电动机再起动技术.doc

1、电动机知识电动机再起动技术 摘要：本文从分析供配电系统故障对电动机的影响着手，较全面地分析了各种电动机再起动的方法及技术，重点介绍了电压与电流控制式电动机群再起动方法及可编程序控制器电动机群再起动技术，以及如何选择电动机再起动的方法与技术。 关键词：电动机 再起动 供配电系统故障 无标题文档 前言随着工业的发展，企业内具有数千台电动机的供配电系统已屡见不鲜。如此庞大的供配电系统发生故障的概率是很高的，一旦发生故障就会造成几十台甚至几百台电动机停止运行。电动机通常是企业内转动设备的主要动力，大量电动机的停运将给企业造成很大经济损失及生产的混乱，特别是大型连续化生产要求非常高的危急企业，还可能引发

2、其他设备及人身事故，损失更为严重。目前电动机再起动的方法及技术有许多种，而且各有千秋，如何根据经济技术比较确定企业需要的电动机再起动方法与技术是一个摆在我们面前的关键问题。 供配电系统故障对电动机供电回路的影响电动机的再起动过程分为两部分，即：当供配电系统发生故障时电动机开始失速；故障切除电源恢复后电动机再加速至原转速。分析电动机再起动技术应首先了解供配电系统故障对电动机供电回路的影响。供配电系统故障的不同对电动机供电回路的影响也不一样，再起动处理的方法也应有区别。供配电系统故障分单相接地、两相短路、三相短路、对称及不对称等多种故障形式，但对电动机供电回路的影响主要取决于故障的时间及电压降低的

3、幅度。.1 瞬时欠压 瞬时欠压（Voltage Sag）是瞬时的电压降低，而不是电压的消失，其过程分为电压降低与电压恢复两部分。供配电系统发生故障的瞬时，由于感应电动机转子的磁链不能突变，原有的电流将继续存在，并在定子绕组端子间感应电压。该感应电压并不立即下降，而且能保持相当长时间，此电压称为残余电压。由于残余电压的存在，如果电源断开后，很快又再次合闸，将出现较大的合闸冲击电流及冲击转矩，冲击大小由合闸瞬间电动机的残余电压大小及相位决定。根据电动机残余电压衰减的不同瞬时欠压可分为断电故障、近距离短路故障和远距离短路三种形式： 断电故障是指电动机群与供配电系统断开所引起的故障。发生的原因重要是误

4、操作。例如，误将运行变电所的电源断开。断电故障时，由于电动机转子中的电磁能没有任何消耗，电动机残余电压衰减的很慢。断电故障在瞬时欠压中发生的概率最低。近距离短路故障是指在与电动机电气距离较近处发生的短路故障。在近距离短路故障时，电动机转子中的电磁能因向短路点提供短路电流而很快衰减，因此残余电压衰减的也很快。近距离短路故障在瞬时欠压中的发生率较高。远距离短路故障是指在与电动机电气距离较远处发生的短路故障。在远距离短路故障时，电动机转子中的电磁能也因向短路点提供短路电流而有所衰减，残余电压衰减的较快，但比近距离短路故障衰减的慢些。远距离短路故障在瞬时欠压中的发生率最高。 电动机的残余电压不仅与短路

5、故障的电气距离有关而且还与故障的形式有关，如果供配电系统内具有补偿电容器将会降低残余电压的衰减速度。为了防止由于残余电压的存在对电动机所产生的冲击，BZT（备用电源自动投入）等保护应在电动机母线电压衰减小于 0.33 pu V/HZ 时才能动作，或作用于电源电压与电动机残余电压之间的相差小于 30内。电动机残余电压衰减速度直接影响采用小于 0.33 pu V/HZ 保护的动作时间，以及电动机母线电压的恢复及电动机再起动的时间。瞬时欠压时因电压快速恢复会发生仅部分电动机停运的情况，此时电动机再起动技术的处理应是躲过电动机残余电压的影响，然后立即将停运的电动机直接再起动。 2.2 短时失压 短时失

6、压与瞬时欠压的区别在于残余电压是否消失。短时失压是电压降低至消失而后电压才恢复。产生的原因主要是继电保护时差配合等原因无法实现快速切除故障。故障发生瞬间，电动机的电流与转矩陡然增大，然后逐渐振荡衰减，而残余电压和转速也开始逐渐下降。电源恢复瞬间，电动机的电流与转矩也会迅速增大，然后逐渐振荡衰减，而转速也开始逐渐上升，经过短时的振荡后稳定在某一数值上。供配电系统发生短时失压时，低压电动机交流接触器已断开，非再起动的高压电动机均跳闸，电动机转速下降很多，此时 BZT 等保护可立即动作。母线电压恢复后，电动机再起动技术的处理应是将全部参加再起动的电动机再起动，但采用的电动机再起动方法与技术不同再起动

7、的过程也各异。 2.3 长期失压 长期失压是指供配电系统电压消失时间通常大于 10 秒的故障。当电动机所在的母线发生长期无法恢复的故障时，电动机已全部停止运转。为了防止电动机随供配电系统的恢复同时再起动而造成的设备事故及人身伤亡，必须清除全部电动机的再起动信息。3 电动机再起动方法正常运行时记录电动机的运行信息，供配电系统故障消Domain: dnf 辅助 More:d2gs2f安阳发电厂 300 MW 新机组试运行初期锅炉直线电动机驱动冲压机的研究与应用水泵恒压供水变频节能改造YCCH 电动机节能柜的研制TBP 在中性点小电阻接地系统中的应用及深圳妈湾发电总厂#3 锅炉 B 侧一次风机的直线

8、电机的应用电动机低压电容器产品的正确使用起重机液压推杆制动器的故障分析及排除避雷器和阻容吸收器保护操作过电压的异符合电动机绕组烘干工艺的优选方法大型电动机故障诊断与保护理论综述无刷直流电动机保护电路的研究电子式电动机保护器之浅释串并联调速 series parallel control电动机在生产运行中的火灾危险及其预防异步电动机的保护大型电动机故障诊断与保护理论综述直流发电机改作直流电动机运行时联接有电机节能工程实施速度加快保护操作过电压的两种设备农用电动机的选择与使用工业机器人电动伺服驱动系统三相电动机能耗制动及技术改进农用电动机械临时用电应注意的问题热继电器故障分析及处理电动机温升过高或

9、冒烟的原因及处理方法对电动机轴电流的分析及防范提高异步电动机自然功率因数降低电能损匿名 随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天，起重机与电子技术的结合越来越紧密，如采用 PLC 取代继电器进行逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案，变频器最终选型为 ABB 变频器ACS800，电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中，ABB 变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性，使

10、其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800 变频器是 ACS800 系列中具有提升机应用程序的重要一员，它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导，自定义编程，DTC 控制等，非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂 27 台桥式起重机变频调速控制系统，详细介绍 ACC800 变频器在起重机主起升中的应用。1DTC 控制技术DTC（直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是ACS800 变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一，它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强

11、的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量（开关状态） 。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。在计算中，只需要一个电动机参数定子电阻，这一点和几乎需要全部电动机参数的直接转子磁链定向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器的计算负担，提高了运算速度。直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应（不大于 5ms） 。2 防止

12、溜钩控制作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性（“回馈“是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能） ，尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电）需要的时间大约为 016s（视起重机型号和起重量大小而定） ，变频器如过早停止输出，将容易出现溜钩，因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生“过流 “而跳闸的误动作。防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能，

13、即变频器可以在速度为零的状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能，即变频器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动转矩，维持重物在空中的停止状态，以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。3 系统硬件配置梅钢冷轧桥式起重机上应用的 ACS800 变频器调速系统由电控柜，大小车变频控制柜，起升变频控制柜，联动控制台等组成。主起升采用 1 台 ACC800 变频器驱动 1 台起升专用电动机，并在电动机轴尾安装 1 台速度编码器，做速度反馈用。该速度编码器用来提高低速状态下电

14、动机模型的速度和转矩计算精度，保证转矩验证，开闭闸等功能。主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能，斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中，并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否（即控制制动电阻的投切）。变频器配有 RPBA201 接口卡件，提供标准的 Profibus2DP现场总线接口，用于与 PLC 通信控制，并接收 PLC 发来的开，停车命令和速度设定值等控制参数。4 起升变频器功能参数设置ABB 变频器在出厂时，所有功能码都已设置。但是，起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同，所以，ACC800 中一些重要的功能参数需要重新设定。（1）起动数据（

15、参数组 99）参数 99102（用于提升类传动，但不包括主/从总线通信功能）：CRANE ；参数 99104（电动机控制模式）：DTC（直接转矩控制） ；参数 9910599109 （电动机常规铭牌参数）：按照电动机的铭牌参数输入。（2）数字输入（参数组 10）参数 1010110113 （数字输入接口预置参数）：按照变频器外围接口定义进行设置，限于篇幅，不再赘述。（3）限幅（参数组 20）参数 20101（运行范围的最小速度）：-1000 r/min（根据实际电动机参数进行设定） ；参数 20102（运行范围的最大速度）：1000r/min（根据实际电动机参数进行设定） ；参数20103（最

16、大输出电流）：120% ；参数 20104（最大正输出转矩）：150%；参数 20104（最大负输出转矩）：-150%；参数20106（直流过压控制器参数）：OFF （本例中 ACC800 变频器使用了动力制动方式，此参数设为 OFF 后，制动斩波器才能投入运行） 。（4）脉冲编码器（参数组 50）参数 50101（脉冲编码器每转脉冲数）：1024 ；参数50103（编码器故障）：FAULT（如果监测到编码器故障或编码器通信失败时，ACC800 变频器显示故障并停机） 。（5）提升机（参数组 64）参数 64101（独立运行选择）： FALSE；64103 （高速值1）： 98%；64106（

17、给定曲线形状）： 0（直线） ；参数64110（控制类型选择）：FBJOYSTICK. （6 ）逻辑处理器（参数组 65）参数 65101（电动机停止后是否保持电动机磁场选择）：TRUE（在电动机停止后保持电动机磁场为“ON“） ；参数65102（ON 脉冲延时时间）： 5s.（7）转矩验证（参数组 66）参数 66101（转矩验证选择）： TRUE（转矩验证有效，要求有脉冲编码器） 。（8）机械制动控制（参数组 67）参数 67106（相对零速值）： 3%；参数 67109（起动转矩选择器）：AUTOTQMEM（自动转矩记忆） 。（9）给定处理器（参数组 69）参数 69101（对应 100

18、%给定设置电动机速度）：980r/min（根据实际电动机参数进行设定） ；参数 69102（正向加速时间）：3s；参数 69103（反向加速时间）：3s；参数69104（正向减速时间）：3s；参数 69105（反向减速时间）：3s.（10 ）可选模块（参数组 98）参数 98101（脉冲编码器模块选择）：RTAC2 SLOT2（脉冲编码器模块类型为 RTAC，连接接口为传动控制单元的选件插槽 2） ；参数 98102（通信模块选择）： FIELDBUS（激活外部串行通信并选择外部串行通信接口） 。5 试运行变频调速系统的功能参数设定完后，就可进行系统试运行。应先在变频器操作盘上进行速度给定，手

19、动起动变频器，让起升电动机空载运转一段时间，并且这种试运行可以在5，10 ，15 ，20，25 ，35 ，50Hz 等几个频率点进行，注意观察电动机的运转方向是否正确，转速是否平稳，显示数据是否正确，温升是否正常，加减速是否平滑等。单台变频器试运行正确后，再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试，试运行起升机构变频调速系统。起升变频器手动运行无误后，就可接入 PLC 控制系统，进行整机联调。整机联调中，关键要注意观察变频器起动与停止时，主起升机械制动器的开闭反应是否快速，钩头是否存在溜钩现象等。其次还要注意观察钩头在下降过程中，制动单元和制动电阻投运后，其温升是否正常。在重物下放过程中，重物的势能

20、会释放出来，此时电动机将工作在反向发电状态。在钩头下降过程中，电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电，当直流回路的电压高于变频器系统设定值时，变频器控制斩波器接通，进而使制动电阻投入工作，以消耗变频器中间直流回路多余的电能，确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。随着起重机的不断发展，传统控制技术难以满足起重机越来越高的调速和控制要求。在电子技术飞速发展的今天，起重机与电子技术的结合越来越紧密，如采用 PLC 取代继电器进行逻辑控制，交流变频调速装置取代传统的电动机转子串电阻的调速方式等。在选型对比基础上，本项目电动机调速装置采用了先进的变频调速方案，变频器最终选型为 ABB 变

21、频器ACS800，电动机选用专用鼠笼变频电动机。在众多交流变频调速装置中，ABB 变频器以其性能的稳定性，选件扩展功能的丰富性，编程环境的灵活性，力矩特性的优良性和在不同场合使用的适应性，使其在变频器高端市场中占有相当重要的地位。ACC800 变频器是 ACS800 系列中具有提升机应用程序的重要一员，它在全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如起动向导，自定义编程，DTC 控制等，非常适合作为起重机主起升变频器使用。本文结合南京梅山冶金发展有限公司设备分公司所负责维修管理的宝钢集团梅钢冷轧厂 27 台桥式起重机变频调速控制系统，详细介绍 ACC800 变频器在起重机主起升中的应用。1DTC

22、 控制技术DTC（直接转矩控制，DirectTorqueControl）技术是ACS800 变频器的核心技术，是交流传动系统的高性能控制方法之一，它具有控制算法简单，易于数字化实现和鲁棒性强的特点。其实质是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下建立异步电动机空间矢量数学模型，通过测量三相定子电压和电流（或中间直流电压）直接计算电动机转矩和磁链的实际值，并与给定转矩和磁链进行比较，开关逻辑单元根据磁链比较器和转矩比较器的输出选择合适的逆变器电压矢量（开关状态） 。定子给定磁链和对应的电磁转矩的实际值，可以用定子电压和电流测量值直接计算得到。在计算中，只需要一个电动机参数定子电阻，这一点和几乎需要

23、全部电动机参数的直接转子磁链定向控制（矢量控制）形成了鲜明对比，极大地减轻了微处理器的计算负担，提高了运算速度。直接转矩控制结构较为简单，可以实现快速的转矩响应（不大于 5ms） 。2 防止溜钩控制作为起重用变频系统，其控制重点之一是在电动机处于回馈制动状态下系统的可靠性（“回馈“是指电动机处于发电状态时通过逆变桥向变频器中间直流回路注入电能） ，尤其需要引起注意的是主起升机构的防止溜钩控制。溜钩是指在电磁制动器抱住之前和松开之后的瞬间，极易发生重物由停止状态出现下滑的现象。电磁制动器从通电到断电（或从断电到通电）需要的时间大约为 016s（视起重机型号和起重量大小而定） ，变频器如过早停止输

24、出，将容易出现溜钩，因此变频器必须避免在电磁制动器抱闸的情况下输出较高频率，以免发生“过流 “而跳闸的误动作。防止溜钩现象的方法是利用变频器零速全转矩功能和直流制动励磁功能。零速全转矩功能，即变频器可以在速度为零的状态下，保持电动机有足够大的转矩，从而保证起重设备在速度为零时，电动机能够使重物在空中停止，直到电磁制动器将轴抱住为止，以防止溜钩的发生。直流制动励磁功能，即变频器在起动之前自动进行直流强励磁，使电动机有足够大的起动转矩，维持重物在空中的停止状态，以保证电磁制动器在释放过程中不会发生溜钩。3 系统硬件配置梅钢冷轧桥式起重机上应用的 ACS800 变频器调速系统由电控柜，大小车变频控制

25、柜，起升变频控制柜，联动控制台等组成。主起升采用 1 台 ACC800 变频器驱动 1 台起升专用电动机，并在电动机轴尾安装 1 台速度编码器，做速度反馈用。该速度编码器用来提高低速状态下电动机模型的速度和转矩计算精度，保证转矩验证，开闭闸等功能。主起升采用斩波器加制动电阻实现制动功能，斩波器与制动电阻串联后接入变频器整桥与逆变桥之间的直流回路中，并由变频器根据中间直流回路电压高低控制斩波器接通与否（即控制制动电阻的投切）。变频器配有 RPBA201 接口卡件，提供标准的 Profibus2DP现场总线接口，用于与 PLC 通信控制，并接收 PLC 发来的开，停车命令和速度设定值等控制参数。4

26、 起升变频器功能参数设置ABB 变频器在出厂时，所有功能码都已设置。但是，起重机变频调速系统的要求与工厂设定值不尽相同，所以，ACC800 中一些重要的功能参数需要重新设定。（1）起动数据（参数组 99）参数 99102（用于提升类传动，但不包括主/从总线通信功能）：CRANE ；参数 99104（电动机控制模式）：DTC（直接转矩控制） ；参数 9910599109 （电动机常规铭牌参数）：按照电动机的铭牌参数输入。（2）数字输入（参数组 10）参数 1010110113 （数字输入接口预置参数）：按照变频器外围接口定义进行设置，限于篇幅，不再赘述。（3）限幅（参数组 20）参数 20101

27、（运行范围的最小速度）：-1000 r/min（根据实际电动机参数进行设定） ；参数 20102（运行范围的最大速度）：1000r/min（根据实际电动机参数进行设定） ；参数20103（最大输出电流）：120% ；参数 20104（最大正输出转矩）：150%；参数 20104（最大负输出转矩）：-150%；参数20106（直流过压控制器参数）：OFF （本例中 ACC800 变频器使用了动力制动方式，此参数设为 OFF 后，制动斩波器才能投入运行） 。（4）脉冲编码器（参数组 50）参数 50101（脉冲编码器每转脉冲数）：1024 ；参数50103（编码器故障）：FAULT（如果监测到编码

28、器故障或编码器通信失败时，ACC800 变频器显示故障并停机） 。（5）提升机（参数组 64）参数 64101（独立运行选择）： FALSE；64103 （高速值1）： 98%；64106（给定曲线形状）： 0（直线） ；参数64110（控制类型选择）：FBJOYSTICK. （6 ）逻辑处理器（参数组 65）参数 65101（电动机停止后是否保持电动机磁场选择）：TRUE（在电动机停止后保持电动机磁场为“ON“） ；参数65102（ON 脉冲延时时间）： 5s.（7）转矩验证（参数组 66）参数 66101（转矩验证选择）： TRUE（转矩验证有效，要求有脉冲编码器） 。（8）机械制动控制（

29、参数组 67）参数 67106（相对零速值）： 3%；参数 67109（起动转矩选择器）：AUTOTQMEM（自动转矩记忆） 。（9）给定处理器（参数组 69）参数 69101（对应 100%给定设置电动机速度）：980r/min（根据实际电动机参数进行设定） ；参数 69102（正向加速时间）：3s；参数 69103（反向加速时间）：3s；参数69104（正向减速时间）：3s；参数 69105（反向减速时间）：3s.（10 ）可选模块（参数组 98）参数 98101（脉冲编码器模块选择）：RTAC2 SLOT2（脉冲编码器模块类型为 RTAC，连接接口为传动控制单元的选件插槽 2） ；参数

30、98102（通信模块选择）： FIELDBUS（激活外部串行通信并选择外部串行通信接口） 。5 试运行变频调速系统的功能参数设定完后，就可进行系统试运行。应先在变频器操作盘上进行速度给定，手动起动变频器，让起升电动机空载运转一段时间，并且这种试运行可以在5，10 ，15 ，20，25 ，35 ，50Hz 等几个频率点进行，注意观察电动机的运转方向是否正确，转速是否平稳，显示数据是否正确，温升是否正常，加减速是否平滑等。单台变频器试运行正确后，再接入脉冲编码器模块进行速度闭环调试，试运行起升机构变频调速系统。起升变频器手动运行无误后，就可接入 PLC 控制系统，进行整机联调。整机联调中，关键要注意观察变频器起动与停止时，主起升机械制动器的开闭反应是否快速，钩头是否存在溜钩现象等。其次还要注意观察钩头在下降过程中，制动单元和制动电阻投运后，其温升是否正常。在重物下放过程中，重物的势能会释放出来，此时电动机将工作在反向发电状态。在钩头下降过程中，电动机通过逆变桥向变频器中间直流回路充电，当直流回路的电压高于变频器系统设定值时，变频器控制斩波器接通，进而使制动电阻投入工作，以消耗变频器中间直流回路多余的电能，确保变频器中间直流回路电压稳定在一个特定电压范围内。