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1、滨江学院滨江学院本科生毕业论文(设计)题题目目 低压电动机抗晃电系统设计低压电动机抗晃电系统设计学生姓名王霆岳学号20172372028系别自动控制系专业电气工程及其自动化指导教师孙宁二二一二二一 年年 四四 月月 二十二十 日日目 录1 绪论.11.1 课题背景.11.2 国内外研究现状分析.21.3 论文研究的主要.32 晃电对电机控制系统的影响.42.1 晃电概述.42.2 晃电的危害.62.3 晃电对控制回路的影响.62.4 防晃电原理.72.4.1 晃电产生的原因.72.4.2 电机抗晃电原理.82.5 本章小结.83 电动机防晃电技术.93.1 防晃电措施的使用原则和方法.93.1
2、.1 防晃电措施的使用原则.93.1.2 防晃电方法.93.2 防晃电装置.103.2.1 延时时间继电器.103.2.2 采用专门的抗晃电交流接触器.113.2.3 TPM-MD 延时节能模块.113.2.4 动力 UPS.123.3 防晃电模块的分类.123.4 本章小结.134 低压电动机抗晃电系统设计.144.1 防晃电模块的基本结构及工作原理.144.2 电动机保护模块构成及工作原理.164.3 装置构成与主要功能逻辑.174.4 应用实例分析.184.6 本章小结.205 结论.21参考文献.22致谢.24低压电动机抗晃电系统设计王霆岳南京信息工程大学滨江学院，江苏 南京 2100
3、44摘要：在工业生产中低压电动机大部分是采用交流接触器、变频器、软启动器来进行控制，由于交流接触器、变频器、软启动器自身的工作特点，当电网出现断电或电压降低到一定程度时，交流接触器由于吸合力不够而释放，变频器和软启动器低电压动作而跳停，从而导致所控制的电机或其它设备停止运行。低压电机在运行过程中因晃电往往跳停,若是关键设备，甚至会影响到系统的稳定运行。本文分析了晃电对电机运行的影响，提出了晃电不停机的解决方法。设计了一种低压电动机保护与防晃电装置。该装置主要由低压电动机保护模块和交流接触器防晃电模块组成。介绍了低压电动机保护模块、交流接触器防晃电模块的构成和工作原理，以及装置的构成与主要功能逻
4、辑，分析了装置的应用。因此，本文对存在的问题进行分析，采取了相应的防晃电措施，提高了供系统的稳定可靠性。关键词：晃电；影响；低压电机；解决方案；交流接触器Design of anti-shaking system for low voltage motorJack.WangBinjiang Institute，NUIST，Nanjing 210044，ChinaAbstract：Low-voltage motor is mostly used in industrial production of ac contactor,frequencyconverter,soft starter to
5、control,because of the ac contactor,frequency converter,soft startersown characteristics,when there is power grid or reduced to a certain extent,the voltage of accontactor release due to suction force is not enough,the inverter and soft starter action and lowvoltage jump stop,Thus causing the motor
6、or other equipment under control to stop running.Lowvoltage motor in the process of running due to electric shock often jump stop,if the key equipment,even affect the stable operation of the system.In this paper,the influence of electric shock onmotor operation is analyzed,and the solution of non-st
7、op electric shock is put forward.Aprotection and anti-shaking device for low-voltage motor is designed.The device is mainlycomposed of low voltage motor protection module and AC contactor anti-shaking module.Thispaper introduces the composition and working principle of the protection module of low v
8、oltagemotor and the anti-shakable electric module of AC contactor,as well as the composition and mainfunctional logic of the device,and analyzes the application of the device.Therefore,this paperanalyzes the existing problems and takes corresponding anti-shaking measures to improve thestability and
9、reliability of the supply system.Key words：Sway electric;Impact;Low voltage motor;The solution;AC contactor11 绪论1.1 课题背景现代大型工业具有下列特征:高温和高压生产过程、易燃和易爆、技术工艺过程复杂、系统停车恢复时间长，设备造价昂贵。由于电力需求大量电气设备的存在，这些公司通常由一个单独 6-10 千瓦配电系统供电。这种供配电系统具有供配电网络系统复杂、供电连续性可靠性要求高、电力负荷密度大、用电设备状况参差不齐、周围化工污染腐蚀环境很恶劣、供配电线路以桥架-电力电缆为主等特点。
10、因此，大型工业企业的供配电系统遭受电网故障冲击、雷击事故、人员操作事故、设备故障等冲击的可能性也大大增加，每次这些事故的发生，都给企业的供电系统带来了极大的负面影响。严重事故会直接造成停电事故，工厂机器停车，造成巨大的经济损失，一般事故也会影响工厂供电系统供电质量，尤其是会造成电压波动。在很大程度上，电力波动会对工业生产设备产生巨大影响，导致许多重要设备停止工作，导致生产过程中断，严重的也会导致整个生产系统停止。电压波动对工业安全生产产生了严重不良影响，并造成设备损坏、环境污染甚至人身伤亡事故，对制造业产生极大损失。因此，在工业企业中，必须大力推动系统抗晃电的工作，以便在电力波动时，生产设备可
11、以继续工作或有计划投切。对于工业企业来说，电力供应主要是 110 千伏，实际生产中还存在着柴油发电机等诸多分布式电源。根据继电保护要求，工业企业电源接入主变低后备保护中复压闭锁过流保护（即时限速断）动作时间一般为 1s 及以下。在微机保护、真空或气体绝缘断路器主流配置下，电网故障切除时间通常不超过 0.5s。如果晃电持续时间超过 1s，在保持用电设备不停机状态，主变压器动作跳闸，造成停电事故。所以我们将晃电定义为:电源电压突然跌落至基频有效值的 10%-90%，且持续 0.5 个周波至 1s，又恢复正常的波动过程。抗晃电不是防止电力电压下降或消失，而是在电压波动时采用一定的防晃电措施，以保持电
12、气设备不会因电压下降而停机，当电压恢复正常时电气设备可以继续运转。闪电、短路故障等原因导致供电系统断路或电压波动的现象被称为“晃电”。由于电网主要是由不同的变电站组成的，特别是 10kV 电路，有多个用户分布点，很容易引起短路或过流故障。在故障发生后，继电保护装置动作将故障电路移除。出现缺陷和移除缺陷之间的时间从 20 毫秒到 700 毫秒不等。此时其他正常电路的电压会减少，导致电力波动。此外，夏季还会有多雷期，电网的电压也会下导致晃电。当电网内部发生终端用户系统线路、配电网、用电设备接地或短路故障,大功率电动机起动开关操作,电容器组投切和电网外部如发电机组投切、大风落物,雷击事故,污闪,均可
13、引起晃电。其中短路故障、闪电袭击和污闪是引起电力波动的主要原因。绝缘子闪络或对地放电由雷击、污闪引起，可引起保护装置动作，导致电压波动，这种电压波动的时间较长，通常持续超过 100 毫秒。电网短路可能会导致系统远端电压下降，潮流方向改变，影响设备使用的正常功能，甚至可能导致严重的事故和经济损失，这取决于短路点的位置。此外，电动机全压启动时的启动电流是额定电流的 4 倍到 8 倍，当大电流通过2系统阻抗时，电压也会突然下降。具体表现为:（1）电压不稳定会短时间发生剧烈的变动，发生突然下降或者突然上升的现象，一个周期内发生的时间通常在 0.20.8 min,并且电压上升下降的幅度会增大。（2）发生
14、电压波动的状况，电压线上会发生比较规整的幅度变化，或者电压的幅度会不定性地随时发生改变，这种现象可以在电压表上看到。（3）可能会发生短时断电，时间范围在 0.53 S。低压电动机大多采用交流接触器、电子软启动器、变频器等进行控制。交流接触器可靠吸合的控制电源电压为 0.85U1.10 U，交流接触器线圈工作电压低于 0.70U0.75U（U 为线圈的额定工作电压)，并且持续时间在 3050ms 时，接触器即会完全释放，电机停止运转。电子软启动器、变频调速器的控制电源取自交流系统，当电压低于额定电压的 70%时也会停机，而关键机组的停机又会导致大机组甚至整个生产装置连锁停车，造成生产过程被迫中断
15、,大量物料放空，造成巨大的经济损失，有时还会引起火灾、爆炸等严重事故发生。如何在晃电发生时保证电动机不停机或者电动机停机后又自启动，使得工厂生产过程不中断是电气工作人员关心的问题。1.2 国内外研究现状分析抗晃电的研究已经被广大用电用户所重视，针对“晃电”故障所带来的危害已经被用户高度重视。特别是连续型生产企业，晃电势必形成生产的停滞或者原料的浪费。“抗晃电”技术经历了几个历程，在最早是使用气囊式时间继电器接点的延时释放功能，当断电后恢复电压时，若时间没有超过接点延时时间，就会直接起动控制回路的起动回路，使电动机重新运行。日本在 80 年代电子技术比较发达，使用的是电子式时间继电器。这种控制方
16、式简单，成本低廉。但是有致命的缺点，一是控制精度低，不能较精确的分配各个机组起动时间，二是不能判定电压恢复达不到要求时是否允许电动机再起动。现在的抗晃电技术应用了单片机技术，比较容易的解决了上述两个问题。现在的产品分为两种，一种是专门为抗晃电而设计的“抗晃电”控制器，其应用简单，不需要改变原有控制回路，可以方便的对原控制回路进行改造。第二种是在电动机微机保护器中集成“抗晃电”功能，但是在设计之初就必须考虑是否需要此功能，以便选型。这两种控制方式最大的特点就是可以设定低电压值和恢复电压值，以及合理配置机组再起动时间。实际使用中还有使用PLC 控制的分批起动方式。除了 PLC 控制的分批起动控制方
17、式外，最后还有一种方式就是利用接触器本身的延时释放，来达到躲过低电压时间的目的。这种方法和第一代相比，属于同一类控制方式。即不判定电压值和机组起动时间，主要用于对连续运行要求比较高的地方。但是这种控制方式也必须建立在保证机组自身安全以及附属设备安全的基础上。利用“抗晃电”技术，可以有效的满是生产装置的连续性要求。目前，国内外针对“抗晃电”技术的研究已经日渐成熟。主要体现在提高低压接触器的抗波动能力上，通过提高电能质量以及利用“抗晃电”模块或更换永磁式接触器上来实现接3触器在电力系统波动时维持接触器不释放。在变频器抗晃电上，国内和国外都广泛使用DC-BANK 直接不间断电源系统技术，用来支撑变频
18、器的运行电压及控制电压。而对于电气设备的本体安全运行性能也是其提高“抗晃电”能力的关键所在。主要体现在运用快切装置，这是对故障电气设备的切除功能，其能最快速度的将故障线路切除，避免事故的扩大。目前国内主要使用的是 ABB SUE3000 快切装置，其特有的快换方式将对故障线路执行全面的措施。UPS 装置是对能够影响生产装置安全平稳运行设备提供不间断电源，UPS 提供的是纯净的电源，可以使用电设备能够躲过晃电的干扰，但 UPS 本身的安全稳定性将是影响其使用性能的最大因素。1.3 论文研究的主要低压电动机的控制电路多采用交流接触器的控制方式，但在系统晃电时发生交流接触器脱离现象，要求长周期连续运
19、转时，必须考虑接触器的晃电对策。目前，接触器主要可以采用与低压电动机保护装置失压再起功独立的接触器，保持电动机防止模块。防晃电保持模块与电源高速切换装置联合，有利于迅速恢复系统的电力供应。但是，在系统晃电的情况下，如果采用传统的低压电动机和防晃电模块，会发生两个问题。(1)因为母线电压降低，低压电机保护装置中的电源模块不能正常工作，失去电动机的保护。(2)晃电模块的维持系统晃电时能保证接触器不释放,但是母线输出电压的下降,转矩电动机负荷不变的情况下输出电流的下降引起电动机电流的增大,然后晃电保护装置的保护功能又失效。本文介绍低压电动机保护及耐晃电装置。既实现了低压电动机的防晃电功能，又避免了晃
20、电时低压电动机保护功能不起作用的问题。42 晃电对电机控制系统的影响2.1 晃电概述晃电是指供电网络电压在 1.5s 瞬间降落之后，及时的恢复正常供电的短暂现象；而电动机起动是针对大于 1.5S 以上电网瞬时失压的。因此，电动机防晃电辅助保持控制器是对1.5 秒以内的晃电，普通应用在电动机接触器元器件的控制回路中，针对超过 1.5s 电网瞬间失压，安装的电动机自启动重合控制器，只限于生产装置区的重要和关键性负荷电动机。国家电网实行各大区并网，环网规模越来越大，用电负荷也越来越大，用电情况也越来越复染，电源中出现的故障率也会随之增加，各种故障导致“晃电”的几率不断提高。晃电最长的持续时间，决定着
21、供电网络的连续性，能否在一定的时间内保持供电的延续性。交流接触器备在一定时间内保持吸合状态，可以实现供电的不间断性，一般情况下是在低电压不低于 0.45 额定电压，还对就是失电时间处于 60ms 以内情况下，就可以实现。60ms 这么短的时间对于常规的微处理器来说，己经超出微处理器的电压采样周期时间，所以在瞬间电时微处理器后动设备是没有响应的。在动力系统装置中，电动机和其他电动设备都是靠控制回路进行控制启动和停止，一般的控制回路组成主要是由按钮、继电器、开关和接触器等。由这些元器件组成的控制回路习惯上叫为接触器制系统。在电气控制问路中，简单的控制回路和杂的控制回路，复染的控制问路有很多种不同的
22、控制器件构成。这个需要使用者对电路图和元器件有一定的认知度，对工作原理的了解，以及元器件的结构。作为控制的元器件来说，种类繁多，但最主要分为两种，一般都是手动和自动两类。手动的电器比较简单，主要是靠人进行动操作，比较刀闸、按钮等。自动电器则复杂得多，是通过各种控制指令、程序或者限位开关等起到自动控制，比如电磁阀、限位开关、各类继电器和接触器等。本篇论文论述和晃电相关的元器件主要是接触器，下面将详细介绍交流接触器。接触器分为直流和交流两种类型，是电气控制回路中的一种自动开关，主要用在电力拖动中。其中，交流接触器应用的比较多，主要用在电机及其相关电气设备接通和断开主控制回路。图 2.1 就是普通的
23、交流接触器的一般结构图。从图中，可以了解到交流接触器主要由两部分组成，即触头和电磁铁。工作原理是通过电磁线通电，使得电磁铁产生吸引力，依靠电磁铁的吸引力动作，使得常开触头吸合，常闭触头打开。5图 2.1 接触器工作原理图交流接触器具有两个触头，习惯上分为主触头和辅助触头两种。主触头主要是接通一次控制回路电源，能够通过较大的电流，而辅助触头只是二次控制回路中的触点，通电电流较小。一般的交流接触器都有一个主触头，几个常开辅助触头及几个常闭辅助触头，交流接触器主触头在动作时产生一定的电弧，特别是主触头断开时电弧较大，容易烧坏触头，也会增加一次回路的断开吋间，对安全停车不利，由此，交流接触器都设计有灭
24、弧装置。设计上，交流接触器的触头做成有利于灭弧的桥式结构，优点我通过两个断点，可以达到在主触点分开时降低断点电压，让产生的电弧易于自行熄灭，而且因为各相之间设有绝缘隔板，避免相间产生短路现象的发生。如果是特大电流的交流接触器，还会设计一个专门的灭弧装置，比如真空密闭室，油灭弧室等。交流接触器平面电流符号如图 2.2 所示。图 2.2 接触器电路符号交流接触器不同的型号有不同的额定电流、线圈电压及辅助触头的个数，选择时根据使用设备的实际需要，选用合适的交流接触器，确保设备的安全可靠应用。对于连续生产企业来说，交流接触器作为控制回路中不可或缺的元器件，在电网出现晃电时，因为电压瞬间的下降，甚至完全
25、失压，由接触器的结构可知，电磁线圈会因为晃电短暂释放磁吸力，使得接触器主触头断开，将会造成运行中的电机停车，影响生产的连续进行，有可能还会造成设格的损坏，给生产企业带来巨大的经济损失。根据统计资料可知，交流接触器对电压的要求范围是电压不能低于 50%，如果在低于 50%电压时间达到一个周波时间将会造成接触器触头脱6扣；当电压低于 80%以上，具有 5 个周波时间时接触也将脱扣。2.2 晃电的危害低压电动机的运转多由交流接触器、软起动器、变频器等起动控制装置控制。“晃电”时交流接触器因线圈电压低于其吸合电压而放出，软启动器和变频器也因低于控制电压而跳停。因此，在工业生产中由于“晃电”很多重要的低
26、压电机停止。重要设备一旦停止，大机组乃至整个生产装置就会连锁停止，最终导致连续生产过程中断，生产装置被迫紧急停止，给企业带来巨大的经济损失，有时还会发生恶性事故。2.3 晃电对控制回路的影响生产中，电气设备大部分都是使用带有接触器的控制柜，方便状态监控和远程操作。带有接触器控制的电动机基本控制回路如图 2.3 所示：图 2.3电动机基本控制回路如图所示，二次回路控制电源取自一次侧母线电源，由交流接触器工作原理可知，当电网电压出现晃电，控制电源也将随之波动，当波动电压不高于接触器线圈电压额定值的 50%时超出一个周期时接触器触头将释放脱扣：而当控制电源处在并且时间方而超过五个周期将造成接触器脱扣
27、释放。电网电压出现波动时，控制电源电压值随之降至接触器线圈的吸合电压值时，交流接触器的主触头将瞬间脱扣，接触器的自保持触点释放，将导致电动机跳车停运，如图 2.4 所示。瞬间的电网晃电，发生的过程都非常的短暂，运行中的电动机由于惯性原因，即便接触器脱扣停机，转速也不会瞬间降得厉害，从电动机电磁平衡原理来说，短暂的晃电，电动机还保持一定速度的运转，如果随着电网的迅速恢复正常重新启动，启动电流对电网的冲击不是很大，所以晃电后电机重启是可看为可行的启动方案。7图 2.4 晃电对接触器的影响2.4 防晃电原理对于连续生产的企业来说，比如石油化工、电解、冶炼等工厂，生产过程中，意外的停车，破坏连续生产流
28、程，中断生产，容易产生大量的废品、次品，甚至损坏生产设备，给企业带来巨大的经济损失。所以对于连续性生产要求比较高的企业来说，对电动机等动力生产设备要求具有抗晃电的功能，具有防晃电控制系统的接触器如图 2.5 所示：图 2.5 晃电对防晃电接触器的影响2.4.1 晃电产生的原因晃电产生的原因及现象，当供电系统在正常运行过程中受到雷击、短路故障、大容量电机直接起动等的冲击下，会造成系统电压短时间内的大幅度波动或瞬间失电，这种现象通常称为“晃电”。晃电主要有以下几种情况：（1）电网电压短时间内出现骤降、骤升，此波动持续时间为 0.5 个周波至 1 分钟，电压上升或下降达到额定电压的 100180%或
29、 1090%。（2）电压闪变，电压波形包络线呈规则的变化或电压幅值一系列的随机变化，一般表现为人眼对电压波动所引起的照明异常而产生的视觉感受。8（3）短暂时间内电网失压，持续时间 0.5 个周波至 3 秒的供电中断。晃电发生的原因和现象,电力供应系统通常遭受雷击，短路故障，大容量电机直接启动等冲击，在短时间内系统电压大幅变动或瞬间停电。晃电主要有以下情况：(1)电网电压在短时间内急剧上升或下降，其波动时间为 0.51 分钟，电压上升或下降可达额定电压的 100180%或 1090%。(2)电压闪烁，电压波形包络的规律变化是电压振幅值的随机序列变化，一般是由人眼对电压变化的视觉感受。(3)短时间
30、内电网失去电压，从 0.5 秒循环到 3 秒电力中断。2.4.2 电机抗晃电原理电动机抗“晃电”，是指在生产中经常投入运行电动机，因供电网络瞬间波动，使得电动机速度降低或完全停止运行的情况下通过再起动控制器重新起动，再起动控制器实时监测电网的电压，当供电系统网络出现刹那间失压造成低压接触器的自锁点触点打开，在设定的参数时间内，接触器的辅助触点会自行接通，瞬间因为失压释放的接触器再次自动接通。2.5 本章小结本章主要对晃电进行概述，简要说明控制回路系统，通过介绍控制回路中交流接触器的组成、工作原理和分类，分析晃电形成的原理，以及对电机控制回路的影响，并分析了电动机防晃电原理。93 电动机防晃电技
31、术3.1 防晃电措施的使用原则和方法3.1.1 防晃电措施的使用原则为了保护设备，防晃电要求是，只有在短时间内的晃电，一般才允许动设备自行启动，这样的抗晃电措施才不免与损伤设备。如果超出这段时间，因为电动机的转速等动设备已经背离了自启动要求，生产因为晃电已经被迫停产，这个时候抗晃电措施就不能在自行投入了，否则将会对设备有定的冲击，必须避免供电恢复正常后的盲目自行启动，特别是禁止手动或者故障停车的设备自动启动。3.1.2 防晃电方法从控制方面来说，电动机抗晃电自行再启动的方法，主要有两种控制方式，即无控式和可控式。无控式方式：指的是在供电网络出现短暂晃电后，在恢复供电的瞬间，生产装置本来运行的电
32、动机全部立即再启动。该方式电路比较简单，应用的控制元器件也比较少，便宜实惠，但具在不少不足之处：首先是对供电网络容量的要求，全部电机再次启动冲击电流较大，如果供电系统容量不足，在电动机残存电压而产生电流及转矩冲击并且因为多台电动机在同一个时间启动，产生较大的非周期性的冲击电流，极大可能导致变压器过载，当电动机最大转矩低于负载转矩时，再启动将不能实现，不能确保晃电后立马实现再次自动恢复启动设备。可控式方式：此种方式分几种情况，要是在供配电系统故障时，记录各种电动机的运行状况，在供配电系统电压恢复正常以后，根据生产的实际需要分批控制再启动电动机，依次将生产中运行的电动机恢复次启动。对控式抗晃电再启
33、动方式要有 2 种，即成组分批再次启动和延时分别再次启动。成组分批再次启动是指按照要求，多台电动机组成一组，各组之间有一定的时差，一组一组的分批次再启动；延时分别启动是根据生产需要再次启动的电动机比较多，而电源容量偏小，对电动机分先后顺序一台台的分别启动，延时启动时间由时间继电器进行控制，设定一定的时间差。自控方式选用哪一种，将根据变压器的容量大小、负荷率的高低和需要再次启动电动机，以及生产工艺流程的实际需要。在工业现场中目前采用较多的，学界较认可五种方法如下：（1）提高内部电网的抗晃电能力。在电网中事故多发输配电线路上加装大容量电抗器，在电力系统发生短路时，会产生数值较大的短路电流，造成电网
34、系统产生晃电现象。在输配线路出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流达到稳定电网电压的功能，增强电网抗晃电的能力。（2）低压母线进线开关屏蔽欠压保护功能，提高低压供电系统的抗晃电能力。对所有进线开关进行分型号排查梳理，低压系统进线开关摘除欠压保护线圈，开启低电压延时保护功能，正确办理工作票，合理倒闸;利用检修时间对部分的低压进线开关的欠压线圈摘除，实现晃电发生后进线开关连续工作，保证供电系统的安全稳定。（3）重要电机自启动采取分批自启动控制。电动机自动启动可以使用断电延迟的继电10器完成，也可使用综保保护器的自启动功能实现。若晃电后电压突然恢复正常，具备自启动功能的电机全部同时启动，
35、又会对电网系统产生冲击，产生出新的晃电。因此，必须对自启动电机在晃电后采用分批自启动控制，即根据电网的容量及电机设备重要性，利用预先设定好的程序及逻辑控制，合理设置自启动电机分批延时启动。（4）A 类低压设备控制电源采用 UPS 供电。控制电源 UPS 供电的低压电动机具备防晃电系统的功能。晃电造成电机停车的原因是接触器线圈进行了释放工作，使电动机失电工作停止。所以只要使接触器在发生晃电时不释放，就可以保证电机正常运行。若电机的控制系统发出断开连接指令，接触器电气分闸导致电机电源切断。当系统发生晃电时，接触器的线圈可以凭借 UPS 供给的有效电源来完成抗晃电工作，保证主触头的正常吸合，使电机可
36、以正常运转。若主电路失电时间过长导致系统指令性停车，电机的控制回路分断交流接触器。即使电压恢复也不会发生电机自启动而引发事故，不会产生安全隐患。（5）B 类低压设备采用防晃电交流接触器。根据设备分级的原则,B 类中重要低压单机设备选择使用储存电源的接触器来减少晃电产生带来的影响。防晃电接触器的内部结构式双线圈具有吸合效率高、速度快、性能稳定等优点,接触器吸合、释放工作时快捷又准确;当电源正常工作时,控制模块存储能源,接触器的吸合分离正常运转,晃电发生时,控制模块启动,释放储存能源保证接触器正常吸合工作。当电源电压正常时,控制模块自动切换到存储能源状态。试验证明,使用防晃电交流接触器设备后，降低
37、了由于电机突然中断运转造成的损失。3.2 防晃电装置3.2.1 延时时间继电器常规的分批自动原理是利用时间继电器延时断开回路触点实现的，具体的将就是晃电出现的瞬间，时继电器失电，闭触点延吋打开，在整定的时叫内，如果电网恢复正常供电，时间继电器延时触点因为没有真正打开，处在导通状态，电动机将能重新启动。工作原理图3.1 所示。图 3.1 延时时间继电器其缺点是控制复杂，时间难以同步，只能控制一台设备，现在的石油化工企业几乎没有采用。由控制分批自起动的电动机顺序控制起动，系统的核心为一套可编程控制器，整个逻11辑控制在执行前便输入模块的记忆领域，并依靠锂电池维持断电后程序和数据。该系统在电网对电动
38、机的晃电恢复后，可按设定程序控制电动机组按批顺序连续高速自动恢复，其原理如图所示。电压发射器将母线电压转换成直流信号，输入部将直流信号转换成数字信号，最终传送到模块进行比较计算，判断电压是否正常。控制单元完成采集母线电压和电动机状态后进行逻辑判断，接受操作指令，顺序输出各电机起动命令，执行单元接受控制单元指令，执行顺序起动电机任务。由于其功能强大，可以设置几十甚至上百台电动机的顺序，并且操作维护方便可靠，在石化企业得到较广泛的应用。多年的实际运用经验，总结出这样的晃电措施，可以避免以上的晃电跳车事故发生。这种防晃电措施主要应用在电动机负荷较集中的变电所，对于电动机负荷较分散的变电所，从经济性考
39、虑就不太适用。3.2.2 采用专门的抗晃电交流接触器某石化企业在采用特有的抗晃电交流接触器的一次事故中，由于水源地深井电动机、油品装置电动机（负荷较分散）未采取防晃电措施，给生产带来很大的影响。经过研究，确定选择使用电源储能原理的防晃电接触器。该系列抗晃电接触器的结构主要是由双线组成，特点触点吸合迅速，动作灵敏，触头和辅助触点吸合及释放都十分干脆，没街谓的跳动。防晃电接触器在正常的情况下，控制模块是储能状态，和一般接触器并无二样。当出现晃电现象导致电压降至接触器的维持电压之下时，控制模块就开始了工作，以释放储能的方式保证接触器处吸合状态。晃电瞬间过后，电压电恢复后，控制模块又回到储能状态。该接
40、触器的控制模块，应用的是具有电源转换元件的特殊模块。在要远离厂区的水井以及油品装置等相对比较分散的地方，经过实际运行，可以有效防止因低电压引起的电动机跳闸现象。其原理如图 3.2 所示：图 3.2 抗晃电交流接触器3.2.3 TPM-MD 延时节能模块TPM-MD 延时节能模块不仅具有延时功能，还具有节能效果，其控制原理和功能接线如图 3.3。此模块尺寸小，可在抽屉式低压柜中采用导轨式安装，线路改造简便，不用更换接触器，节能效果明显，但还处于试用阶段。12图 3.3 延时节能模块3.2.4 动力 UPS动力 UPS 和普通商用型的不一样，它的应用领域是变频器控制的设备，主要是应对多台低压电动机
41、的理想不间断电源系统。和普通有很大的区别，普通的只是给用电设备提供不间断电源，一般设计容量是用电设备的五至七倍，如果是加变频器带电动机启动，其设计容量是电动机功率的二至三倍。动力 UPS 和普通结构也不相同，普通的向变频器提供的是交流电源，有逆变过程，而动力 UPS 是直接提供直流电源给变频器使用，这样就不存在交流变直流，直流变为交流的硬件设备，故障率变低，可靠性更高了。普通的整流模块不单给逆变器提供额定直流功率，还要给电池充电，但只有一个过程，就是只给电池充电，这样它的功率就可以大大的降低了，只有普通功率的百分之是左右，容量小，制作成本低，还有效提供安全可靠性。从结构来说，是变频器和直流支撑
42、系统组成的。一台容量是够大的直流支撑系统，不只是支持一台电动机的使用，而是满足多台甚至是上百台电动机在供电网络晃电发生时同时使用，在停电的情况下也可以提供一定时间内的不间断电源。动力 UPS 的一大特点是在电网晃电吋，可以给变频器母线提供电压补偿，确保变频器电压不至于瞬间降低，实现维持变频器的正常工作电压，其工作原理如图 3.4 所示。一般通用变频器都具有断电后动起动、捕捉再起动及故障后自动再起动功能，大部分场合通常使变频器自身的这些功能进行调节控制电动机，不额外加装。图 3.4 动力 UPS3.3 防晃电模块的分类防晃电模块按外观可以分为：插拔式结构与固定式结构。（1）插拔式结构插拔式防晃电
43、模块体积小可安装在空间小的低压柜中。防晃电模块插拔式分为 8 插针型和 11 插针型，两种型号模块大小基本相同，8 插针型具有 1 个启动接点和 1 个信号接点，1311 插针型具有 1 个启动接点和 2 个信号接点。模块的连接方式如下:1 端子和 2 端子是电源的输入端子，1 号端子与控制电源同相并接在控制保险的后端。端子 3、4 是接触器的被动和主动打开的辅助触点，用于检查电动机的工作状态。电源连接 1、2 端子后，不关闭 3 和4 个端子；一旦电动机启动，端子 3、4 被关闭，防晃电模块开始工作。端子 6、7、8 重新启动控制输出接点，与接触器的自维护启动触点并联；它们被用来在受到冲击时
44、重新启动。接触端子 5、6、7 是维持运行信号的输出保持节点,当 3 和 4 端子闭合后运行节点延时闭合，用于电动机运行状态至 DCS 联锁信号，晃电时限时保持运行状态信号，不会引发 DCS 联锁停机。设备正常停机或保护动作停机时，5-7 端子 RUN 运行状态信号接点立即释放，只在发生晃电时输出接点才会限时保持，9 端子和 10 端子 RUN 信号输出接点作用同 5、6、7 端子作用相同。（2）固定式结构固定式结构模块比插拔式防晃电模块的体积大，它具有 1 个启动节点、1 个复位接点、2 个信号接点。固定式结构模块的接线方式为：1、2 端子为电源接入端子。端子 3 和 4 为电动机启停信号输
45、入端子，接触器无源触点闭合激活控制器的输出控制电动机是否开始运行。端子 5 和 6 为晃电模块从新启动端子，并联在接触器的自启动接点上，用于晃电再启动控制。端子 7 和 8 是当发生晃电出现低电压时对外复位变频器发出低电压报警信号。端子 11、12和端子 13、14 功能重复，用于发生晃电时仪器联锁信号限时保持，用于电动机晃电自启动。3.4 本章小结本章分析了防晃电装置的工作原理，研究了产生晃电的主要原因，介绍了故障引起的几种不同晃电类型，进一步分析了电动机抗晃电的原理，在此基础上研究防晃电技术，主要介绍在工业企业中常见的继电器、抗晃电交流接触器、延时节能模块、动力 UPS 等四种防晃电方式，
46、在此基础上介绍了防晃电模块的分类和不同类型防晃电模块的基本特点。144 低压电动机抗晃电系统设计4.1 防晃电模块的基本结构及工作原理图 4.1 所示为低压电动机防晃电模块的基本结构。模块由 4 部分构成:超级电容模组储能与电源变换部分；可变直流电压输出与交直流切换部分；电流、电压采集与切换闭锁部分；显示与数据通信等功能部分。图 4.1 防晃电模块构成框图防晃电模块中 KL、KN 端子为低压电动机控制电压输入，经过交直切换电路处理后的电压输出到 XL、XN 端子。PL、PN 端子是防晃电模块的电源输入端子。RJ11 接口与 RS485总线并联，外部采用多芯线与电动机保护模块和其他电动机防晃电模
47、块实现联接。通过地址拨码方式设置防晃电模块的 ID 号来辨别不同防晃电模块于晃电信号告警继电器的常开节点输出信号由 DO1、DO2端子输出。2 位数码管用于晃电时间设定以及事件代码显示。超级电容模组储能与电源变换部分含有一个整流电源模块和三个斩波电源模块。图 4-1中的 POW1代表整流电源模块,可输入 80260V 交流电压，输出 15V 直流电压，最大流通电流 1A。电源正常供电时，整流电源模块经限流电阻 R 对超级电容模组进行充电。当电压降低到交流 80V 以下时，二极管 D2 导通而 D1 截止，保证超级电容组只对后续负载供电。POW2和 POW3为斩波电源模块，POW2可输入直流电压
48、 1035V，可输出直流电压 95V，最大流15通电流 0.5A。POW3可输入直流电压 6095V，可输出电压为直流 220V，最大流通电流 0.02A，POW3带输出限流功能，主要作用是为高压电容 E2,储能。POW4是隔离型斩波电源模块，输入直流电压 1035V，输出直流电压 5V，最大 1.2mA 为微处理器及控制电路提供电源。可变直流电压输出和交直流切换部分由半桥斩波电路和交直流切换电路、切换保护电路三部分组成。半桥斩波电路如图 4.2 所示。微处理器控制 PWM1,输出一个占空比连续可调的电压信号，该电压信号经过光耦隔离后与驱动电路相连。半桥斩波电路的上桥臂 Q1和下桥臂 Q2交替
49、导通，形成可调的直流电压 VDC对外输出。图 4.2 半桥斩波电路图交直流切换电路如图 4-3 所示，继电器 DLJ 的常闭节点和电子开关 S1 并联后串联到KL 回路，电子开关 S2,串接二极管 D 后并接到 KL 回路。防晃电模块在初始上电时，电子开关 S1和 S2,截止，DLJ 常闭节点闭合，KL、KN 与 KL*、KN*回路直通。接触器合闸 20ms后，微处理器控制电子开关 S 先导通 DLJ 常闭接点后断开。系统晃电时，控制电子开关 S1先截止 S2后导通，截止交流回路的同时将 VDC电压输出到 KL*、KN*。图 4.3 交/直流切换电路图电流传感器 CT 将接触器控制回路的电流信
50、号变换为电压信号 AIac，AIac 信号经处理后与切换闭锁值 Vset 进行比较，如果 AIac 大于闭锁值，锁存器就会闭锁交/直切换电路，控制逻辑保持 DLJ 常闭接点闭合，S1 和 S2 截止。AIac 小于闭锁值并经人工确任后，程序输出复位信号 RES 解除切换锁定。防晃电模块微处理器是美国微芯公司带有 DSP 引擎的 16位单片机，型号为 dsPIC33FJ128GP306，128KB 片内 Flash，16KB 片内 RAM。164.2 电动机保护模块构成及工作原理低压电动机保护模块构成如图 4 所示。模块由 4 部分构成:电源处理以及储能部分，主回路电流、电压采集部分，数字开入开