三相異步電動(dòng)機(jī)啟停裝置

1、三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式  摘  要介紹三相異步電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)啟動(dòng)方式和新技術(shù)啟動(dòng)方式，分析了各種方式的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩的波形和特性。  關(guān)鍵詞三相異步電動(dòng)機(jī)；軟啟動(dòng)；電流轉(zhuǎn)矩1引言    三相異步電動(dòng)機(jī)廣泛用于各種工業(yè)過(guò)程，領(lǐng)域廣泛。三相異步電動(dòng)機(jī)的啟停，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較強(qiáng)干擾，尤其在工業(yè)領(lǐng)域中的重載啟動(dòng)，有時(shí)也可能對(duì)設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅。故而三相異步電動(dòng)機(jī)的啟停越來(lái)越受到相關(guān)技術(shù)人員的重視。    三相異步電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)啟動(dòng)方式很多。隨著技術(shù)進(jìn)步的加速，各種新的啟停和控制方式也脫穎而出。比較各種啟停方式的優(yōu)缺點(diǎn)，

2、可從中選擇出適合特定應(yīng)用場(chǎng)合的最佳啟停方案。2三相異步電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)啟停方法2.1直接在線啟動(dòng)    直接在線啟動(dòng)是三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多的一種啟動(dòng)方式，也是啟停方式中最簡(jiǎn)單、最直接的一種。對(duì)于小功率電機(jī)這種應(yīng)用方式占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。然而對(duì)較大功率的電機(jī)而言，這種啟停方式的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。由圖21可見(jiàn)，在這種啟動(dòng)方式下，啟動(dòng)電流是標(biāo)稱電流的48倍；啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的0515倍。其特點(diǎn)是：電機(jī)端子少(一般為三端子電機(jī))，可帶載啟動(dòng)、高電流峰值和大壓降啟動(dòng)，設(shè)備簡(jiǎn)易。2.2星-角啟動(dòng)    星-角啟動(dòng)也是三相異步電動(dòng)機(jī)最常用的方式之一。一

3、般用于非大功率電機(jī)的啟動(dòng)。在這種方式下啟動(dòng)電流是標(biāo)稱電流的1.82.6倍，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的0.5倍。這種啟動(dòng)方式的特點(diǎn)是：電機(jī)一般為6端子電機(jī)；多用于空載啟動(dòng)或低阻性轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)；在星角轉(zhuǎn)換出現(xiàn)高的電流轉(zhuǎn)矩峰值；設(shè)備維護(hù)量較大。見(jiàn)圖22。2.3一次側(cè)串電組啟動(dòng)    一次側(cè)串電阻啟動(dòng)是三相異步電動(dòng)機(jī)成本較低的一種啟動(dòng)方式。啟動(dòng)電流是標(biāo)稱電流的4.5倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的05075倍。其特點(diǎn)是：用于3端子電機(jī)；啟動(dòng)時(shí)不斷增加阻性轉(zhuǎn)矩；高電流峰值；設(shè)備笨重，需要維護(hù)；無(wú)啟停參數(shù)調(diào)整。同時(shí)這種啟動(dòng)方式能源浪費(fèi)也較大。見(jiàn)圖23。2.4自耦變壓器啟動(dòng) 

4、0;  自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)其啟動(dòng)電流是標(biāo)稱電流的174倍。而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩的04085倍。其特點(diǎn)是：應(yīng)用于3端子高功率電機(jī)；在電壓變化時(shí)啟動(dòng)，出現(xiàn)大壓降和高電流峰值；設(shè)備較笨重，維護(hù)量大。見(jiàn)圖24。2.5改變電壓電流極限的電子啟動(dòng)方法    電子啟動(dòng)方法使用晶閘管橋可以逐步增加電機(jī)的三相電源電壓，晶閘管橋由一對(duì)晶閘管反并聯(lián)而成，并分別與交流電源的各相相連。改變晶閘管的觸發(fā)角，電機(jī)電壓平穩(wěn)增加，頻率不變。輸出電壓可通過(guò)積分參數(shù)或電流極限參數(shù)或兩個(gè)參數(shù)共同控制。    根據(jù)圖25b的轉(zhuǎn)矩與啟動(dòng)電流曲線。限制啟動(dòng)電流Is為Is1

5、，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩由Ts降為Ts1，轉(zhuǎn)矩與Is1和Is之比的平方成正比。例如：電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩及啟動(dòng)電流為Ts=2Tn，Is=6In。若限制啟動(dòng)電流Is1=3In，即0.5倍Is，則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：    Ts1=Ts×(0.5)2=2Tn×0.25=0.5Tn    圖25c為鼠籠電機(jī)的轉(zhuǎn)矩速度特性與電源電壓的關(guān)系曲線?？梢钥闯觯侯l率不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，而電壓平穩(wěn)增加可限制啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流，并避免出現(xiàn)瞬時(shí)電流尖峰。3新技術(shù)啟停方式    隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，軟啟動(dòng)裝置和變頻調(diào)速裝

6、置應(yīng)運(yùn)而生。三相異步電機(jī)的啟停技術(shù)發(fā)生了劃時(shí)代的變化。尤其是變頻器，輸出頻率范圍可以從0.1Hz500Hz。調(diào)速精度一般不小于1%，可高達(dá)0.02%，瞬時(shí)過(guò)力矩可為200%(2s內(nèi))或170%(60s內(nèi))。智能化設(shè)計(jì)，可以與上位控制計(jì)算機(jī)接口(一般為Modbus或RS*485多點(diǎn)串行通訊口)，具有斷相與相序檢測(cè)、缺相保護(hù)、連續(xù)計(jì)算I2t值并考慮速度影響進(jìn)行過(guò)熱保護(hù)。同時(shí)變頻器也可以設(shè)定為軟啟動(dòng)工作方式，其最主要的特點(diǎn)是節(jié)能。當(dāng)然對(duì)一些不需要調(diào)速的場(chǎng)合，軟啟停裝置的應(yīng)用依然非常普遍，在大功率電機(jī)的啟停控制中占有不可動(dòng)搖的地位。這里結(jié)合西安興儀公司研制的XYCR75型軟啟動(dòng)裝置作簡(jiǎn)要介紹。3.1軟

7、啟停裝置的主要功能和特點(diǎn)    A軟啟停裝置的主要功能：    ·控制電機(jī)平滑起動(dòng)，減小沖擊電流，避免沖擊電網(wǎng)；    ·啟動(dòng)電壓可調(diào)，保證電機(jī)啟動(dòng)的最小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，避免電機(jī)過(guò)熱和能源浪費(fèi)；    ·啟動(dòng)電流可根據(jù)負(fù)載情況調(diào)整，減小啟動(dòng)損耗，以最小的電流產(chǎn)生最佳的轉(zhuǎn)矩；    ·啟動(dòng)時(shí)間可調(diào)，在設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)，電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升，避免轉(zhuǎn)速?zèng)_擊；    ·自由停機(jī)和軟停機(jī)可

8、選，軟停機(jī)時(shí)間可調(diào)；    ·具有缺相、相序、過(guò)熱、啟動(dòng)過(guò)程過(guò)流，運(yùn)行過(guò)程過(guò)流、過(guò)載的檢測(cè)及保護(hù)。其中過(guò)流、過(guò)載值可調(diào)；    B軟啟停裝置的主要特點(diǎn)(參見(jiàn)圖31)：    啟動(dòng)電流可在標(biāo)稱值25倍之間設(shè)定；    ·啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可在標(biāo)稱值的0.151倍之間變化(1區(qū))；    ·可用于三端子電機(jī)，標(biāo)稱功率可在2.2kW800kW之間；    ·可獨(dú)立調(diào)節(jié)加減速過(guò)程； &

9、#160;  ·允許直流輸入制動(dòng)；    ·設(shè)備維護(hù)量?。?.2軟啟停裝置的工作原理    軟啟停裝置以微電腦作為其控制單元，采用三對(duì)反并聯(lián)可控硅(晶閘管)串接于電動(dòng)機(jī)的三相供電線路上。利用可控硅的電子開(kāi)關(guān)特性，通過(guò)控制其觸發(fā)導(dǎo)通角的大小來(lái)改變可控硅的開(kāi)通程度，由此來(lái)改變電動(dòng)機(jī)輸入電壓和輸入電流的大小，以達(dá)到控制電機(jī)的啟動(dòng)特性。    當(dāng)軟啟動(dòng)控制器接收到啟動(dòng)指令后，便進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，確定可控硅的觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)控制可控硅使軟啟停裝置按所設(shè)定的方式輸出相應(yīng)的電壓，以控制電機(jī)的啟動(dòng)

10、過(guò)程。  當(dāng)電機(jī)完成啟動(dòng)過(guò)程后，軟啟動(dòng)控制器便控制交流接觸器吸合，短路所有可控硅，使電機(jī)直接投網(wǎng)運(yùn)行，避免不必要的能源損耗。    當(dāng)軟啟動(dòng)控制器接收到停車指令時(shí)，(若原設(shè)定為自由停車方式)，則先控制斷開(kāi)交流接觸器，然后逐漸改變可控硅的導(dǎo)通角。使交流接觸器完成無(wú)弧切斷。如果電機(jī)的停機(jī)方式設(shè)定在軟停機(jī)方式，則控制可控硅的觸發(fā)脈沖，完成設(shè)定的停機(jī)過(guò)程。3.3軟啟停裝置的控制模式及性能限流軟啟動(dòng)控制模式    軟啟動(dòng)控制器在控制電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，其輸出電壓從零迅速增加，直至輸出電流達(dá)到設(shè)定的電流限幅值Im，如圖33所示。然后保證輸出電流

11、不大于該值的情況下，電壓逐漸升高，電動(dòng)機(jī)逐漸加速。在該控制模式下，電動(dòng)機(jī)以設(shè)定電流為限幅值完成軟啟動(dòng)過(guò)程。    電流限幅值可根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況，在電機(jī)額定電流Ie的0.54倍之間選擇。電壓斜坡控制模式    啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，軟啟動(dòng)裝置的輸出電壓迅速上升到U1，然后按設(shè)定的速率逐漸增加，直至達(dá)到電網(wǎng)電壓，軟啟動(dòng)過(guò)程完成。    初始電壓U1及電壓上升速率可根據(jù)負(fù)載情況和工藝要求進(jìn)行設(shè)定(調(diào)整)。軟停機(jī)和自由停機(jī)控制模式    軟停機(jī)：電動(dòng)機(jī)按設(shè)定的速率逐漸減速直至完全停機(jī)；軟停機(jī)可防止停機(jī)產(chǎn)生的沖擊。    自由停機(jī)：電動(dòng)機(jī)不受控制地依慣性自由停機(jī)。3.3.4其它控制模式    除上述3種常用控制模式外，智能式軟啟動(dòng)器還具有點(diǎn)動(dòng)模式和增強(qiáng)脈沖啟動(dòng)模式，即接收啟動(dòng)指令后，點(diǎn)動(dòng)模式為軟啟動(dòng)裝置輸出電壓迅速增至初始電壓U1，并保護(hù)該輸出電壓值。調(diào)節(jié)U1參數(shù)的設(shè)定，即可改變電動(dòng)機(jī)的點(diǎn)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)矩。增