本文摘要：對于需重載或滿載起動的設備,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,還有可能燒毀晶閘管。此時只能采用變頻軟起動。因為軟起動器調壓不調頻,轉差功率始終存在,難免過大的起動電流;而變頻
對于需重載或滿載起動的設備,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,還有可能燒毀晶閘管。此時只能采用變頻軟起動。因為軟起動器調壓不調頻,轉差功率始終存在,難免過大的起動電流;而變頻器采用調頻調壓方式,可實現無過流軟起動,且可提供1.2~2倍額定轉矩的起動轉矩,特別適用于重載起動的設備。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》雜志是機電工程師發表職稱論文期刊，廣東省級期刊，機械工程領域期刊，是廣東省機電行業唯一的綜合性技術刊物，國內外公開發行。雜志1971年廣州市創刊并發行至今。2000年榮獲廣東優秀科技期刊獎;廣東省優秀期刊提名獎;高、中級職稱論文資格認定期刊 2010年榮獲廣東省優秀期刊提名獎 2011年榮獲廣東省優秀科技期刊獎。
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),有相當多的異步電動機及其拖動系統還處于非經濟運行的狀態,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:
①由于大部分電機采用直接起動方式,除了造成對電網及拖動系統的沖擊和事故之外,8~10倍的起動電流造成巨大的能量損耗。
②在進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,結果使電動機容量過大,造成“大馬拉小車”的現象,導致電動機偏離最佳工況點,運行效率和功率因數降低。
③從電動機拖動的生產機械自身的運行經濟性考慮,往往要求電力拖動系統具有變壓、變速調節能力,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
由于工業生產機械的不斷更新和發展,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,并且能平穩提升的起動轉矩和符合要求的機械特性曲線;
②盡可能小的起動電流;
③起動設備盡可能簡單、經濟、可靠,起動操作方便;
④起動過程中的功率消耗應盡可能的少。
根據以上相互矛盾的要求和電網的實際情況,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),會造成電網電壓下降,影響其他用電設備的正常運行,還可能使欠壓保護動作,造成設備的有害跳閘。同時過大的起動電流會使電機繞組發熱,從而加速絕緣老化,影響電機壽命。
②機械沖擊:過大的沖擊轉矩往往造成電動機轉子籠條、端環斷裂和定子端部繞組絕緣磨損,導致擊穿燒機;轉軸扭曲,聯軸節、傳動齒輪損傷和皮帶撕裂等。
③對生產機械造成沖擊:起動過程中的壓力突變往往造成泵系統管道、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矩下降了。對于重載起動,帶有大的峰值負載的生產機械,就不能用這種方式起動。傳統的降壓起動有以下幾種方法:
(1)星形/三角形轉換器: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,接到轉換開關上,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。這種起動設備的優點是起動設備簡單,起動過程中消耗能量少。缺點是有二次電流沖擊,設備故障率高,需要經常維護,所以不宜使用在頻繁起動的設備上。
(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,低壓邊接電動機,一般有幾個分接頭,可選擇不同的電壓比,相對于不同起動轉矩的負載。在電動機起動后再將其切除。其優點是起動電壓可以選擇,如0.65.0.8或0.9UN,以適應不同負載的要求。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,可在轉子繞組串接頻敏變阻器或水電阻實現起動,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缺點,但它們有一個共同的優點: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”,實際上就是按照預先設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先設定的電流限值Im,然后在保持輸出電流I 這種起動方式的優點是起動電流小,且可按需要調整,(起動電流的限值Im必須根據電動機的起動轉矩來設定,Im設置過小,將會使起動失敗或燒毀電機。)對電網電壓影響小。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,損失起動轉矩,起 動時間相對較長。
(2)轉矩控制起動:主要用在重載起動,它是按電動機的起動轉矩線性上升的規律控制輸出電壓,它的優點是起動平滑、柔性好,對拖動系統有利,同時減少對電網的沖擊,是最優的重載起動方式。它的缺點是起動時間較長。
(3)轉矩加突跳控制起動與轉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矩,克服拖動系統的靜轉矩,然后轉矩平滑上升,可縮短起動時間。但是,突跳會給電網發送尖脈沖,干擾其它負荷,使用時應特別注意。
(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矩,盡可能地 縮短起動時間,是最優的輕載軟起動方式。
2.4軟起動器的適用場合
(1)生產設備精密,不允許起動沖擊,否則會造成生產設備和產品不良后果的場合;
(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)對電網電壓波動要求嚴格,對壓降要求≤10% UN的供電系統;
(4)對起動轉矩要求不高,可進行空載或輕載起動的設備。
嚴格地講,起動轉矩應當小于額定轉矩50%的拖動系統,才適合使用軟起動器解決起動沖擊問題。
3 異步電動機的調壓調速
異步電動機的調壓調速屬低效調速方式,因為在調速過程中始終存在轉差損耗,因此調壓調速有很大的限制,不是任何一臺普通的籠型電機加上一套晶閘管調壓裝置,就可以實現調壓調速的。
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定的調速范圍。一般要采用高轉差率電機,交流力矩電機或在繞線式電機的轉子繞組中串接電阻的方法,并且要加上轉速閉環控制,才能進行穩定的調速。
其次是要將調速過程中由于轉差功率引起的轉子的溫升很好地導出機外,才能實現長期穩定工作。這里可采取旋轉熱管結構,也可采取特殊風道冷卻結構,都是行之有效的方法。
在電力電子技術高度發展的今天,變頻調速裝置的價格已不再昂貴的情況下,再考慮調壓調速,似乎已無多大的現實意義了。
4結論
(1)電子式軟起動器結構簡單,較之傳統的△/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,起動過程平滑等優點,并且維護工作量小。當電動機空載或輕載時,節能效果顯著,特別適用于短時滿載,長時間空載的負載。
(2)對于高轉差電機,實心轉子電機,力矩電機等,尤其是在帶風機、水泵類負載時,有較好的調速性能,但不適用于普通的籠型電機調速。
(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,故對電網及電機均存在諧波干擾
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