淺談電機控制系統快速啟動的電氣線路改進方案

湖南工業大學 湖南 株洲 412000

引言

在電機運轉過程中有時會因為突發情況而導致短暫供電中斷或者異常，令電機停轉。而供電正常之后，電機系統由于電路設計方面的約束，需要較長的一段時間來恢復啟動，這就導致整體工作效率嚴重滯后。甚至有時候電機在重新啟動并進入工作狀態時還會由于控制系統的設計缺陷而容易出現故障，不得不額外耗費時間精力來進行檢修排障。因此對于電機控制系統進行合理設計，以縮短電機從停機到完全啟動狀態的耗時，并同時降低故障的發生概率，就具有重要的現實意義。

1 電機控制自動化系統應用的意義

（1）安全性與可靠性更高。隨著電氣自動化技術的發展進步，電機控制系統的效率及功能、安全性與可靠性與以往相比都有了本質的提升。我國電氣自動化發展雖然起步較晚，但其發展速度較快，并已取得了豐富的專利成果與一些關鍵領域的突破。我國工業生產電機控制自動化程度不斷提高，也是未來機電設備領域發展的必然趨勢。目前基于PLC的電機控制系統已經全面普及應用，并體現出了諸多的優勢，包括與人工控制相比更高的安全性、可靠性；其本身體積較小、使用壽命長且可實現的功能更多，因而能夠滿足工業生產場景的多種實際控制需求；可實現對設備運行狀態的實時遠程監測與遠程操控，操作人員無須直接進入生產場地，保障了生產安全，且降低了人為失誤導致故障的發生概率。

（2）智能化程度更高?；赑LC的電機控制系統具有智能化、可編程的優勢，因而能夠通過編程對控制過程應用多種參數與功能。目前部分PLC電機控制系統已經支持實時在線可視編程。PLC電機控制系統還具有對電磁場干擾不敏感、耐各種惡劣的環境、耐機械振動的優勢，因此被越來越廣泛地應用于工業生產中對機電設備的控制，助力工業生產向著高效化、智能化的目標全面轉型，實現很多僅靠人工監測控制時難以實現或根本無法實現的控制功能，也降低監測控制的成本[1]。

2 電機控制實現的要求

（1）與計算機技術相結合。PLC電機控制系統很多都已經支持自定義編程甚至實時在線編程。因此為電機控制自動化很多定制功能的進一步實現提供了良好的支撐。PLC電機控制自動化系統與計算機技術相結合，可以令操作人員無須親臨現場操作設備，通過網絡連接即可遠程完成對機電設備的監測、操控等。由于電機系統在啟動過程中電流較大，存在一定的危險性，因此PLC電機控制自動化系統用于電機控制系統快速啟動也就具有了無可替代的優勢。

（2）保持自身內部與外部構件的良好銜接。電機控制系統唯有在保持內部與外部構建良好銜接的情況下，才能實現各個環節高效的銜接協作，達到對電機運行狀態全時全面監測，并實現多種控制功能的目的。電機控制自動化程度的提升的前提就是電機控制系統要全方位覆蓋而不留盲區死角。

（3）確保變頻調控系統的正常工作。支持基于PLC的電機控制系統持續正常運作的核心就是變頻調控系統。傳統的電機控制系統雖然也能夠實現一定的自動化控制，但存在電壓波動過大時則導致正?？刂乒δ軣o法實現乃至控制設備損壞的問題。而如今自動化、智能化的電機控制系統一方面要確保多項控制功能的實現，另一方面還要保障工作中的穩定性。這就需要變頻調控系統來及時應對沖抵工作過程中電流電壓的異常波動。因此可以說變頻調控系統的穩定性決定了整個電機控制系統的可靠性[2]。

3 電機控制系統快速啟動的電氣線路改進方案

（1）使用達林頓晶體管放大電流。有時電機控制系統無法快速啟動是因為實時電流持續過低，達不到啟動要求，此時就可以使用達林頓晶體管來放大電流。達林頓電路接法有四種。其中異極性接法類型為NPN+PNP與PNP+NPN，同極性接法為NPN+NPN和PNP+PNP。達林頓晶體管即采用復合連接方法的晶體管，一般由兩個三極管連接構成，具體又可以分為普通型或升級型。后者與前者相比增加了起到保護作用的專門電路，以提高放電電流的穩定性與實際效果。在實際應用中，達林頓晶體管對電流的放大能力可高達數百倍至數萬倍不等，因此可以通過對電流的快速高倍放大，讓電流達到設備的啟動要求從而實現設備的快速啟動，而無須耗時等待電流慢慢增大。達林頓晶體管在放大電流時，為了確保將電流放大到合理的數值，同時能夠保持電流的穩定性而不損害設備，就需要通過解算數據模擬對各項參數進行確定，以保證電機控制系統能夠快速啟動并恢復到正常工作狀態。

（2）引入電流串聯正反饋。在使用達林頓晶體管電流放大模塊放大電流時，為了解決諸如飽和降壓過大、運行效率不高的問題，還需要對電氣線路基于達林頓原理進行改裝，繼續加入一些功能性的零部件模塊，從而實現啟動時的電流串聯實時正反饋，提高電機控制系統的可靠性與精準性，在提升啟動速度的同時防止各種故障與意外情況的發生，更加符合電氣控制自動化的設計理念。

（3）使用不同的電機以調節啟動時間常數。在電氣控制自動化系統的設計中，還可以通過對啟動時間常數進行適度調節以達到提升電機重啟性能的目的。比如可以使用慣性力相對更小的電機或者轉矩更大的電機，這些電機的電路性質會有所不同，重啟性能相對也會更好。使用重啟性能更好的電機可以實現調節更改啟動時間常數以完善電氣系統綜合響應性能的目的[3]。

4 結束語

機電設備在運轉中由于斷電或者電壓電流異常而停車是一種比較常見的現象。為了不耽誤生產進度，設備在斷電之后需要盡快啟動并恢復到正常的工作狀態。但在實踐中生產場地斷電之后，其電壓、電流各項參數恢復到設備啟動要求的水平需要很長的時間，且設備啟動過程發生故障的風險也相對較高。因此在對電機控制自動化系統進行設計時，需要采用提高啟動電流、進行電流正反饋和利用自動化監測控制系統來實現電氣線路改進優化，彌補傳統控制系統的不足，并提高啟動過程中的安全性、可靠性。