交流異步電機軟起動及優(yōu)化節(jié)能控制技術(shù)研究

2017-04-13 14:46:14 大云網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　目前在工礦企業(yè)中使用著大量的交流異步電動機，包括低壓電動機和中壓電動機相當(dāng)多的異步電動機及其拖動系統(tǒng)還處于非經(jīng)濟運行　　目前在工礦企業(yè)中使用著大量的交流異步電動機，包括低壓電動機和中

核心提示：　　目前在工礦企業(yè)中使用著大量的交流異步電動機，包括低壓電動機和中壓電動機相當(dāng)多的異步電動機及其拖動系統(tǒng)還處于非經(jīng)濟運行

　　目前在工礦企業(yè)中使用著大量的交流異步電動機，包括低壓電動機和中壓電動機相當(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由于大部分電機采用直接起動方式，除了造成對電網(wǎng)及拖動系統(tǒng)的沖擊和事故之外，一倍的起動電流也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(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)降低從電動機拖動的生產(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。

　　電動機的非經(jīng)濟運行情況，早已引起國家有關(guān)部門的重視，并分別于和制定和修定了一個強制性的國家標(biāo)準(zhǔn)一三相異步電動機經(jīng)濟運行。

　　希望依此來規(guī)范三相異步電動機的經(jīng)濟運行，國標(biāo)的發(fā)布對低壓電動機的經(jīng)濟運行起了很大的促進作用，但對中壓電動機則收效甚微。

　　其原因是中壓電動機一般容量較大，一旦發(fā)生故障，其影響也大，因此對節(jié)電措施的可靠性的要求就更高中壓電動機節(jié)電措施受電力電子功率器件耐壓水平的限制，節(jié)電產(chǎn)品的開發(fā)在技術(shù)上難度更大一些。

　　到目前為上，國內(nèi)尚無定型的中壓電動機軟起動和節(jié)電運行的產(chǎn)品面市。

　　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要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盡可能小的起動電流起動設(shè)備盡可能簡單經(jīng)濟可靠，起動操作方便起動過程中的功率損耗應(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。

　　直接起動的危害直接起動是最簡單的起動方式，起動時通過閘刀或噬魚遮抹棗卿年第翅啥翹易日接觸器將電動機直接接到電網(wǎng)上。

　　直接起動的優(yōu)點是起動設(shè)備簡單，起動速度快，但是直接起動的危害很大網(wǎng)沖擊過大的起動電流（空載起動電流可達額定電流的一倍，帶載起動時可達一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）機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龣C，轉(zhuǎn)軸扭曲，聯(lián)軸節(jié)傳動齒輪損傷和皮帶撕裂等3）對生產(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。

　　所有這些都始設(shè)備的安全可靠運行帶來威脅，同時也造成過大的起動能量損耗，尤其當(dāng)頻繁起停時更是如此。

　　因此對電動機直接起動有以下限制條件產(chǎn)機械是否允許拖動電動機直接起動，這是先決條件動機的容量應(yīng)不大于供電變壓器容量的一動過程中的電壓降應(yīng)不大于額定電壓的對于中大功率的電動機一般都不允許直接起動，而要求采用一定的起動設(shè)備，方可完成正常的起動工作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(fù)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2運行電壓為這種起動設(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。

　　在轉(zhuǎn)換過程中，由于瞬變電勢和電動機剩磁產(chǎn)生的電勢往往與電源電壓有相位差，嚴(yán)重時會產(chǎn)生電壓相加，引起過大的沖擊電流和電磁轉(zhuǎn)矩，因此大大地限制了它的使用。

　　由于起動電壓為運行電壓的廳，故其起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的只能用在空載或輕載負(fù)載率小于起動的設(shè)備。

　　在電動機輕載或空載運行時，也可利用該起動設(shè)備作降壓運行，以提高電動機的功率因數(shù)和效率。

　　自藕變壓器降壓起動三相自禍變壓器（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(fù)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，如或以適應(yīng)不同負(fù)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。

　　磁控軟起動器磁控軟起動器是利用控磁限幅調(diào)壓的原理，在電動機起動過程中電壓可由一個較低的值平滑地上升到全壓，使電動機軸上的轉(zhuǎn)矩勻速增加，起動特性變軟，并可實現(xiàn)軟停車。

　　但其起控電壓在左右，用戶不可調(diào)整，會有較大的電流沖擊，且體積較大。

　　串聯(lián)電杭器或水電阻對于高壓電機，可在定子線路中串聯(lián)電抗器或水電阻實現(xiàn)降壓起動，待起動完成后再將其切除。

　　但電抗器成本高，水電阻損耗又大。

　　串接頻敏變阻器或水電隊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。

　　其他還有延邊三角形起動，定子串電阻起動等方法。

　　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。

　　新型的電子式軟起動器隨著電力電子技術(shù)和微機控制技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外相繼開發(fā)出一系列電子式起動控制設(shè)備，用于異步電動機的起動控制，以取代傳統(tǒng)的降壓起動設(shè)備。

　　新型的電子式軟起動器的主電路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路，調(diào)壓電路由六只晶閘管兩兩反向并聯(lián)組成，串接于電動機的三相供電線路上。

　　當(dāng)起動器的微機控制系統(tǒng)接到起動指令后，便進行有關(guān)的計算，輸出晶閘管的觸發(fā)信號，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角使起動器按所設(shè)計的模式調(diào)節(jié)輸出電壓，以控制電動機的起動過程。

　　當(dāng)起動過程完成后，一般起動器將旁路接觸器吸合，短路掉所有的晶閘管主電路，使電動機直接投人電網(wǎng)運行，以避免不必要的電能損耗，軟起動器的控制框圖如圖所示。

　　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)定值交流異步電機軟起動及優(yōu)化節(jié)能控制技術(shù)研究旁路接觸器（正常運行）二二人立r掃入幾電壓檢測驅(qū)動電路電流檢測計算機模糊控制系統(tǒng)鍵盤顯示器電幾斜坡起動之人參華井二》一少尸一一一一二蝴城硫門了才如r以介再滬圖軟起動器的控制框圖）的軟起動方式。

　　主要用在輕載起動的負(fù)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)定的電流限值幾然后在保持輸出電流的條件下逐漸升高電壓，直到額定電壓，使電動機轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。

　　這種起動方式的優(yōu)點是起動電流小，且可按需要調(diào)整，起動電流的限值必須根據(jù)電動機的起動轉(zhuǎn)矩來設(shè)定，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。

　　電壓抖坡起動輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的降壓起動變有級為無級，主要用在重載起動。

　　它的缺點是起動轉(zhuǎn)矩小，且轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線型上升對起動不利，且起動時間長，對電機不利。

　　改進的方法是采用雙斜坡起動輸出電壓先迅速升至為電動機起動所需的最小轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的電壓值，然后按設(shè)定的速率逐漸升壓，直至達到額定電壓。

　　初始電壓及電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。

　　這種起動方式的特點是起動電流相對較大，但起動時間相對較短，適用于重載起動的電機。

　?。?）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。

　　（4）轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動轉(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(fù)荷，使用時應(yīng)特別注意。

　?。?）電壓控制起動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)的輕載軟幾飛圖各種軟起動波形圖（ a）限流起動電壓料坡起動）轉(zhuǎn)矩控制起動（ d）轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動電壓控制起動起動方式。

　　各種軟起動方式的相應(yīng)起動曲線見圖停車方式有三種一是自由停車，二是軟停車，三是制動停車。

　　軟起動器帶來的最大好處是軟停車和制動停車，軟停車消除了拖動系統(tǒng)的反慣性沖擊，對于水泵就是水錘效應(yīng)制動停車則在一定場合代替了反接制動停車功能。

　　軟起動器與傳統(tǒng)降壓起動器的比較軟起動器與傳統(tǒng)降壓起動器的性能比較見表軟起動器的適用場合產(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)品不良后果的場合動機功率較大，若直接起動，要求主變壓器容量加大的場合）對電網(wǎng)電壓波動要求嚴(yán)格，對壓降要求毛的供電系統(tǒng)）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(yán)格地講，起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)當(dāng)小于額定轉(zhuǎn)矩的拖動系統(tǒng)，才適合使用軟起動器解決起動沖擊問題。

　　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，難免產(chǎn)生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，且可提供一倍額定轉(zhuǎn)矩的起動轉(zhuǎn)矩，特別適用于重載起動的設(shè)備。

　　但是變頻器的價格要比軟起動器的價格高得多了。

　　異步電動機經(jīng)濟運行和優(yōu)化節(jié)電控制技術(shù)異步電動機降壓節(jié)電技術(shù)概述對于滿載或重載運行的電動機，降低其端電壓將會造成嚴(yán)重后果，隨著端電壓的降低，電動機的磁通和電動勢隨之減小，鐵耗無疑將下降。

　　但與此同時，隨電壓平方變化的電動機轉(zhuǎn)矩也迅速下降而小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動機只能依靠增大轉(zhuǎn)差率，提高電磁轉(zhuǎn)矩以達到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的狀態(tài)。

　　轉(zhuǎn)差率的增大，引起轉(zhuǎn)子電流增大，同時引起定子和轉(zhuǎn)子電壓間的相角增大，導(dǎo)致定子電流增大，從而使定子和轉(zhuǎn)子銅耗增加值大超過鐵耗的下降值，這時電動機繞組溫升將會增高，效率將會下降，甚至發(fā)生電動機燒毀事故。

　　因而，一般規(guī)程都規(guī)定了電動機正常運行時電壓變化范圍不得超過額定電壓的95一然而對于輕載運行的電動機，情況就截然不同，使供電電壓適當(dāng)降低，在經(jīng)濟上是有利的。

　　這是因為在輕載運行時，電動機的實際轉(zhuǎn)差率大大小于額定值，轉(zhuǎn)子電流并不大，在降壓運行時，轉(zhuǎn)子電流增加的數(shù)值有限。

責(zé)任編輯：電小二

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