论文部分内容阅读
摘 要:介绍了异步电动机的起动方式及其不足,重点叙述了软起动技术的工作原理、优点和应用。
关键词:异步电动机;起动技术;软起动技术
1 异步电动机的直接起动限制
异步电动机的直接起动方式也受到许多限制,主要表现在下列三个方面:
(1)起动电流可大到电动机额定电流的4-7倍,部分国产电动机的起动电流实际测量甚至高达8-12倍。如果直接起动较大的电动机,过大的起动电流将造成电网电压显著下降,影响同一电网其它电气设备和电子设备的正常运行,严重时将使部分设备因电压过低而退出运行,甚至使电力线路继电保护装置过流保护动作而跳闸,使线路供电中断。
(2)直接起动会使被拖动的工作机械受到机械性冲击,对于水泵性负载来说,过高的起动转矩对叶片、轴承、拍门等造成软性损伤及硬性损伤是较为常见的,甚至会因水流对管道的冲击力过大而产生严重的水锤效应损坏设备。
(3)直接起动要求供电变压器容量较大,而对农田排灌泵站供电的变压器容量往往达不到直接起动对电网容量的要求。
2 异步电动机的降压起动方式
在不允许直接起动的情况下,就要采用降压起动的起动方式,即降低电动机端电压进行起动。降压起动一般有星/三角起动,定子电路中串接电阻、电抗器起动,自耦变压器降压起动及软起动等方法。
(1)星形/三角形起动器是降压起动器中结构最简单、成本最低的一种,然而它的性能受到限制,主要表现在:
①无法控制电流和转矩下降程度,这些值是固定的,为额定值的1/3。
②当起动器从星形接法切换到三角形接法时,通常会出现较大的电流和转矩变动。这将引起机械和电气应力,导致经常性故障的发生。
(2)自耦变压器式起动器比星形/三角形起动器提供了更多的控制手段,可以通过变压器抽头改变I段起动电压(典型为65%和80%两挡起动分接头)。然而它的电压是分级升高的,所以其性能受如下限制:
①电压的阶跃性变化(分级转换时产生)引起较大的电流和转矩变动,同星形/三角形起动器性能限制“2”一样会导致机械、电气经常性故障的发生。
②有限的输出电压种类,限制了理想起动电流的选择。因为自耦变压器式起动器控制是使用较额定电压低的电压级别进行降压起动,它控制的电机参数为电压而非电流,所以当电网电压波动及负载变化时,起动电流曲线将显著偏离设计理想曲线,从而恶化起动性能,设备在较差的工况下将大大缩短使用寿命,增加维护成本。
(3)电阻式起动器也能提供比星形/三角形起动器更好的起动控制。然而它同样有一些性能、使用上的限制,包括:
①起动特性很难优化。原因是制造起动器时电阻值是确定的,在使用中很难改变,虽然可以通过转换分接头来进行分级起动,但当级数较多时,势必增加控制系统的复杂性,而制造成本、故障率也将随之大幅度提高,所以一般电阻式起动器均在2-5级间。这样,加在电动机定子绕组上的电压、电流等主要电量参数在分级起动时仍有很大的波动。
②频繁起动场合下的起动特性不好。原因是在起动过程中电阻值会随着电阻的温度变化,在停止到再起动过程中需经长时间冷却过程。
③负载较大或起动时间较长的场合下的运行特性变坏,原因是电阻值随着电阻器温度的变化而变化。
④在负载大小经常变化的应用场合(如排灌站水位落差变化较大),电阻式起动器不能提供理想的起动效果。
(4)软起动技术。
软起动技术是在晶闸管斩波技术的基础上发展起来的,利用晶闸管斩波技术进行工频电压调节。在50Hz正弦波每个半周内固定时间(过零延时t1)给晶闸管VT1门极以一个触发脉冲,则根据晶闸管特性,在触发脉冲结束后,晶闸管将在半周内剩余时间维持导通,直至电压再次过零,这样只要调节VT1触发脉冲出现的时间,则输出电压u0将会在0-100%输入电压(ui)内得到调节。如果将晶闸管斩波调压技术应用于三相电源,再加入现代电子技术如单片机控制技术等即可制成软起动器,从而在大型交流异步电动机的起动上得以应用。
3 软起动技术的应用
在线式控制软起动系统和旁路切换式软起动系统。在线式控制软起动系统采取“一带一”方式,即每一台负载电动机的起动由相应的软起动器来完成,选用长期工作制的软起动器,可以对电动机实现起动—运行—停止的全过程控制,并且主接线及控制系统均很简捷。
旁路切换式软起动系统是多台电动机共用同一台软起动器。当一台电动机起动完成后,旁路接触器吸合将电动机转为电网供电脱开软起动器直接运行,这样软起动器在完成一台电动机的起动后可以再控制另一台电动机的起动。旁路切换式软起动系统在控制电动机台数较多时可以大大降低系统成本,而且软起动器均工作在短时工作制,可以大大降低软起动器的故障率,唯一不足的是增加了主接线及整个系统的复杂性。
随着科技水平的发展,对电动机的控制机理和技术指标要求越来越高,传统的降压起动设备已无法满足各行业的需要。近年来,随着软起动设备逐步国产化,将使软起动技术的应用成为今后大型鼠笼型异步电动机起动方式的主流,并将最终取代传统的起动方式,在排灌站水泵控制上得到全面的推广。
参考文献
[1]周成礼.应用于交流异步起动电机的L源逆变器研究[D].南京航空航天大学,2008.
关键词:异步电动机;起动技术;软起动技术
1 异步电动机的直接起动限制
异步电动机的直接起动方式也受到许多限制,主要表现在下列三个方面:
(1)起动电流可大到电动机额定电流的4-7倍,部分国产电动机的起动电流实际测量甚至高达8-12倍。如果直接起动较大的电动机,过大的起动电流将造成电网电压显著下降,影响同一电网其它电气设备和电子设备的正常运行,严重时将使部分设备因电压过低而退出运行,甚至使电力线路继电保护装置过流保护动作而跳闸,使线路供电中断。
(2)直接起动会使被拖动的工作机械受到机械性冲击,对于水泵性负载来说,过高的起动转矩对叶片、轴承、拍门等造成软性损伤及硬性损伤是较为常见的,甚至会因水流对管道的冲击力过大而产生严重的水锤效应损坏设备。
(3)直接起动要求供电变压器容量较大,而对农田排灌泵站供电的变压器容量往往达不到直接起动对电网容量的要求。
2 异步电动机的降压起动方式
在不允许直接起动的情况下,就要采用降压起动的起动方式,即降低电动机端电压进行起动。降压起动一般有星/三角起动,定子电路中串接电阻、电抗器起动,自耦变压器降压起动及软起动等方法。
(1)星形/三角形起动器是降压起动器中结构最简单、成本最低的一种,然而它的性能受到限制,主要表现在:
①无法控制电流和转矩下降程度,这些值是固定的,为额定值的1/3。
②当起动器从星形接法切换到三角形接法时,通常会出现较大的电流和转矩变动。这将引起机械和电气应力,导致经常性故障的发生。
(2)自耦变压器式起动器比星形/三角形起动器提供了更多的控制手段,可以通过变压器抽头改变I段起动电压(典型为65%和80%两挡起动分接头)。然而它的电压是分级升高的,所以其性能受如下限制:
①电压的阶跃性变化(分级转换时产生)引起较大的电流和转矩变动,同星形/三角形起动器性能限制“2”一样会导致机械、电气经常性故障的发生。
②有限的输出电压种类,限制了理想起动电流的选择。因为自耦变压器式起动器控制是使用较额定电压低的电压级别进行降压起动,它控制的电机参数为电压而非电流,所以当电网电压波动及负载变化时,起动电流曲线将显著偏离设计理想曲线,从而恶化起动性能,设备在较差的工况下将大大缩短使用寿命,增加维护成本。
(3)电阻式起动器也能提供比星形/三角形起动器更好的起动控制。然而它同样有一些性能、使用上的限制,包括:
①起动特性很难优化。原因是制造起动器时电阻值是确定的,在使用中很难改变,虽然可以通过转换分接头来进行分级起动,但当级数较多时,势必增加控制系统的复杂性,而制造成本、故障率也将随之大幅度提高,所以一般电阻式起动器均在2-5级间。这样,加在电动机定子绕组上的电压、电流等主要电量参数在分级起动时仍有很大的波动。
②频繁起动场合下的起动特性不好。原因是在起动过程中电阻值会随着电阻的温度变化,在停止到再起动过程中需经长时间冷却过程。
③负载较大或起动时间较长的场合下的运行特性变坏,原因是电阻值随着电阻器温度的变化而变化。
④在负载大小经常变化的应用场合(如排灌站水位落差变化较大),电阻式起动器不能提供理想的起动效果。
(4)软起动技术。
软起动技术是在晶闸管斩波技术的基础上发展起来的,利用晶闸管斩波技术进行工频电压调节。在50Hz正弦波每个半周内固定时间(过零延时t1)给晶闸管VT1门极以一个触发脉冲,则根据晶闸管特性,在触发脉冲结束后,晶闸管将在半周内剩余时间维持导通,直至电压再次过零,这样只要调节VT1触发脉冲出现的时间,则输出电压u0将会在0-100%输入电压(ui)内得到调节。如果将晶闸管斩波调压技术应用于三相电源,再加入现代电子技术如单片机控制技术等即可制成软起动器,从而在大型交流异步电动机的起动上得以应用。
3 软起动技术的应用
在线式控制软起动系统和旁路切换式软起动系统。在线式控制软起动系统采取“一带一”方式,即每一台负载电动机的起动由相应的软起动器来完成,选用长期工作制的软起动器,可以对电动机实现起动—运行—停止的全过程控制,并且主接线及控制系统均很简捷。
旁路切换式软起动系统是多台电动机共用同一台软起动器。当一台电动机起动完成后,旁路接触器吸合将电动机转为电网供电脱开软起动器直接运行,这样软起动器在完成一台电动机的起动后可以再控制另一台电动机的起动。旁路切换式软起动系统在控制电动机台数较多时可以大大降低系统成本,而且软起动器均工作在短时工作制,可以大大降低软起动器的故障率,唯一不足的是增加了主接线及整个系统的复杂性。
随着科技水平的发展,对电动机的控制机理和技术指标要求越来越高,传统的降压起动设备已无法满足各行业的需要。近年来,随着软起动设备逐步国产化,将使软起动技术的应用成为今后大型鼠笼型异步电动机起动方式的主流,并将最终取代传统的起动方式,在排灌站水泵控制上得到全面的推广。
参考文献
[1]周成礼.应用于交流异步起动电机的L源逆变器研究[D].南京航空航天大学,2008.