浅谈电机控制系统快速启动的电气线路改进方案

湖南工业大学 湖南 株洲 412000

引言

在电机运转过程中有时会因为突发情况而导致短暂供电中断或者异常，令电机停转。而供电正常之后，电机系统由于电路设计方面的约束，需要较长的一段时间来恢复启动，这就导致整体工作效率严重滞后。甚至有时候电机在重新启动并进入工作状态时还会由于控制系统的设计缺陷而容易出现故障，不得不额外耗费时间精力来进行检修排障。因此对于电机控制系统进行合理设计，以缩短电机从停机到完全启动状态的耗时，并同时降低故障的发生概率，就具有重要的现实意义。

1 电机控制自动化系统应用的意义

（1）安全性与可靠性更高。随着电气自动化技术的发展进步，电机控制系统的效率及功能、安全性与可靠性与以往相比都有了本质的提升。我国电气自动化发展虽然起步较晚，但其发展速度较快，并已取得了丰富的专利成果与一些关键领域的突破。我国工业生产电机控制自动化程度不断提高，也是未来机电设备领域发展的必然趋势。目前基于PLC的电机控制系统已经全面普及应用，并体现出了诸多的优势，包括与人工控制相比更高的安全性、可靠性；其本身体积较小、使用寿命长且可实现的功能更多，因而能够满足工业生产场景的多种实际控制需求；可实现对设备运行状态的实时远程监测与远程操控，操作人员无须直接进入生产场地，保障了生产安全，且降低了人为失误导致故障的发生概率。

（2）智能化程度更高。基于PLC的电机控制系统具有智能化、可编程的优势，因而能够通过编程对控制过程应用多种参数与功能。目前部分PLC电机控制系统已经支持实时在线可视编程。PLC电机控制系统还具有对电磁场干扰不敏感、耐各种恶劣的环境、耐机械振动的优势，因此被越来越广泛地应用于工业生产中对机电设备的控制，助力工业生产向着高效化、智能化的目标全面转型，实现很多仅靠人工监测控制时难以实现或根本无法实现的控制功能，也降低监测控制的成本[1]。

2 电机控制实现的要求

（1）与计算机技术相结合。PLC电机控制系统很多都已经支持自定义编程甚至实时在线编程。因此为电机控制自动化很多定制功能的进一步实现提供了良好的支撑。PLC电机控制自动化系统与计算机技术相结合，可以令操作人员无须亲临现场操作设备，通过网络连接即可远程完成对机电设备的监测、操控等。由于电机系统在启动过程中电流较大，存在一定的危险性，因此PLC电机控制自动化系统用于电机控制系统快速启动也就具有了无可替代的优势。

（2）保持自身内部与外部构件的良好衔接。电机控制系统唯有在保持内部与外部构建良好衔接的情况下，才能实现各个环节高效的衔接协作，达到对电机运行状态全时全面监测，并实现多种控制功能的目的。电机控制自动化程度的提升的前提就是电机控制系统要全方位覆盖而不留盲区死角。

（3）确保变频调控系统的正常工作。支持基于PLC的电机控制系统持续正常运作的核心就是变频调控系统。传统的电机控制系统虽然也能够实现一定的自动化控制，但存在电压波动过大时则导致正常控制功能无法实现乃至控制设备损坏的问题。而如今自动化、智能化的电机控制系统一方面要确保多项控制功能的实现，另一方面还要保障工作中的稳定性。这就需要变频调控系统来及时应对冲抵工作过程中电流电压的异常波动。因此可以说变频调控系统的稳定性决定了整个电机控制系统的可靠性[2]。

3 电机控制系统快速启动的电气线路改进方案

（1）使用达林顿晶体管放大电流。有时电机控制系统无法快速启动是因为实时电流持续过低，达不到启动要求，此时就可以使用达林顿晶体管来放大电流。达林顿电路接法有四种。其中异极性接法类型为NPN+PNP与PNP+NPN，同极性接法为NPN+NPN和PNP+PNP。达林顿晶体管即采用复合连接方法的晶体管，一般由两个三极管连接构成，具体又可以分为普通型或升级型。后者与前者相比增加了起到保护作用的专门电路，以提高放电电流的稳定性与实际效果。在实际应用中，达林顿晶体管对电流的放大能力可高达数百倍至数万倍不等，因此可以通过对电流的快速高倍放大，让电流达到设备的启动要求从而实现设备的快速启动，而无须耗时等待电流慢慢增大。达林顿晶体管在放大电流时，为了确保将电流放大到合理的数值，同时能够保持电流的稳定性而不损害设备，就需要通过解算数据模拟对各项参数进行确定，以保证电机控制系统能够快速启动并恢复到正常工作状态。

（2）引入电流串联正反馈。在使用达林顿晶体管电流放大模块放大电流时，为了解决诸如饱和降压过大、运行效率不高的问题，还需要对电气线路基于达林顿原理进行改装，继续加入一些功能性的零部件模块，从而实现启动时的电流串联实时正反馈，提高电机控制系统的可靠性与精准性，在提升启动速度的同时防止各种故障与意外情况的发生，更加符合电气控制自动化的设计理念。

（3）使用不同的电机以调节启动时间常数。在电气控制自动化系统的设计中，还可以通过对启动时间常数进行适度调节以达到提升电机重启性能的目的。比如可以使用惯性力相对更小的电机或者转矩更大的电机，这些电机的电路性质会有所不同，重启性能相对也会更好。使用重启性能更好的电机可以实现调节更改启动时间常数以完善电气系统综合响应性能的目的[3]。

4 结束语

机电设备在运转中由于断电或者电压电流异常而停车是一种比较常见的现象。为了不耽误生产进度，设备在断电之后需要尽快启动并恢复到正常的工作状态。但在实践中生产场地断电之后，其电压、电流各项参数恢复到设备启动要求的水平需要很长的时间，且设备启动过程发生故障的风险也相对较高。因此在对电机控制自动化系统进行设计时，需要采用提高启动电流、进行电流正反馈和利用自动化监测控制系统来实现电气线路改进优化，弥补传统控制系统的不足，并提高启动过程中的安全性、可靠性。