwithstartingissues.PartWindingWiththismethodthestatorofthemotorisdesignedinsuchawaythatitismadeupoftwoseparatewindings.Themostcommonmethodisknownasthehalfwindingmethod.Asthenamesuggests,thestatorismadeupoftwoidenticalbalancedwindings.Aspecialstarterisconfiguredsothatfullvoltagecanbeappliedtoonehalfofthewinding,andthenafterashortdelay,tothesecondhalf.Thismethodcanreducethestartingcurrentby50to60%,butalsothestartingtorque.Onedrawbacktothismethodisthatthemotorheatingonthefirststepoftheoperationisgreaterthanthatnormallyencounteredonacross-the-linestart.Thereforetheelapsedtimeonthefirststepofthepartwindingstartshouldbeminimized.Thismethodalsoincreasesthemagneticnoiseofthemotorduringthefirststep.中文译文异步电动机起动的方法和问题摘要： 第73页大容量的交流异步电动机有多种启动方法。可选择的如全压启动、降压启动、自耦变压器启动、星三角转换启动、软启动、或者使用可调速驱动器，都有潜在优势和选择。降压启动可以减小启动转矩，可以防止损坏负载。此外，功率因数校正电容器可以用来减小电流，但选择的型号必须合适，否则将会造成电容器的严重损坏。为电动机选择一个合适的启动方法，需要分析电力系统和启动负载以确保电机达到所需性能且成本最少。本文将探讨最常见的几种启动方法以及它们的应用。检索词：电机启动降压启动自耦变压器星三角功率因数校正Ⅰ.引言异步电动机有多种启动方法：全压启动、降压启动、星三角转换启动和部分绕组等类型。降压启动包括固态启动器、变频启动和自耦变压器启动。这些连同全压或者直接启动，当电动机的应用场合被确定后可以给购买者大量类型的变化。每种方法都有它自己的好处，以及贸易业绩。合理的选择包括对电力系统透彻的研究，负载的加速以及设备的全部成本。为了使负载能够很好的加速，电动机必须产生比负载需求更大的转矩。一般来说，在机械特性曲线上集中有三点。第一点是堵转转矩（LRT），使电机由静止到旋转的最小转矩。第二点是最小启动转矩，使电机由静止加速到出现制动转矩是的最小转矩。最后一点是临街转矩，就是电机能产生的最大转矩。如果任何一段虚线在负载曲线以下，则电机就不能启动。如图1所示。电机的加速时间是由负载的惯性以及电机的机械特性曲线和负载的特性曲线之间的差额决定的。总的来说，电机的加速时间越长，则电机转子铜条、端环、定子绕组产生的热量也就越多。这些热量会给这些部件带来额外的压力甚至还会影响到电机的使用寿命。Ⅱ.全电压全压文启动的方法也叫直接启动，是最早被使用的方法，且设备成本最低工作最可靠。这种方法利用一个控制器闭合电流接触器给电动机输入全压。此方法允许电动机产生最大的启动转矩使加速时间最短。 第73页由于用此方法启动电机会使启动电流达到电机额定电流的六到七倍，因此方法也是给供电系统带来最大的压力的方法。如果供电系统比较薄弱，大功率电机的突然启动不仅会使电动机的电压瞬间下降，而且会使给电机供电的整个母线端电压下降。电压下降会使此电动机的启动转矩和工作在同一母线上的电动机的转矩下降。异步电动机的转矩大约和输入电压的平方成比例变化。因此，由于电压的大幅下降，工作在此供电系统的电动机可能停车。另外许多控制系统监控器工作在低电压下，第二个全压启动时电压问题会使正在运行的电机离线。同时，母线电压变化，直接启动的另一个问题驱动设备突然被加载。由于瞬时转矩可以超过转子制动转矩的600%，这个冲击负荷会增加设备的磨损，如果负载不能承受由电机启动产生的力矩，甚至会造成灾难性故障。A．电容器和启动异步电动机功率因数通常很低,因此在开始有很大的感性无功。如图2所示。在启动时通过给电机增加电容器可以降低对系统的这种影响。电机需要大量的无功电流滞后于输入电压90度。这个无功功率不产生任何输出，但是这是电机运行所必需的。输入电压产生无功功率和这个无功功率组成的可用无功功率功率表测量。电容器担任提供一个超前90度的电流。由电容器产生的超前电流取消了电机需要的滞后电流，降低了从供电系统输入的感性无功功率。避免过电压和电机损坏应小心谨慎确保电容器被切除当电机达到额定转速时,否则由于功率损失，电动机利用由电容器提供的磁化电流将不会进入发电模式.这将在下一段和附录中详述。B．功率因数校正电容器也可永久留下提高满载功率因数，当使用这种方式时被称为功率因数校正电容器。该电容器的容量不能大于电动机的励磁电流，除非当功率降低时他们可以和电机分离。附加的电容器将会改变电机的开环时间常数，时间常数表示电机断电后电压衰减到原来的36.8%所需要的时间。没有电容的典型值是两到三秒。 第73页由于电容器和电动机的前端相连，在电机断开电源之后电容可以继续提供励磁电流。这表明该系统的时间常数较大。如果电机驱动高惯性负载，电动机会利用电容提供的励磁电流和负载的带动转变为发电状态。这可能导致电机端部的电压上升到额定电压的50%。如果在电压剧烈衰减之前再次通电会产生很大的开关电流和转矩，会造成电动机和驱动设备的严重损坏。这种现象的例子在附录中有概述。Ⅲ.降电压每一种降压方法都是通过控制电动机的输入电压来减小电动机起动电流对供电系统的冲击。在考虑具体的降压启动方法时，了解负载特性是非常重要的。当电机制造商要确定他们的设计时必须知道电机的机械特性和被驱动设备的转动惯量。可以通过初始状态或脱离转矩，以及不少于四个速度上升的数据点和全速时的转矩构成启动状态的曲线。在很多情况下可以被假设成一个离心曲线或直角曲线，但是在一些应用场合这还是有问题的。例如螺杆式压缩机在低速时比离心式鼓风机类负载需要更大的转矩。通过详细了解负载的特性，厂商可以确定选择的启动方法可以产生足够大的力矩启动负载。A．自耦变压器电动机连接在变压器的低压侧。80%、65%和50%是最常用的接头。电压为原来的50%电流则为全压转子堵转时的25%。电动机降低电压启动，当达到预先设定的条件时就切换成全压。这个条件可以是预先设定的时间、电流、母线电压或者电动机的转速。这种变化既可以采用闭环方式也可以采用开环方式。采用开环方式在低压和全压切换时线路电压严重，应小心使用，以确保不会由于切换产生暂态问题。这个潜在的问题可以采用闭环的方法消除。采用闭环的方式可以给电机提供连续的电压。利用自耦起动另一个好处是尽可能的降低了振动和噪音。因为电机的转矩随输入电压的平方变化而变化。应非常谨慎,以确保可以从电动机获得足够的加速转矩。应该用驱动设备的机械特性和惯性来验证电动机的设计。一个好的经验法则是至少有10%的额定转矩，作为该曲线各点的极限。 第73页此外，对加速时间应进行计算，以确保电机有足够的热容量将电机在长时间加速时产生的热量散发掉。B．固态软启动器这些装置采用可控硅整流器或晶闸管，通过控制晶闸管的触发角，可以控制该装置产生的电压，并限制启动电流，在一个正弦周期中仅让部分通过，来启动电动机。最常用的软起动器的类型是限流型，电流被限制在满载电流的175%到500%并编入装置中。然后让输入电机的电压斜坡上升一直到限制值，并使保持电流不变使电机加速。利用转速表和软启动器可以控制加速时间，软启动器调整输出电压使电机维持一个恒定的加速度。关于启动力矩和其他降压启动方法有同样的问题，另一个问题是由于晶闸管的触发角会使电机产生振荡转矩，依靠驱动设备，可能导致系统共振。B．星三角启动用这种方法启动的异步电机，结构上每一相的引出端都被放置在电机的接线盒内。这允许电机在初始启动时星形连接，然后重新接成三角形运行。初始启动时用星形连接时电压降为原来的，启动电流和启动力矩下降2/3。根据应用，电机切换到三角形可在转速为50%到最大速度之间。必须指出,同样的问题存在,包括先前谈到的切换方法，如果采用开路法，暂态过渡可能是一个问题。这种方法经常用在低于600V的电机上，额定电压在2.3kV及更高的电机则不适合用星三角启动的方法。Ⅴ.结论异步电动机有许多启动方法，依据电力系统的制约、设备成本、负载设备来选择最好的启动方法。从设备的角度来看，全压启动是最早的最便宜的方法，但它可能在使用效率上增加成本，或者该区域的供电系统不能满足其需要。降压启动方式有效的缓解了供电系统，却以牺牲启动力矩为代价的。这些方法也可能导致不得不加大电机尺寸以产生转矩带动所需的负荷。采用变频器可以消除以上的两个缺点，但需要额外的增加设备成本。理解应用的局限性，以及驱动设备的启动力矩和速度要求，可以让你为你的应用确定最佳的整体配置。 第73页C．变频器这种器件控制全面灵活，在一定量的电流可以产生最大的转矩，但同时也是成本最高的。这种装置不仅电压变化，而且频率也同时变化，使电机的工作在一个恒压频比条件下。这可以使电动机在整个调速度范围内产生满载转矩，最高可达10:1。在启动过程中，典型的电流值为额定电流的150%。这使电动机带载启动时对电源的要求有很大的降低并减小了电机产生的热量，所有这些加起来，很大的提高了工作效率。利用变频器也可以使小电机在低速范围内产生很大的转矩。但电机的型号必须大于要带动的负载。在电机加速时变频器可以允许一个很大程度的控制，而其他降压启动方式去不容易做到。变频器相对于其他方式最大的缺点就是成本高！使用成本高，只能在特殊电机的设计上使用。基于驱动器的输出信号，滤波还是不滤波，都需要额外的装置。这些结构特征包括绝缘轴承，铁芯接地刷和绝缘连轴中来自共模电压的潜在铁芯电流。没有这些结构特征，铁芯电流通过铁芯、轴承、机壳形成回路，造成轴承弯曲使轴承过早的损坏。当使用电机和驱动装置在危险环境和区域中时应该考虑这种潜在的危险。电机用在变频器上的额外结构特征需要电机绕组有一个更好的绝缘系统。没有滤波直接从驱动器出来的信号会在电机中产生谐波电压毛刺，威胁电机绕组的绝缘。值得注意的是，在变频器上电机的这些特征可以用来启动和运行。如果这些驱动仅用于启动电机，这些特征可能没有必要，可以和电机制造商协商申请具体的要求。D.串电阻器或电抗器起动这种方法是利用一个串联电阻或是电抗器放置在电机回路中。串电阻启动方式在小电机上应用更频繁。在电机启动时，电阻器限制涌流并使电机输入端的电压下降。电阻可以选定使输入电压降为原来的50% 第73页。随着电动机转速的上升，产生一个反电动势来对抗输入电压，进一步限制涌流。随着涌流的下降，电阻器上的电压下降使电动机的转矩增加。在预定的时间，电阻器将被短接，快速打开启动开关，将电阻器和电路分离。这种方法提供了一个封闭式过渡并消除了暂态的开关效应。电抗器有助于阻扰电流的突然变化，因此在启动时起限制电流的作用。在启动结束后他们依然被短接掉并封闭的过渡到全压。Ⅳ增量型第一类启动方式，我们已经讨论了适用于电机能量的处理方式。下一类型的处理方式不同，通过改变电机自身结构来处理启动问题。部分绕组法，用这种方法，电机的定子是这样设计的，有两个独立的线圈组成。最普遍的方法是半绕组法，顾名思义，其定子是有两个相同的平衡绕组组成。因此被设定的特殊启动器全压加在一半绕组上，然后经过短暂的延时到另一半上。这种方式可使启动电流和启动力矩降低50%到60%。这种方法的一个缺点就是在电机启动的第一步发热比直接启动严重。因此完成第一步的间隔时间应尽量减小。这种方法在第一步时也会产生电磁干扰。'