交流異步電機軟起動及優化節能控制技術研究

2017-04-13 14:46:14 大云網　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　目前在工礦企業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多的異步電動機及其拖動系統還處于非經濟運行　　目前在工礦企業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多的異步電動機及其拖動系統還處于非經濟運行

　　目前在工礦企業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，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。

　　電動機的非經濟運行情況，早已引起國家有關部門的重視，并分別于和制定和修定了一個強制性的國家標準一三相異步電動機經濟運行。

　　希望依此來規范三相異步電動機的經濟運行，國標的發布對低壓電動機的經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，一旦發生故障，其影響也大，因此對節電措施的可靠性的要求就更高中壓電動機節電措施受電力電子功率器件耐壓水平的限制，節電產品的開發在技術上難度更大一些。

　　到目前為上，國內尚無定型的中壓電動機軟起動和節電運行的產品面市。

　　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要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盡可能小的起動電流起動設備盡可能簡單經濟可靠，起動操作方便起動過程中的功率損耗應盡可能的少。

　　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。

　　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上。

　　直接起動的優點是起動設備簡單，起動速度快，但是直接起動的危害很大網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）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。

　　所有這些都始設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不大于供電變壓器容量的一動過程中的電壓降應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2運行電壓為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。

　　在轉換過程中，由于瞬變電勢和電動機剩磁產生的電勢往往與電源電壓有相位差，嚴重時會產生電壓相加，引起過大的沖擊電流和電磁轉矩，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，故其起動轉矩為額定轉矩的只能用在空載或輕載負載率小于起動的設備。

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

　　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，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，如或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。

　　磁控軟起動器磁控軟起動器是利用控磁限幅調壓的原理，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，使電動機軸上的轉矩勻速增加，起動特性變軟，并可實現軟停車。

　　但其起控電壓在左右，用戶不可調整，會有較大的電流沖擊，且體積較大。

　　串聯電杭器或水電阻對于高壓電機，可在定子線路中串聯電抗器或水電阻實現降壓起動，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。

　　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缺點，但它們有一個共同的優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和微機控制技術的發展，國內外相繼開發出一系列電子式起動控制設備，用于異步電動機的起動控制，以取代傳統的降壓起動設備。

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

　　當起動器的微機控制系統接到起動指令后，便進行有關的計算，輸出晶閘管的觸發信號，通過控制晶閘管的導通角使起動器按所設計的模式調節輸出電壓，以控制電動機的起動過程。

　　當起動過程完成后，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交流異步電機軟起動及優化節能控制技術研究旁路接觸器（正常運行）二二人立r掃入幾電壓檢測驅動電路電流檢測計算機模糊控制系統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，使電動機轉速逐漸升高，直到額定轉速。

　　這種起動方式的優點是起動電流小，且可按需要調整，起動電流的限值必須根據電動機的起動轉矩來設定，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。

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

　　它的缺點是起動轉矩小，且轉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矩所對應的電壓值，然后按設定的速率逐漸升壓，直至達到額定電壓。

　　初始電壓及電壓上升率可根據負載特性調整。

　　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。

　　（3）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。

　　（4）轉矩加突跳控制起動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。

　　（5）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矩，盡可能地縮短起動時間，是最優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）轉矩控制起動（ d）轉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的反慣性沖擊，對于水泵就是水錘效應制動停車則在一定場合代替了反接制動停車功能。

　　軟起動器與傳統降壓起動器的比較軟起動器與傳統降壓起動器的性能比較見表軟起動器的適用場合產設備精密，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）對電網電壓波動要求嚴格，對壓降要求毛的供電系統）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的拖動系統，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，難免產生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，且可提供一倍額定轉矩的起動轉矩，特別適用于重載起動的設備。

　　但是變頻器的價格要比軟起動器的價格高得多了。

　　異步電動機經濟運行和優化節電控制技術異步電動機降壓節電技術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矩也迅速下降而小于負載轉矩，電動機只能依靠增大轉差率，提高電磁轉矩以達到與負載轉矩相平衡的狀態。

　　轉差率的增大，引起轉子電流增大，同時引起定子和轉子電壓間的相角增大，導致定子電流增大，從而使定子和轉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，甚至發生電動機燒毀事故。

　　因而，一般規程都規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，使供電電壓適當降低，在經濟上是有利的。

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