機電工程師職稱論文交流異步電機軟起動技術(shù)

　　對于需重載或滿載起動的設(shè)備,若采用軟起動器起動,不但達不到減小起動電流的目的,反而會要求增加軟起動器晶閘管的容量,增加成本;若操作不當(dāng),還有可能燒毀晶閘管。此時只能采用變頻軟起動。因為軟起動器調(diào)壓不調(diào)頻,轉(zhuǎn)差功率始終存在,難免過大的起動電流;而變頻器采用調(diào)頻調(diào)壓方式,可實現(xiàn)無過流軟起動,且可提供1.2~2倍額定轉(zhuǎn)矩的起動轉(zhuǎn)矩,特別適用于重載起動的設(shè)備。但是變頻器的價格就要比軟起動器的價格高得多了。

　　機電工程師職稱論文投稿期刊推薦《機電工程技術(shù)》雜志是機電工程師發(fā)表職稱論文期刊，廣東省級期刊，機械工程領(lǐng)域期刊，是廣東省機電行業(yè)唯一的綜合性技術(shù)刊物，國內(nèi)外公開發(fā)行。雜志1971年廣州市創(chuàng)刊并發(fā)行至今。2000年榮獲廣東優(yōu)秀科技期刊獎;廣東省優(yōu)秀期刊提名獎;高、中級職稱論文資格認定期刊 2010年榮獲廣東省優(yōu)秀期刊提名獎 2011年榮獲廣東省優(yōu)秀科技期刊獎。

　　論文摘要:本文對交流異步電動機的軟起動問題做了分析和研究,提出了異步電動機起動和運行的綜合控制方案。

　　1 前言

　　目前在工礦企業(yè)中使用著大量的交流異步電動機(包括380V/660V低壓電動機和3KV/6KV中壓電動機),有相當(dāng)多的異步電動機及其拖動系統(tǒng)還處于非經(jīng)濟運行的狀態(tài),白白地浪費掉大量的電能。究其原因,大致是由以下幾種情況造成的:

　�、儆捎诖蟛糠蛛姍C采用直接起動方式,除了造成對電網(wǎng)及拖動系統(tǒng)的沖擊和事故之外,8~10倍的起動電流造成巨大的能量損耗。

　�、谠谶M行電動機容量選配時,往往片面追求大的安全余量,且層層加碼,結(jié)果使電動機容量過大,造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象,導(dǎo)致電動機偏離最佳工況點,運行效率和功率因數(shù)降低。

　�、蹚碾妱訖C拖動的生產(chǎn)機械自身的運行經(jīng)濟性考慮,往往要求電力拖動系統(tǒng)具有變壓、變速調(diào)節(jié)能力,若用定速定壓拖動,勢必造成大量的額外電能損失。

　　2異步電動機的軟起動

　　由于工業(yè)生產(chǎn)機械的不斷更新和發(fā)展,對電動機的起動性能提出了越來越高的要求,歸納起來有以下幾個方面;

　　① 求電動機有足夠大的,并且能平穩(wěn)提升的起動轉(zhuǎn)矩和符合要求的機械特性曲線;

　　②盡可能小的起動電流;

　　③起動設(shè)備盡可能簡單、經(jīng)濟、可靠,起動操作方便;

　�、芷饎舆^程中的功率消耗應(yīng)盡可能的少。

　　根據(jù)以上相互矛盾的要求和電網(wǎng)的實際情況,通常采用的起動方式有兩種:一種是在額定電壓下的直接起動方式,另一種是降壓起動方式。

　　2.1直接起動的危害

　　①電網(wǎng)沖擊:過大的起動電流(空載起動電流可達額定電流的4~7倍,帶載起動時可達8~10倍或更大),會造成電網(wǎng)電壓下降,影響其他用電設(shè)備的正常運行,還可能使欠壓保護動作,造成設(shè)備的有害跳閘。同時過大的起動電流會使電機繞組發(fā)熱,從而加速絕緣老化,影響電機壽命。

　�、跈C械沖擊:過大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動機轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損,導(dǎo)致?lián)舸�燒機;轉(zhuǎn)軸扭曲,聯(lián)軸節(jié)、傳動齒輪損傷和皮帶撕裂等。

　�、蹖ι�產(chǎn)機械造成沖擊:起動過程中的壓力突變往往造成泵系統(tǒng)管道、閥門的損傷,縮短使用壽命;影響傳動精度,甚至影響正常的過程控制。

　　2.2老式降壓起動方式的適用場合及性能比較:

　　降壓起動的目的是減小起動電流,但它同時也使起動轉(zhuǎn)矩下降了。對于重載起動,帶有大的峰值負載的生產(chǎn)機械,就不能用這種方式起動。傳統(tǒng)的降壓起動有以下幾種方法:

　　(1)星形/三角形轉(zhuǎn)換器:這種方法適用于正常運行時定子繞組采用△接法的電動機。定子有六個接頭引出,接到轉(zhuǎn)換開關(guān)上,起動時采用星形接法,起動完畢后再切換成△接法。起動電壓為220V,運行電壓為380V。這種起動設(shè)備的優(yōu)點是起動設(shè)備簡單,起動過程中消耗能量少。缺點是有二次電流沖擊,設(shè)備故障率高,需要經(jīng)常維護,所以不宜使用在頻繁起動的設(shè)備上。

　　(2)自耦變壓器降壓起動:三相自耦變壓器(也稱補償器)高壓邊接電網(wǎng),低壓邊接電動機,一般有幾個分接頭,可選擇不同的電壓比,相對于不同起動轉(zhuǎn)矩的負載。在電動機起動后再將其切除。其優(yōu)點是起動電壓可以選擇,如0.65.0.8或0.9UN,以適應(yīng)不同負載的要求。缺點是體積大,重量重,且要消耗較多有色金屬,故障率高,維修費用高。

　　(3) 對于繞線式異步電動機,可在轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器或水電阻實現(xiàn)起動,待起動完成后再將其切除。但頻敏變阻器成本高,而水電阻損耗又大。

　　值得指出的是:盡管各種老式降壓起動方法各有其優(yōu)缺點,但它們有一個共同的優(yōu)點:就是沒有諧波污染。

　　2.3新型的電子式軟起動器

　　所謂“軟起動”,實際上就是按照預(yù)先設(shè)定的控制模式進行的降壓起動過程。目前的軟起動器一般有以下幾種起動方式:

　　(1) 限流軟起動:限流起動顧名思義就是在電動機的起動過程中限制其起動電流不超過某一設(shè)定值(Im)的軟起動方式。主要用在輕載起動的負載的降壓起動,其輸出電壓從零開始迅速增長,直到其輸出電流達到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im,然后在保持輸出電流I　　這種起動方式的優(yōu)點是起動電流小,且可按需要調(diào)整,(起動電流的限值Im必須根據(jù)電動機的起動轉(zhuǎn)矩來設(shè)定,Im設(shè)置過小,將會使起動失敗或燒毀電機。)對電網(wǎng)電壓影響小。其缺點是在起動時難以知道起動壓降,不能充分利用壓降空間,損失起動轉(zhuǎn)矩,起 動時間相對較長。

　　(2)轉(zhuǎn)矩控制起動:主要用在重載起動,它是按電動機的起動轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓,它的優(yōu)點是起動平滑、柔性好,對拖動系統(tǒng)有利,同時減少對電網(wǎng)的沖擊,是最優(yōu)的重載起動方式。它的缺點是起動時間較長。

　　(3)轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動與轉(zhuǎn)矩控制起動一樣也是用在重載起動的場合。所不同的是在起動的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩,克服拖動系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩,然后轉(zhuǎn)矩平滑上升,可縮短起動時間。但是,突跳會給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖,干擾其它負荷,使用時應(yīng)特別注意。

　　(4)電壓控制起動是用在輕載起動的場合,在保證起動壓降的前提下使電動機獲得最大的起動轉(zhuǎn)矩,盡可能地 縮短起動時間,是最優(yōu)的輕載軟起動方式。

　　2.4軟起動器的適用場合

　　(1)生產(chǎn)設(shè)備精密,不允許起動沖擊,否則會造成生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品不良后果的場合;

　　(2)電動機功率較大,若直接起動,要求主變壓器容量加大的場合;

　　(3)對電網(wǎng)電壓波動要求嚴格,對壓降要求≤10% UN的供電系統(tǒng);

　　(4)對起動轉(zhuǎn)矩要求不高,可進行空載或輕載起動的設(shè)備。

　　嚴格地講,起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)當(dāng)小于額定轉(zhuǎn)矩50%的拖動系統(tǒng),才適合使用軟起動器解決起動沖擊問題。

　　3 異步電動機的調(diào)壓調(diào)速

　　異步電動機的調(diào)壓調(diào)速屬低效調(diào)速方式,因為在調(diào)速過程中始終存在轉(zhuǎn)差損耗,因此調(diào)壓調(diào)速有很大的限制,不是任何一臺普通的籠型電機加上一套晶閘管調(diào)壓裝置,就可以實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速的。

　　首先必須改變電動機的外特性,新的外特性必須使電動機有一個寬廣的穩(wěn)定的調(diào)速范圍。一般要采用高轉(zhuǎn)差率電機,交流力矩電機或在繞線式電機的轉(zhuǎn)子繞組中串接電阻的方法,并且要加上轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制,才能進行穩(wěn)定的調(diào)速。

　　其次是要將調(diào)速過程中由于轉(zhuǎn)差功率引起的轉(zhuǎn)子的溫升很好地導(dǎo)出機外,才能實現(xiàn)長期穩(wěn)定工作。這里可采取旋轉(zhuǎn)熱管結(jié)構(gòu),也可采取特殊風(fēng)道冷卻結(jié)構(gòu),都是行之有效的方法。

　　在電力電子技術(shù)高度發(fā)展的今天,變頻調(diào)速裝置的價格已不再昂貴的情況下,再考慮調(diào)壓調(diào)速,似乎已無多大的現(xiàn)實意義了。

　　4結(jié)論

　　(1)電子式軟起動器結(jié)構(gòu)簡單,較之傳統(tǒng)的△/Y起動器,自耦變壓器起動器具有無觸點、無噪音、重量輕、體積小,起動電流及起動時間可控制,起動過程平滑等優(yōu)點,并且維護工作量小。當(dāng)電動機空載或輕載時,節(jié)能效果顯著,特別適用于短時滿載,長時間空載的負載。

　　(2)對于高轉(zhuǎn)差電機,實心轉(zhuǎn)子電機,力矩電機等,尤其是在帶風(fēng)機、水泵類負載時,有較好的調(diào)速性能,但不適用于普通的籠型電機調(diào)速。

　　(3)采用智能控制器,具有完善的電機保護功能,保護整定值設(shè)置方便,保護性能可靠。

　　(4)其最大缺點是由于采用晶a閘管移相控制,故對電網(wǎng)及電機均存在諧波干擾

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