生产机械的起动与制动方法优化建议

1.生产机械的起动 以图3-18所示的情况为例，电动机的起动转矩起码要大于生产机械的静阻转矩，才有可能由静止状态开始转动起来。电动机的起动转矩包括两部分：一部分克服生产机械的静阻转矩；另一部分克服系统的惯性转矩产生dn/dt。后一部分称为动态转矩。动态转矩（在此也可称为加速转矩）的大小及其在起动过程中的变化规律决定了起动过程的快慢和转速随时间的变化规律。举例说，为了使转速按图3-18b实线所示的直线规律起动，则必须使动态转矩在整个起动过程中保持为常数，即T_d=（GD²/375）（dn/dt）=C。

不同的生产机械，要求的起动转矩是不同的。3.4.1节所述的几种生产机械的负载转矩特性虽然很有代表性，但是在起动过程中生产机械所呈现的静阻转矩常与之有一定的差别，这一点应该注意。图3-19所示为摩擦负载在运转当中所呈现的静阻转矩，但起动初期由于滑动轴承中的油膜尚未形成，呈现出的静摩擦阻力矩较图3-19所示的动摩擦阻力矩为大。又例如在挤压机中被加工的物料的温度高低、量的多少、起重机等搬送机械荷重的大小、索道的情况等都影响起动转矩，类似以上的一些因素都应该事先有所预料。这是起动中所遇到的静阻力矩的因素。另外，对起动过程中电动机的运行状况也应有所考虑。比如对空载起动的一些生产机械，例如大多数的机床主轴和某些风机等，利用额定磁通下的恒转矩特性去起动并不一定是合理的，电动机在起动中的运行效率将变低。这是因为在起动中生产机械对起动转矩的要求并不高，当用额定磁通起动时，电动机的铁损耗将远大于铜损耗，总损耗增大，效率变低。如果适当地减小磁通，则可以使铜损耗接近于铁损耗，得到一种损耗最小、效率最高的起动方案。对于要求快速起动和满载起动的情况，则应保持电动机的主磁通为额定值。在变频的软起动过程中，目标常是尽量减小起动电流，这样可以减小变频器的容量。对起动时间的设定并不追求越短越好，如果保证主磁通为额定值，并通过恰当地设定起动时间，相当于间接地选择了起动过程中的动态转矩，可以减小起动电流和起动损耗。

变频起动中，是通过控制异步电动机的定子电压和定子频率来获得所需的起动性能。根据工程的需要，起动时常有几种情况：或起动电流最小，或起动损耗最小，或起动时间最短。另外，还要考虑避免过大的机械冲击，使起动过程缓和、平滑等。根据通用变频器的功能有如下几种起动方式可供选择。

（1）限流加速：对于有转矩控制功能的变频器和矢量控制式变频器，由于具有快速的电流限制功能，即使转速指令设定成阶跃指令，变频器本身也能把电流限制在允许值以内。就是说可以用变频器的允许最大转矩，实现尽可能快的起动过程，而起动中电流可以被限制在人为设定的范围以内。

（2）限时加速：U/f控制式变频器，多数不具备限制电流的功能，电流冲击过大，可能造成过电流跳闸。对于阶跃式的转速设定，往往在变频器的内部将其变换成随时间线性上升的指令。为了防止过电流，常要调整起动时间，使之与生产机械相适应。以期在不出现过电流的前提下，尽量缩短起动时间，这就是起动时间设定所要遵循的一般原则。

（3）S形加速：通过抑制起动转矩变化率的方式实现S形加速在本章3.1节中已有叙述。S形加速的目的是使加速过程变得缓和些。为了使电梯乘员感到舒适或者使传送带所载的物料不致倒塌，常采用这种S形加速方式。在起动初期和起动末了的加速度，随时间有一个渐变的过程。

上述三种起动方式的性能与用途的比较见表3-16。

这里说明一个问题，通用变频器中的加、减速时间设定功能所设定的时间，是指从零频率上升到变频器最高频率和从变频器最高频率下降到零频率的时间。加速时间设定的约束是将电流限制在过电流容限之内，不应使过电流保护动作；减速时间设定的约束是防止直流回路（滤波电容器）电压过高，不应使过电压保护动作。加速时间的设定，如果频率范围是从n_a到n_b（不是从零到最高转速），加速时间的设定值t_A必须进行换算。这种换算是一种线性关系，即

表3 - 16 变频起动的三种方式

式中 n_max——最高转速；(www.xing528.com)

t_s1——从n_a加速到n_b用户希望的加速时间；

t_A——换算后的设定时间。对于减速时间，也有类似的关系。

2.生产机械的制动 当异步电动机处于再生发电状态时，则产生对生产机械的制动转矩。在制动过程中，电动机的再生能量的处理方式如第2章2.6节中所述，不再重复。这里仅将生产机械几种制动情况下的制动转矩罗列如下：

（1）稳速运行的制动转矩：

●起重机或提升机下放重物时，维持稳定转速使用的制动转矩。

●造纸机、塑料膜、钢板、电线加工线等，传动中维持张力所需的制动转矩。

（2）减速过程中的制动转矩：

●为减小大惯量机械设备自由停车时间而采用电气制动时所需的制动转矩。

●准确停车的控制方式下，为使停止位置准确、减速时速度时间比（减速率）一定所需的制动转矩。

（3）机械在停止状态下所需的制动转矩：变频器驱动的生产机械，在运转或减速中的制动转矩，可以利用异步电动机的发电制动状态。当用于定位停车时，则是在异步电动机发电制动减速到某一较低转速之后，在停车前改用直流制动即异步电动机定子通直流的能耗制动。

以上的制动转矩都是电动机在旋转过程中产生的，均属于电气制动方式。当生产机械静止，需要保持静止的制动时，则应采用机械制动。例如起重机提升机构，重物在空中静止的工况常采用机械制动器实现静止保持。如果机械制动器仅在静止时使用，则具有闸衬（闸皮）磨损少、易维护的优点。作为静止保持或者万一变频器等出现故障的一种补救措施，机械制动器是必不可少的。