浅谈三相电动机软启动
DOI:10.13235/j.cnki.ltcm.2005.s1.019
露天采矿技术!""#年增刊
浅谈三相电动机软启动
李安华
(神华准格尔能源有限公司黑岱沟露天煤矿,内蒙古呼和浩特"$"*"")
摘要:分析三相电动机软启动的工作原理和几种软启动方式的优缺点及应用领域。
文献标识码:1
文章编号:(!""#)增刊3""%$3"*$)2$34’$)
关键词:软启动;晶闸管;磁控;工作原理中图分类号:./*%*0(!
电动机是工矿企业用量最大,耗能最多的电器设备。如何提高电动机使用寿命,节能降耗以及合理利用对提高企业的经济效益具有十分重要的意义。本文通过电动机各种启动方式的对比,重点阐述晶闸管和磁控软启动的控制原理和优势,以及未来的发展趋势。
$软启动的提出
电动机的启动是指电机转子由静止不动到达
稳定转速运行的过程。在启动时如将三相异步电动机直接接入电源(直接启动),启动时定子绕组感应出的大电流见图$,启动电流为标称电流的会在供电线路上产生阻抗压降,降低电网%&’倍,
供电的电压,使同一系统上的其他电器设备不能正常工作。同时直接启动时由于转子电流频率高,转子感抗大,使功率因数较低,尽管启动电流大但启动转矩(图$,启动转矩为标称转矩的"(#&$(#倍)并不很大。因此,对大容量的三相异步电动机,在不允许直接启动的场合下,可以采用软启动方式启动。软启动可减小电动机硬启动引起的电网压降,使之不影响同系统其他电器设备的正常运行,减小电动机的冲击电流。冲击电流会造成电动机局部温升过大,降低电动机寿命,同时冲击电流还会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行。软启动可降低启动电流,减少硬启动带来的机械冲力和冲力加速所带来传动机械的磨损。
收稿日期:!""#3"43$#
作者简介:李安华($42!3),男,$44)年内蒙古农牧学院机电一体化专业毕业,现在神华准格尔能源有限公司
黑岱沟露天煤矿轮斗队从事轮斗电气技术工作。
图$启动转矩与启动电压、启动电流的关系曲线图
!软启动的分类
所谓软启动就是在电动机(鼠笼式)定子回
路串入有限流作用的电力器件实现启动。通过这种方法降低启动电流和启动转矩,以星—角启动为例,通过电流和力矩曲线对比见图!可以看出启动电流降为标称电流$(’&!()倍,启动力矩降为标称力矩的"(#倍。按速度的调节方法,软启动可分为有级和无级两类,前者速度的调节是分档不连续的;后者的调节是连续平滑的。传统的软启动均是有级的,如星角变换软启动,自耦变压器软启动,电抗器软启动等等。连续调节的主要有*种:以电解液限流的液阻软启动,以晶闸管为限流器件的晶闸管(+,-)软启动,以磁饱和电抗器(+-)为限流器件的磁控软启动。当然变频调速装置也是一种软启动装置,它可以在限流的同时能够保持很高的启动转矩,但我们在购置变频调速装置一般都是着眼于调速,所以一般不把它归类于软启动装置。
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增刊
控制。根据鼠笼电机的转矩速度特性与电机电源电压的关系曲线(图()可知,频率不变时,转矩与电压的平方成正比,电压的平稳增加可以限制启动转矩和启动电流,避免出现瞬时电流尖峰。
图
!启动转矩与启动电压、启动电流关系曲线对比图
图$
晶闸管软启动原理图及触发角的曲线图
$软启动工作原理
由于传统软启动方法在切换时都会产生高
电流转矩峰值,同时随着大电流晶闸管价格下降和控制技术开放,传统启动方法已不能适用于现代生产工艺过程控制的要求。现就电机液阻、晶闸管和磁控软启动的工作原理和优缺点进行分析:(%)液阻软启动。液阻是一种由电解液形成的电阻,它导电的本质是离子导电,它的阻值正比于相对的两块电极板的距离,反比于电解液的电导率。极板距离和电导率都便于控制,液阻的热容量大,这些特点恰好是软启动所需要的。液阻可以串在绕线式电动机转子回路中实现重载软启动,在软启动过程中不产生高次谐波是它的优点。但液阻启动也有缺点:其!液阻箱容积大,根源在于阻性限流,减小容积引起温升加大,一次软启动后,电解液通常会有%"&$"’的温升,这使软启动的重复性差;"移动极板需要有一套伺服机构,移动速度慢,因此难以实现多样化启动控制;需要补充#液阻启动器工作一段时间后,液箱内的水,并对极板进行除锈维护;$液阻软启动装置不适合于北方易结冰或颠簸的场所。(!)晶闸管软启动。晶闸管软启动就是利用晶闸管控制极可控制导通时间这一特性,控制通过晶闸管电流的导通时间,其原理如图$所示,使用晶闸管桥可以逐步增加电机的三相电源电压。晶闸管桥由一对晶闸管反并联而成,并分别与交流电源的各相相联。改变晶闸管的触发角,电机电压平稳增加,频率不变,输出电压可以通过加速积分参数或电流极限参数或两个参数共同
图(
鼠笼电机的转矩曲线图
目前在低压()$*"+)范围内,晶闸管软启动产品价格已非常低廉,其性能却大大优于液阻启动。由单片机或,-.控制的晶闸管软启动器与液阻软启动相比,有体积小、结构紧凑、免于维护、功能齐全、菜单丰富、启动重复性好、保护周全等优点,这些都是其他软启动难以比拟的。但晶闸管软启动的主要缺陷是晶闸管会引起较严重的高次谐波。
($)磁控软启动。磁控软启动是从电抗器软启动衍生出来的,用三相电抗器串在电动机定子实现降压是两者的共同特点。磁控启动不同于电抗器软启动器的主要点是其电抗值可控。总体来说,在软启动过程中,电抗器的电抗值较大,通过反馈调节使电抗值逐渐减小,直至软启动完成后被旁路,见图#。磁饱和电抗器有$对交流绕组(每相%对)和三相共有的一个直流励磁组,在交流绕组里流过的是电动机定子电流,它必然会在直流励磁绕组上感应出电动势,后者影响到励磁回路的运行,用一对交流绕组的主要原因就是
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为了抵消这种影响。电抗值的变化是通过控制直流励磁电流,改变铁心的饱和度实现的,因此电抗值的调节是静止的、无接触、非机械式的,通过微电子技术,在工作原理上磁控软启动器与晶闸管软启动是完全相同的。
!""#年增刊
源。二者相比,晶闸管软启动器最大优势就是启动完成后,晶闸管可以不被旁路,这就可以采用外部模拟控制信号,根据外部信号幅值的大小,通过函数运算,控制导通角时间,从而达到控制电机输出转矩的目的。电抗器软启动、液阻软启动、晶闸管软启动和磁控软启动比较见表%。
在我们购置设备时,依上表中各软启动装置特点,根据使用要求选用不同的启动器。
)软启动发展展望
随着晶闸管和磁控软启动器价格的不断下
降和成套设备生产厂家的增多,它们因强大的综合保护、菜单化操作、在线监测、维护量低和网络功能而被越来越多的使用者所采用。目前,晶
图#
磁抗启动旁路图
闸管和磁控软启动器装置多数还停留在低压(*(+",)的领域中。在高压方面,晶闸管软启动通常是与-./器件的串联走向高压,为此要尽量提高-./器件的耐压等级和开关速度,改进它的触发系统,提高触发和关断的同时性。同样,磁控软启动装置面临的主要问题是如何在有效防干
起动方法
磁控软启动器与晶闸管软启动器相比,由于磁饱和电抗器具有"$%秒量极的惯性,这使磁控软启动的快速性要比晶闸管软启动慢一个等量级。同时,由于控制原理为通过控制励磁电流来改变铁心饱和度,这就需要相对较大的辅助电
表%
对比内容
电抗器软启动、液阻软启动、晶闸管软启动和磁控软启动对比表
电抗器液阻晶闸管
用微电子技术通过晶闸管实现软启动,调节快速性好,是毫秒级闭环控制,启动方式菜单化。
易完善大
磁控
用微电子技术通过晶闸管实现软启动,调节快速性好,闭环控制,启动方式菜单化。
较易完善较大
一级降压软启动,无法实靠电极板移动实现无级降压启
调节快速性差,属于开环控软启动基本性能软现恒流软启动,对负载个动,
性的适应性差,易损环。
能否实现软停止综合保护功能高次谐波干扰
体积比噪音电流二次冲击能否串在转子中
维护量是否被旁路环境温度要求恶劣环境耐受力
不能无无
制,有一定的维护工作量。
难有小
"$%&"$!中较大不可以小是较低较强
%小小可以较大是较高较弱
’"$!较小小不可以小不一定较高较弱
"$(&"$#较大小不可以小是较低较弱
扰的前提下,把磁饱和电抗器的容量做大。它们都面临着在高压和大容量电机面前如何解决高成本、大谐波污染的问题。在短期内,晶闸管等软启动器较高的性价比将使企业在技术更新改造
中占有一席之地。从长远来看,随着变频器价格的逐渐下降,变频软启动将成为软启动的主流,根本原因在于它可以在限流的同时获得大的起动转矩,可以实现包括软停止在内的各种启动功能。
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