电动机软起动装置

电动机软起动装置（共8篇）

电动机软起动装置 篇1

一、引言

随着社会的发展, 各行业生产规模的不断扩大, 电动机使用越来越普遍。三相异步电动机全压起动电流很大, 通常会达到额定电流的5~7倍, 会对电网造成冲击。为了解决电动机的启动问题, 通常会使用软启动装置。基于各种控制技术的软起动装置有多种, 本文介绍了几种常用软起动装置的技术原理及特性, 供相关电气设计人员参考。

二、晶闸管式可变电抗器软启动装置

可变电抗器软起动装置是电磁调压软起动的一种形式, 由功率变换器和可变电抗变换器构成, 其拓扑结构为:在传统的电抗器中增加二次线圈, 二次线圈与电力电子功率变换器相连接, 通过电力电子功率变换器的阻抗变换来改变可变电抗变换器二次线圈电流, 进而改变可变电抗变换器一次线圈的电流, 因而可实现可变电抗器的阻抗改变。

可变电抗器利用电磁转换原理, 通过电力电子器件实现了电抗器阻抗的无级连续调节, 具有良好的起动性能。电力电子器件工作在二次低压侧, 一般不需要将功率器件串联使用, 可靠性高, 性能稳定, 可连续反复起动, 操作维护简单。由于采用了电力电子器件, 可变电抗器的二次线圈含有一定的谐波分量, 通过电感、电容抑制一部分谐波, 但在一次线圈仍会有少量的谐波分量。为保证可变电抗器的电磁转换性能, 必须保证磁路工作在线性区间, 因此电抗器铁心较大, 成本较高。

三、饱和电抗器软起动装置

饱和电抗器软起动装置应用的是串电抗器降压软起动技术。饱和电抗器有他励式、自励式、磁阀式等多种。他励式饱和电抗器需要外加励磁电源, 自励式以及磁阀式软起动装置无需外加励磁电源, 通过局部磁饱和减少漏磁和磁损耗。

饱和电抗器通过改变电抗器的饱和度, 从而平滑连续地调节电抗器的容量, 同样实现了电抗器阻抗的无级连续调节, 具有良好的起动性能。饱和电抗器的磁芯工作在磁化曲线的饱和区间, 磁路饱和以后的漏磁较大, 磁芯发热较大。

四、晶闸管软起动装置

晶闸管式软起动装置是一种固态软起动装置, 是应用晶闸管相控调压的原理, 利用晶闸管的可控导通特性, 通过改变相控角α来改变加在定子上的电压均方根值。受晶闸管耐压限制, 用于大型中高压电动机时需采用晶闸管串联。

由于采用晶闸管移相调压直接控制电动机输入电压, 具有非常优秀的控制特性, 能够实现多种控制算法, 如电压斜坡、电流限幅、转速闭环、转矩控制等, 是降压型软起动器中起动性能最好的, 控制最灵活、使用最方便、体积最小的软起动装置。

由于电力电子器件直接串联在高压回路, 直接承受电网高电压, 增加了设计难度。同时, 基于移相调压原理, 加在电动机定子上的电压含有大量谐波, 对电网和电机都会造成一定的损害。

五、液态软起动装置

液态软起动装置是在三相异步电动机定子侧串入液态电阻, 降低电动机定子电压, 属于串电阻降压起动方式。液态电阻由特制碱性的水溶液配制的电解液构成, 其阻值在电场强度的一定限度内符合欧姆定律, R= (ρL) /S。R为电解液的电阻值, ρ为电解液的导电率, L为极板间的等效距离, S为极板在电解液中的平均导电面积。尽量保持S和ρ不变, 通过电极板的运动来改变等效的L值实现阻值的无级变化, 从而无级连续调节定子电流, 实现电动机的调压起动。

由于能够无级连续调节液态电阻值, 也就实现了无级连续调节电动机起动电流, 能够平滑无冲击地完成起动过程, 软起动性能较好。通过改变L值来调节电阻, 要求S和ρ不变, 才能保证L值和液阻箱的线性关系。而实际上, ρ很容易发生变化, 由于环境温度的变化, 电解液的导电率会发生明显的变化, 同时由于水的蒸发特性, 会改变电解液的导电率, 因此相同的L值在不同条件下, 液阻箱的电阻值并不相同, 液态软起动装置的稳定性较差。由于一次起动完成后, 电解液处于高温状态, 不能实现连续起动, 必须等电解液的温度降低到一定范围内才能再次起动, 不适合短时间内反复起动的场合, 使用受到限制。

六、结论

受设备类型、投资规模、电网容量、运营管理模式等因素的影响, 大型电动机软起动装置通常会从可靠性、价格、电网输入特性、使用维护成本等因素综合考虑选用。下表给出了上述4种产品的对比情况。

参考文献

[1]余洪明:《软起动器实用手册》, 机械工业出版社。

[2]杨德印:《电机的起动控制与变频调速》, 机械工业出版社。

[3]任致程:《电动机软起动器实用手册》, 中国电力出版社。

软起动器在异步电动机上的应用 篇2

关键词：电动机 软起动

0 引言

三相异步电机由于结构简单、控制维护方便、性能稳定、效率高等优点而被广泛地应用于各种机械设备的拖动中。因其直接起动时产生的冲击电流对电网及其负载造成冲击，同时由于起动应力较大，使负载设备的使用寿命降低，因此常采用降压起动方式来减少影响。但是，传统的降压起动方式，如星三角起动、自耦变压器起动等，要么起动电流和机械冲击过大，要么体积庞大笨重、损耗大，要么起动力矩小、维修率高等等，都不尽人意。随着电子技术的发展，使用软起动器可以无冲击而平滑地起动电动机，而且可根据电动机负载的特性来调节起动过程中的参数达到最佳的起停状态，从而延长机械设备的使用寿命，减少设备的维修量，提高经济效益。

1 软起动的基本原理

软起动是指运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压的起动方法。软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路，通过运用不同的方法，控制三相反向并联晶闸管的导通角，使被控电动机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。如图(一)所示。

目前使用的软起动器，基本上是以单片机作为中央控制控制核心来完成测量及各种控制算法，用程序软件自动控制整个起动过程。它通过单片机及相应的数字电路控制晶闸管触发脉冲的迟早来改变触发角的大小，从而改变晶闸管的导通时间，最终改变加到电动机三相绕组的电压大小。由于电动机转矩近似与定子电压的平方成正比，电流又和定子电压成正比。这样，电动机的起动转矩和起动电流的限制可以通过定子电压的控制来实现，而定子电压又是通过可控硅的导通相角来控制的，所以不同的初始相角可实现不同的端电压，电动机的起动转矩和起动电流的最大值可根据负载而设定,以满足不同的负载起动要求。电动机起动过程中，晶闸管的导通角逐渐增大，晶闸管的输出电压也逐渐增加，电动机从零开始加速，直到晶闸管全导通，从而实现电动机的无级平滑起动，并使电动机工作在额定电压的机械特性上。

2 软起动器运行特点

2.1 软起动常用的几种起动方式：

2.1.1 限流起动 电动机起动时，软起动器输出电压从零迅速增加，直到输出电流上升到设定的限流值Iq，在输出电流不大于Iq下，电压逐渐上升，电机加速，直到起动完成。如图（二）所示，Iq可调，Ie为电机额定电流。此方式的优点是起动电流小，且可按需要调整，对电网影响小。缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间；损失起动力矩，起动时间相对较长，对电动机不利。

2.1.2 电压斜坡起动 指输出电压按预先设定的斜坡线性上升，即电压由小到大斜坡线性上升，它是将传统的降压起动从有级变成了无级。主要用在重载起动，它的缺点是初始转矩小，转矩特性抛物线型上升对拖动系统不利，且起动时间长对电动机不利。如图（三）所示。

2.1.3 突跳控制起动 也是用在重载起动，不同的是在起动的瞬间用突跳转矩克服电机静转矩，然后转矩平滑上升，缩短起动时间。但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷，应用时要特别注意。如图（四）所示。

2.1.4 电压控制起动 用在轻载起动的场合，在保证起动压降下发挥电动机的最大起动转矩，尽可能的缩短了起动时间，是最优的轻载软起动方式。

2.2 软起动常用停机方式

2.2.1 自由停车 传统的控制方式都是通过瞬间停电完成的，即惯性停车（断电自停）。

2.2.2 软停车 如图（五）所示，在停车信号发出后，软起动器输出电压从额定电压Ue迅速降到跌落电压Usd，再按所设定的时间降到起始电压Ui，软起动器停止输出。这种停车方式可以消除由于自由停车带来的拖动系统反惯性冲击，如皮带运输机、升降机等许多负荷并不宜突然停机，高层建筑的水泵系统也因自由停车，而产生巨大的“水锤”效应，使管道、水泵损坏。软停车功能正好能满足此要求。晶闸管在收到软停机信号后，导通角渐减，经一定时间才过渡到全关，即电动机端电压渐减至零，停车时间可按实际需要设定。

2.3 软起动器的优点 对于大功率异步电动机而言，软起动比硬起动（即直接起动）和传统降压起动具有以下主要优点：制动停车。 向电机输入直流电流，从而加快制动，制动时间可调，主要用于惯性力矩大的负载或需快速停机的场合，在一定的场合代替了反接制动停车。

2.4 接触器旁路工作 软起动器有在线型和旁路型。在线型是指起动完毕，不需要触器旁路，一直带电工作的工作方式，晶闸管长期在线运行功耗太大造成能源浪费、给电网带来高次谐波污染等。旁路型是为了延长使用寿命，使电网避免谐波污染，减少软起动器中的晶闸管发热损耗，在电动机达到满速运行时用旁路接触器取代已完成起动任务的软起动器。旁路型电路复杂化，系统可靠性降低。① 减少起动过程引起的电网电压降使之不影响同一供电网其它电气设备的正常运行；②对电动机提供平滑的起动过程，降低电机起动过程中线路的冲击电流，减少电动机（传动机械）的冲击电流及对电网和配电系统的冲击，延长电动机（传动机械）使用寿命；③减少电磁干扰：硬起动产生的冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行；④具有多台电动机控制功能，用一台起动器控制多台电动机的起动，起动电流、起动时间可分别设置；多种起动模式：电压斜坡起动、限流起动、脉冲突跳起动，具有软停车功能；⑤具有完善的保护功能：过载保护、断相保护、过压和欠压保护等。

3 软起动器的控制接线（以英杰电气有限公司的KRQS系列为例）

3.1 KRQS110/P型软起动器基本接线示意图（见图六）：

3.2 KRQS110/P型软起动器基本接线原理图（见图七）：

4 软起动器的选用及注意事项

软起动器应用领域可以涵盖工农业生产中的异步电动机传动设备，原则上凡不需要调速的各种应用场合都可适用，特别适用于各种泵类负载或风机类负载，需要软起动与软停车的场合。目前多用在交流380V、电机功率从5.5千瓦到800kW的场合（国外产品电压达6～10KV、功率5000KW），是传统启动方式理想的更新换代产品。在选用软起动器时，除了进行技术、性能、价格比较外，还要考虑设备现场的电网容量、设备启动负荷轻重、启动频繁程度等使用条件。对于水泵类启动负载较轻的设备，可选择功能简单、价格较低、操作方便的软启动器。对于大型风机、破碎机等启动负荷比较重的设备，应该选用启动功能比较多、有限流启动功能、自身保护比较齐全的软启动器。尤其功率比较大的设备，最好选用启动功能比较全的高性能软启动器。在频繁工作的场所要按电动机的起动电流选取，因为软启动器生产厂家一般选取的可控硅电流是电动机额电流的2.5倍，限制最大电动机启动电流是额定电流的4.5倍，在不频繁操作下充分利用可控硅短时过载能力。所以在频繁启动的条件下，应加大选取软启动器的容量，根据频繁度的不同按1.2～1.5倍选取即可。

5 结束语

三相异步电动机的软起动方式很多。随着技术进步的加速，各种新的软起动控制方式也脱颖而出，比较各种软起动方式的优缺点，可从中选择出适合特定应用场合的最佳软起动方案。

参考文献：

[1]四川英杰电气有限公司.KRQS系列全数字交流电动机软起动器用户手册[S].

电动机软起动装置 篇3

高压磁控式软启动装置是天津市先导倍尔电气有限公司2001年在国内率先开发研制的产品,并于2002年5月在河南济源钢厂2000kW高炉风机应用成功,该产品于2002年7月通过了由中国科学院院士等专家参加的天津市科委的鉴定。

高压磁控式软启动装置是从电抗器起动衍生出来的,用电抗器串在电动机定子实现降压是两者的共同点。磁控软起动与电抗器软起动的主要区别在于用限流作用可控的饱和电抗器取代了固定电抗器,饱和电抗器在起动完成后被旁路。

在磁控软起动装置里,SCR通过饱和电抗器的功率和电压放大作用控制电动机的电流;而晶闸管软起动装置则是通过耐高压和流通大电流来控制。磁控软起动具有可靠、便宜和对环境要求不高的技术优势。

2 原理

将饱和电抗器的工作绕组串连在电动机定子回路,通过电流反馈调整电抗器控制绕组的直流电流,从而改变饱和电抗器的饱和程度,实现电机的软起动。其调节特性和用晶闸管组成的软起动装置相同,适用范围:0.4〜12kV的笼型异步电动机、同步电动机。拖动负载类型:泵(例如供水、污水处理等)、风机和鼓风机、压缩机、球磨机、轧机、皮带机等等。

图2(a)为裂芯式结构,三相分立,一相一个铁芯。靠近小截面的是直流绕组(共6个)。绕在直流绕组外面的是交流绕组(共3个)。2个直流绕组产生的磁通在2个小截面铁芯上形成环路。而交流绕组产生的磁通通过大截面铁芯形成环路。

图2(b)为传统式。直流绕组套住6个铁芯和6个交流绕组。交流绕组每相2个,串连连接。一相交流电流在2个铁芯上产生2个环路的磁通。2个环路的时钟方向相同。

3 起动特性

初始电压(初始电流):决定电动机的初始起动转矩(转矩与电压的平方成正比),根据负载转矩要求设定,一般设定范围:30%〜70%额定电压。电流限制:决定电动机起动期间的最大电流,根据电网压降来决定,调整范围为150%〜450%额定电流。起动时间:由电动机和负载的转动惯量决定,一般30s〜40s。

4 技术特点

(1)本装置通过对电机的控制,实现恒流起动,起动电流可在1.5le〜4.5le任意选择(视负载不同),起动完成时无二次浪涌电流冲击。

(2)具有电机和起动器的热过载保护,对传动机械的机械保护,消除转矩浪涌并降低冲击电流。

(3)先进的计算机仿真技术,使起动过程可预测。

(4)可以通过调整设定参数优化起动曲线。电机起动倍数可连续调节,运行参数存储于EEPROM中。

(5)本装置采用西门子公司PLC和先进的多功能传感器模块,结构简单、性能可靠、设定灵活,具有全数字化的特点。

(6)采用标准人机接口,具有2行显示运行状态和数据,通过8个功能按键和5个设置按键实现参数设定、显示、系统控制及中文在线提示等功能。

(7)具有自检功能,可智能检测器件的故障,如电源电压、缺相、相序等故障,并自动闭锁。

(8)具有事件记录功能及录波功能,保存最近发生的50个事件。可通过文本显示器显示每个事件发生的年月日时分秒;保存起动的波形,可以通过文本显示器显示起动数据或通过电脑显示起动波形。

(9)文本显示器具有中文菜单:操作界面符合中国人习惯,每种操作都有中文提示说明,使得没有说明书也可以进行参数设定,处理故障,缩短检修时间。

(10)装置结构灵活,当用户受到安装条件的制约时,可将饱和电抗器与控制部分分开放置。

(11)重复使用性好,起动性能不受环境温度影响。

(12)免维护、使用寿命长;可实现软停止。

5 技术数据

功率器件:饱和电抗器

控制器件:S7-200可编程控制器

系统电压:0.38kV,6kV,10kV

辅助电源:0.38kV

电机功率:100 kW〜5万kW

起动电流倍数:1.5le〜4.5le

连续起动次数:3〜5次

电压总谐波畸变率:3%

漏磁:无漏磁,不影响其它设备

防护等级:IP32

冷却方法:自然空冷

6 应用

锦州石化分公司除焦水泵电动机的基本情况:用途:拖动高压水泵,实现‘除焦’工艺,每天至少软起动2次。电动机:型号YKK710-2;主要参数:额定功率3150kW;额定电压6kV,IN=354A;堵转电流倍数7.3;堵转转矩倍数1.1;最大转矩倍数2.2;高压水泵型号6X12DBTM-10G;电网短路电流9000A。

调试时间:2003年8月18日~24日,2#水泵带载投运时间:8月20日,按设定的3.6倍电动机额定电流软起动的实测电流时间曲线如图3所示。

所用测试仪表:数字示波器,型号TDS-1002,时间刻度为每格2s,软起动完成时间约为17s;纵坐标每格260A,最大软起动电流倍数为3.6倍。软起动过程中,指针表显示,电网电压从6100V降到5200V。锦州石化分公司认为投运达到了预期的效果。E

参考文献

[1]高越农.磁控软起动[J].电气时代,2002(10):15-16.

[2]高越农,阎文金.高压电动机软起动[J].自动化博览,2003(5):49-50.

电动机软起动控制器研究 篇4

目前在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机, 有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行的状态, 白白地浪费了大量的电能。究其原因, 大致是由以下几种情况造成的:

1.1 由于大部分电机采用直接起动方式, 除了可能对电网及拖动系统造成冲击和引发事故之外, 超出正常8~10倍的起动电流会造成巨大的能量损耗;

1.2 在进行电功机容量选配时, 往往片面追求大的安全余量, 且层层加码, 结果使电动机容量过大, 造成“大马拉小车”的现象, 导致电动机偏离最佳工况点, 运行效率和功率降低;

1.3 从电动机所拖动的生产机械自身的运行经济性考虑, 往往要求电机拖动系统具有变压、变速调节功能, 若用定速定压拖动, 势必造成大量额外电能损失。

根据以上相互矛后的要求和电网的实际情况, 通常采用的启动方式有以两种方式:一种是在额定电压下的直接起动方式, 另一种是降压起动方式。

三相交流异步电动机的起动转矩M a直接与所加电压的二次方有关, 也就是说, 只要降低电机接线端子上的电压就会影响这些值, 软起动的工作原理是通过串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管, 改变其导通角使电机的端子电压从预定的值上升到额定电压。通过控制开关元件的导通角进而控制电动机的工作电压, 使电动机的工作电压按照规划好的模式由大到小连续增加, 从而使电动机的起动电流在一定范围内变化。

对比软起动方式和降压起动方式, 我们可以看出降压起动时起动转矩在起动过程中是一个固定不变的量, 而且, 起动转矩下降的倍数至少要大于起动电流下降的倍数, 起动转矩下降无穷大是降压起动的一个重要问题, 而软起动方式时, 虽然在起动的瞬间起动转矩的初始值不大, 但在整个起动过程中起动转矩不断增加, 在起动过程结束时可以达到额定转矩。这样软起动就解决了在降低起动电流的时候又不使起动转矩下降的确问题。

目前, 国内应用软起动技术的电动机软起动控制器还没有成熟的产品出现, 国外如AB公司虽然有这种产品, 但在国内市场的价格较高, 不利于国内应用这种先进技术产品。所以, 国内急需开发具有自主知识产权而且性能先进的电动机软起动控制器。国内的各企业、高校和科研单位也一直在进行着软起动系统的研制工作。己有的产品多为单一功能或少功能的系统, 具有较多集成功能的产品到目前为止仍没有出现。

2、软启动控制器的研究

电动机转矩与电动机外施电压的平方成正比。因此, 只要做到能无级、平滑地调节电动机的外施电压, 即可使电动机的起动特性变软, 达到软起动的目的。

电动机的软起动是一种连续无级渐升压限流起动方式, 其主要思想是通过软件控制, 使电动机在起动时, 定子电压由某一初始值逐渐上升至全电压, 并在电压上升过程中, 限制起动电流的增加, 以实现小电流起动, 大电流运作。即软起动是以软件控制代替常规继电器线路控制来满足电动机平稳升压起动。软起动器是一种以实现软起动思想为基础, 硬件以微处理器控制为核心, 以无触点可控硅为主要控制器件的交流调压装置, 在软件的支持下实现电动机升压限流起动, 并在电动机起动后继续参与电动机的运行控制的器件。

根据以上原理, 能够满足无级、平滑地调节输出主电压的主电路器件只有无触点开关较为合适。目前国内外厂家生产的软起动器, 按其主电路采用的器件主要分为磁控式软起动器和电子式软起动器。磁控式软起动器主要执行元件是磁放大器, 采用调感调压原理, 起动时在电动机上串联一个自饱和电抗器, 使起动电流在电抗器上产生电压降, 然后再通过磁饱和逐步减小阻抗, 使加在绕线端的电压逐步上升, 完成起动过程。

设计电动机软起动控制器首先要考虑它所要完成的功能, 然后根据这些功能确定它所要检测的参量, 最后设计完成这些功能的各个模块。根据要完成的软起动器所要实现的功能, 确定软起动控制器需要检测、输出的参量如下:

2.1 检测电源电压, 用以判断电源电压是否为正常状态, 检测的项目有:过压、欠压、断相、逆序;

2.2 检测电动机的工作电流, 用以判断故障情况和能量消耗、以及功率因数角的大小;

2.3 检测开关元件的温度和压降, 用以判断开关元件是否正常工作;

2.4 检测软起动控制器的启动命令, 用以起动电动机;

2.5 检测电动机的双斜坡起动方式选择信号;

2.6 输出故障报警信号和旁路信号;

2.7 控制参数和运行参数可以设定和显示。

在软起动的起动过程, 首先应该确定软起动的初始起动电压 (百分比) , 这个初始电压必须满足机械设备所需的起动转矩;其次要确定降压起动的时间 (即调节电压上升率) 。有的产品采用“恒电流”的软起动方式, 它是通过“起动电流限制值”的整定 (一般此值为额定电流的2.0~3.6倍) 来完成起动过程的 (软停止过程与软起动过程程序相反) 。我们所设计的软起动器, 其基本技术性能包括:

2.7.1 初始起动电压, 一般可在10%~60%额定电压的范围内调整;

2.7.2 起动时间一般为0.5~3 0 s连续可调, 有的产品其可调时间可能更短或更长一些 (调节软起动时间实为调节电压的上升率) ;

2.7.3 起动电流限制值一般整定为 (2.0~3.6) Ie;

2.7.4 软停止时间一般为0.5~240s可调, 相当的电压降为100%~30%;

2.7.5 初始起动转矩为5%~90%

软起动器应具备过电流及速断保护、断线保护、品闸管等的过热保护和进线电源逆序保护 (对于不允许反转的设备应有这种保护) 。设置进线电源逆序保护的目的是当送电时, 如电源相序与原要求不一致时, 起动器则不能工作, 同时发出报警信弓。这种保护对那些不允许反转的设备是必不可少的。

除了上述基本功能外, 还有一些附加的技术性能和保护功能, 例如有的产品具有节能功能的选择开关, 它可使电动机的运行电压调节至与实际的负载相适应, 避免电动机长期处于空载或轻载状态, 从而达到改善功率因数和节能目的。有的产品还具备不平衡保护, 等等。软起动器为电力电子产品, 可以很方便地与计算机系统相连接, 从而可方便地实现工厂的自动化控制。

由于软起动器仍然属于降压起动的范畴, 因此, 它的起动转矩有所降, 对需要重载起动的设备, 仍然采用绕线式异步电动机较为合适。因为绕线式异步电动机可以通过外加转子绕组阻抗的办法, 降低它的起动电流, 但同时起动转矩较大。

3、结语

本结主要介绍了软起动器的基本原理和类型。电动机的软起动是一种连续无级渐升压限流起动方式, 其主要思想是通过软件控制, 使电动机在起动时, 定子电压由某一初始值逐渐上升至全电压, 并在电压上升过程中, 限制起动电流的增加, 以实现小电流起动, 大电流工作。即软起动是以软件控制代替常规继电器线路控制来满足电动机平稳升压起动。

摘要：异步电动机以其优良的性能及无须维护的特点, 在各行各业中得到广泛的应用。然而由于其起动时要产生较大冲击电流, 同时由于起动应力较大, 使负载设备的使用寿命降低。本文对电动机软起动控制器的硬件和软件流程等理论进行了研究。参照美AB公司SMCPLUS软起动器, 研究软起动控制器, 实现软起动控制器降低电动机起动电流的目的。

关键词：软启动,控制器

参考文献

[1]丁健, 史中.一种基于模糊控制的新型软起动器.电力电子技术, 1 9 9 8, (1) :4～6

[2]周希章.电动机的起动、制动和调速.机械工业出版社, 1 9 8 4:1～2

电动机软起动装置 篇5

江铜集团永平铜矿-20 0m泵房五台水泵电机 (每台为6k V/8 0 0 k W) 在初步设计时, 未考虑电动机启动方式, 且电机功率较大, 启动电流大, 启动时严重影响配电系统的正常运行, 影响供电网络运行安全。但施工设计配电硐室 (6k V高压配电柜) 已形成, 无法采用“一对一”的起动模式, 并且井下开拓硐室成本较高, 因此, 为减小设备体积、节约投资成本, 研究采用一台起动装置起动五台水泵电机 (简称“一拖五”) 成为必要。

2 国内外交流高压电动机启动装置形式简介

交流高压电动机启动装置形式比较多, 常见的有:自耦变压器启动器、晶闸管控制软启动器、磁控启动器、液阻式启动器、热变电阻启动器、变频软启动器等。采用晶闸管控制软启动器、磁控启动器、变频软启动器均可实现软启动。利用晶闸管交流调压技术实现电机降压软起动适用于异步电动机的起动、运行和停止的控制与保护, 通过电流和功率因素的检测、控制输出电压、降低起动电流, 使电动机平滑起动, 减小起动时产生的起动力矩冲击。在停止时控制输出电压, 逐渐减小运行电流, 使电动机平稳停止。该启动方式还具有过载、三相不平衡、缺相、欠压、起动峰值过流、起动超时等故障保护功能。由于越是大容量电机越需要高水平的软起动装置, 因此, 应用高压晶闸管技术的软起动装置有广阔的发展空间, 可以产生巨大的经济和社会效益。

3 软启动方案的确定

3.1软启动方案的提出

由于水泵高压电动功率较大, 启动电流大, 必须采取限流措施, 确保对供电电网、机械设备以及电动机自身的安全不会产生较大影响。一般情况, 在电网容量、电动机自身技术条件及机械设备许可的情况下, 应首选全压直接启动方式, 当全压启动条件不满足时, 普遍采用降压启动方式。具体各启动器性能对比如表1所示。

根据现场提供供电设备技术数据、结合表1的启动性能对比, 分析当地电网原使用情况得知, 该电动机不能采用全压直接起动方式, 只能采用降压起动方式。在充分了解永平铜矿井下排水系统设备的工作性能、安全可靠性等的基础上, 确定采用软启动器控制电动机方式。经过对各种传统的电动机控制方法的比较, 从设备成本、设备体积、维护费用及维护工作量等方面考虑, 最终确定采用一种低成本而启动性能相对较好的晶闸管控制软启动装置, 按启动方式, 提出两种解决方案:

(1) 一对一软起动方案。

系统原理如图1所示, 使用一台软起动装置起动一台水泵电机, 系统可以达到很高的可靠性, 软起动装置和电机可以分别形成五套相对独立的系统, 而不互相影响。但此方案设备数量多, 费用高, 而且需要开拓水泵配电硐室。

(2) “一拖五”软起动方案。

由于井下开拓硐室成本较高, 为减小设备体积、节约投资成本, 系统采用一台软起动装置起动五台水泵电机, 系统结构简单, 能有效改善起动性能, 完善保护功能。为了满足井下开采排水安全的苛刻要求, 提高系统的可靠性, 软启动装置采用一用一备工作方式。高压配电系统采用双层柜, 一路为运行母线, 一路为软启动母线, 确保了启动控制系统的独立性, 使软启动控制灵活、可靠, 既可实现逐台软启动, 也可以实现逐台软停止。系统原理如图2所示。

3.2软启动方案的比较

两种软启动方案的比较如表2所示。

4 软起动“一拖五”系统主要研究内容与技术关键

采用“一拖五”软启动系统, 必须保证每台水泵电机的相对独立性, 即每一台电机的起动、停机及故障

保护过程不被系统的其它部分所影响。每一台水泵系统的保护功能必须单独检测、单独处理, 不能影响到其它水泵系统, 特别是正在正常运行的水泵。

二台高压电机软起动装置互为备用, 工作方式用转换开关进行选择, 如, 当采用1#高压电机软起动装置时, 转换开关打向1#。五台水泵工作方式同样用转换开关进行选择, 当选择1#泵工作时, 转换开关打向1#, 按启动按钮, 运行的高压电机软起动装置自动跟踪, 水泵根据工作要求正常启动运行。当对运行的泵停车时, 按任意一台水泵停止按钮, 运行的高压电机软起动装置能自动跟踪, 达到软停车效果。

“一拖五”软起动系统采用的是分散采集、分散执行, 集中逻辑处理、集中屏幕显示的结构模式, 因此, 各个组成部分的数据都通过通讯传输到显示屏里才能进行显示。P L C通过触摸屏工控机得到系统各个设备的实时状态, 以完成系统逻辑操作。

由微机保护装置完成起动/运行接触器的分合闸, 并返回其工作状态, 完成本机工作电压、电流以及电机温度的检测处理、分析、判断, 计算有功功率, 记录本机运行时间, 并判断本机的过流、短路、缺相、电机温度、零序保护, 并在本机显示。由于微机保护装置与6 k V接触器距离较近, 接触器在分合闸时所产生的较大的电磁干扰很容易影响保护装置中单片机的状态采样和运算, 因此, 保护装置采用了可靠的抗干扰设计。

“一拖五”软起动系统解决了以下关键技术问题:触摸屏工控机系统稳定性;R S-4 8 5串行总线设备地址识别;各设备R S-4 8 5串行通讯程序设计, 保证低误码率;P L C程序设计保证各个水泵系统的相对独立性;P L C数字量采集现场防抖动处理;P L C程序设计保证避免操作人员误操作;微机保护装置及模拟量采集装置现场抗干扰能力等。

机械电子式软起动装置设计分析 篇6

1 机械电子式软起动装置结构及其特点

1.1 软起动装置的组成和结构

机械电子式软起动装置由机械传动系统、控制系统两部分组成,其系统如图1所示。传动部分主要由主电机、差动行星齿轮减速机构、蜗杆传动机构等组成。控制部分由计算机、可编程序控制器、变频器和调速电机等组成。在软起动、软停车过程中,通过对调速电动机的转速控制,实现对输出轴的无级调速[1]。

1.2 工作原理及功能

机械电子式软起动装置机械传动系统原理如图2所示。其包括主电机I和调速电机II。主电机I的输出轴通过联轴器9、齿轮8、7与差动行星传动机构的输入轴相联;差动行星机构中的太阳轮3经行星轮4和内齿圈5驱动行星架H,通过输出轴6将动力输出;在内齿圈5上固联有蜗轮2,蜗轮2与蜗杆1相啮合;蜗杆1通过联轴器与调速电机II相连接。

主电机通过差动行星轮减速机构驱动负载,调速电机通过蜗杆传动机构控制差动行星机构中内齿圈的转速,从而控制输出轴的转速。

机械电子式软起动装置开始工作时,先启动调速电机并加速,同时主电机被动加速到额定转速,然后主电机通电。通过使用变频控制器对调速电机II的转速进行控制,使调速电机II的转速与主电机I的转速始终保持一定的比例关系,使行星架H和输出轴6的转速保持为零。使主电机I能够实现在空载的状态下启动。

然后,根据预先确定的输出轴6的加速度,逐步降低调速电机II的转速,即逐步降低内齿圈5的转速,使主电机I的动力逐渐加到与输出轴6相连的机械设备上,从而实现机械设备的软起动。

同理,通过变频控制器控制调速电机的速度,实现机械设备的软停车,即根据要求的速度使机械设备逐渐停下来。

从工作原理分析可知,机械电子式软启动装置可实现以下主要功能:

(1)软起动——按照用户的要求,对负载进行可控制的起动;

(2)软停车——按照用户的要求,对负载进行可控制的停车;

(3)无级调速——具有较宽的无级调速范围,调速准确可靠;

(4)过载自动保护——负载过大时,系统自动卸载,保护系统安全。

1.3 主要特点

与液体粘性软启动(CST、BOSS)等常用软启动形式相比,机械电子式软起动装置有许多值得注意的优点。

在结构上,机械电子式软起动装置采用了双电机差动行星齿轮减速机构,取代复杂的液体粘性制动器及其辅助控制油路系统,不仅可以降低成本,也使得该装置成为一种“纯”的传统机械装置。在这种装置中,没有明显的薄弱环节,这将提高软起动工作的可靠性,也大大简化了加工工艺。

在功能上,机械电子式软起动装置能够实现大范围内无级调速,能够可靠和稳定地长期工作在低速状态。

在控制上,机械电子式软起动装置可以使用比较可靠的、价格低廉的小功率变频控制技术,而不必研究复杂的液体粘性传动机理,也不必使用对环境要求很高的液压伺服系统。

2 机械电子式软起动装置传动系统的差动原理分析

应用差动轮系可实现变速运动,获得较大的传动比,实现运动的合成。在机械电子式软起动装置传动系统中,应用了2K-H型差动行星机构,如图2所示。

在太阳轮3、内齿圈5和行星架H为基本构件组成的差动行星齿轮机构中,必须给定两个基本构件的独立运动,第三个基本构件的运动才能唯一确定。由差动轮系的变速原理[2]可以求得:

其中:n3、n5分别为太阳轮和内齿圈的转速;Z3、Z5分别为太阳轮和内齿圈的齿数;k为内齿圈和太阳轮的齿数比。

在机械电子式软起动装置中,选择行星架H作为输出端以承受载荷,太阳轮3、内齿圈5作为原动件,分别连接电机。由公式(1)可以看出,当给定n3、n5时,nH就有确定的输出,即

差动轮系有三个外力矩T3、T5、TH,在稳定输出的情况下,根据整个轮系的力矩平衡条件有:T3+T5+TH=0。

同时,在不计摩擦损失的前提下,输入输出功率也应该是平衡的。即:

结合以上公式可得:

3 机械电子式软起动装置工况分析

机械电子式软起动装置在工作中,呈现出以下几种工况。其中主电机I、调速电机II和负载在不同工况下的转速变化曲线如图3中(a)、(b)、(c)所示。

3.1 阶段I

调速电机首先启动并加速,通过差动轮系将调速电机动力传递给主电机输出轴和减速器输出轴,主电机随着调速电机被动旋转,减速器输出轴6端由于负载阻力转矩大,转速为零,如图3中(a)、(b)、(c)第I阶段所示。此时,差动行星机构中由于行星架转速nH=0,可等效为以蜗杆为输入轴的定轴轮系。

3.2 阶段II

当主电机转速nI在空载阶段被动加速到接近额定转速时,主电机通电,然后调速电机从额定转速nII开始减速,负载开始从零按照一定的加速度和速度起动,如图3中(a)、(b)、(c)第II阶段所示。当调速电机转速降至nI-I=0时,负载软起动结束。此过程中,差动行星机构处于差动状态,输出轴的转速:

3.3 阶段III

软起动结束后,调速电机停止运行,即保持nII=0,主电机在额定转速下平稳地运行,负载进入稳定运行阶段,如图3中(a)、(b)、(c)第III阶段所示。此时,由于蜗杆机构反行程自锁,差动行星机构中内齿圈5的转速n5=0,此时,差动行星机构相当于2K-H型行星轮系。这一阶段,输出轴的转速:

3.4 阶段IV

软停车时,即主电机不停车,仍在额定转速下平稳地运行,而由调速电机加速,使负载转速逐步减至零,如图3中(a)、(b)、(c)第IV阶段所示。这一阶段,差动轮系又重新恢复差动状态,输出轴的转速:

3.5 阶段V

当工作需要紧急停车或完全停车时,则主电机先停车,其转速由额定转速快速减至零。此时,由于负载有机械惯性,所以调速电机需要继续运转减小负载的惯性力矩,直到两者的转矩达到平衡,即负载转速为零,即nH=0,调速电机停车。如图3中(a)、(b)、(c)第V阶段所示。

4 机械电子式软起动装置中的蜗杆传动机构

蜗轮蜗杆传动是一种常用的交错轴传动,由于具有传动比大、结构紧凑、冲击小、噪音低等方面的优点,被广泛用于机械设备的传动系统中。

在机械电子式软起动装置中,蜗杆机构的主要作用一是与差动行星轮进行调速(速度合成),即控制差动行星机构中内齿圈的转速,实现调速电机对输出轴转速的控制;另一作用是当带式输送机软起动结束时,为确保主电机的动力施加给负载,蜗杆传动机构必须自锁,使系统处于锁定状态或稳定工作在低速状态。总之,通过对蜗杆轴的无级调速,可实现对输出轴的软起动、软停车、无级调速等功能。但其传动效率低是存在的主要问题,而且蜗杆传动机构能否有效地实现自锁,受到摩擦、润滑条件,啮合状态、滑动速度等因素的影响,设计时,应尽可能综合考虑。

参考文献

[1]汤蕴璆,罗应立,梁艳萍.电机学[M].北京:机械工业出版社,2008.

机械电子式软起动装置设计探讨 篇7

1 机械电子式软起动装置的结构和结构特点

机械电子式软起动装置主要由机械传动操作系统和控制系统两部分组成, 传动系统包括蜗杆传动设备、齿轮减速设备和发动电机3部分, 控制系统包括调速电机、编程控制设备、变频设备和计算机4部分。机械电子式软起动装置进行工作时可以有效控制调速电机的转动速度和频率, 从而确保输出轴能够进行无极调速[1]。

和传统的启动设备相比, 机械电子式软起动装置具有以下特点:

(1) 该起动装置内部装有双电机起动行星齿轮, 它能有效控制起动装置的运行速度, 从而使机械电子式软起动装置的操作过程更加简单、便捷。

(2) 该起动装置具有较强的稳定性, 安全系数也比较高, 在使用过程中很少发生质量问题和故障, 大大减少了维修次数和养护费用, 从而在一定程度上降低传动设备的运行成本, 同时也确保该设备运行的连续性, 提高设备的工作效率, 适合在行业内大面积推广。

(3) 因为该装置在运行过程中可以根据需要调节运转功率的大小, 在不使用启动液的情况下也能实现起动、传输工作, 受环境约束的程度小, 方便应用在各式各样的工作环境中。

2 机械电子式软起动装置的软件设计

机械电子式软起动装置内部控制系统的结构根据世界上的先进技术设计制造, 并利用计算机技术充分控制该装置每一个工作环节的流程和运行, 鉴于其结构比较复杂, 所以在设计必须严格按照科学的方法和制作工艺进行。

2.1 可编控程序制软件设计

在设计可编控制程序设备时必须要经历两个方面的过程, 其一为设计整个操作系统的编程语言, 其二为设计某一问题的具体形象语言。

通常来说, 这两个模块的设计都能在一定程度上时整个系统的构造变得简单, 楼梯形状的代码结构还能大大节省内存空间。控制系统的实际应用功能和控制系统的的设计操作流程图是在设计该控制系统时必须要考虑的参考标准[2], 并在此基础上根据控制系统实际运行过程的需要制定合理的设计方案, 以保证该设计能够为控制系统提供全部的功能。

2.2 上位机软件的编程设计

目前被广泛应用在通讯控制和分布式控制系统设计上的主要工具就是VB开发工具, 它也是业界最受欢迎的设计工具之一。机械电子式软起动程序的完整过程可以由结合口的通接讯来实现, 经过它设计的语言程序通常在工作效率和执行程度上具有较高的水平。目标代码在设计程序的过程中起着十分重要的作用, 而且目标代码越紧凑, 设计出的程序功能越稳定。机械电子式软起动装置的程序设计应用了目标代码和VB开发工具, 通过设计操作界面和处理数据来实现该装置的功能[3]。上位机软件的编程设计包括可参数分析、参数控制、数据分析、离线编程、权限设计、远程监控等多个过程, 在设计时利用先进的设计工具和方法将这些功能全部实现, 按照设计规定落实各个设计环节的要求, 确保上位机应用系统的功能。

3 机械电子式软起动装置的硬件设计

要想将机械电子式软起动装置设计得合理, 就要剖析该装置的内部结构。一般的机械电子式软起动装置都采用双电机行星齿轮作为减速结构, 这也是该装置内最主要的部件。装置的主机运行后驱动设备上的太阳轮, 随之行星齿轮也开始转动驱动行星架的运行, 经过这些部件的循环运行最终使整个装置持续处于运行的状态中。这些硬件是确保机械电子式软起动装置正常工作的基础, 因此在设计时必须注意它们的选择和安装。

皮带传送机在工作时对环境的要求非常苛刻, 也对系统运行过程的控制提出了较高要求, 为满足这些要求, 在设计时应该使用可靠性高、稳定性强的可编程序控制器来控制核心操作系统。同时根据实际运行的情况, 确定机械电子式软起动装置各项系统的参数进而分析控制的内容和过程, 利用计算机的和可编程序控制器相接的优势, 完成对该设备操作过程的参数记录和分析。在设计机械电子式软起动装置的硬件时还要考虑到用户的需求包括价格、质量、重量、体积等。

蜗杆传动系统也是机械电子式软起动装置中十分重要的硬件结构, 它的主要功能就是和行星齿轮一起参与该装置运行速度的调节, 通过调整行星齿轮的转速控制调速电机输出轴的转动速度[4]。在该设备起动之后的一段时间内主电机的动力会给蜗杆传动系统施加一定量的负载力, 所以在设计蜗杆传动系统时必须为其设定自锁功能, 以保证系统维持在锁定状态或者使系统稳定在低速状态。由于蜗杆传动系统的自锁功能受到滑动速度、摩擦力、润滑度等因素的影响, 所以在设计时要充分考虑这些因素并采取一定的防护措施提高其自锁水平。

4 结语

机械电子式软起动装置随科技的发展而诞生, 和以往的传动运输设备相比复杂程度较大。但不可否认的是它极大地推动了我国散装货物运输装取的发展, 同时也在一定程度上提高了我国的经济发展水平, 体现了我国的技术水平, 对其他的行业发展也起到了促进作用。

参考文献

[1]赵江平.机械电子式软起动装置设计分析[J].机电工程技术, 2010 (12) :91-93+118.

[2]史阿库, 郭立, 张凯.对机械电子式软起动装置设计的分析[J].黑龙江科技信息, 2014 (21) :138.

[3]宋莹.对机械电子式软起动装置设计的分析[J].科技致富向导, 2013 (21) :398.

电动机软起动装置 篇8

钢铁行业中,有很多大容量的风机类负载。此类负载运行阻矩大,风机叶轮的转动惯量大。为避免产生较大的电网压降、较大的电动感应力以及操作感应过电压,此类负载,一般不允许采用直接启动的方式,当前最普遍采用液态软起动技术。

在此类负载调试中,如何确定水阻值及电机启动时间这两个参数,是液态软起动调试过程的关键。在实际操作中,很多情况下工程技术人员是通过反复启动风机,凭经验来进行调整这两个参数。这往往因为参数设置不当,导致风机无法起动。

本文结合泰国NTS公司50万吨铁系统工程烧结机尾除尘风机的调试过程,探讨如何恰当确定水阻值的大小及电机启动时间这两参数。

1 烧结机尾除尘风机的简介

泰国NTS公司50万吨铁系统工程中一共有四套除尘风机,全部采用上海追日电气有限公司生产的GZYQ型高压液态变阻软启动装置。调试过程中,对于高炉出铁场、矿槽除尘、烧结上料这三个系统的风机,调试很顺利,但在烧结机尾除尘调试中,却不太顺利。这台风机容量最大,转子飞轮矩也大,起动困难,反复试车很多次,前后试车拖的时间较长。

风机的相关参数如下:

风机:流量Qv=670000m3/h,全压PtF=5500Pa,风机的额定转速N=730 r/min,飞轮矩GD2=13560kg.m2

电机:额定功率Pe=1600KW,额定电压Ue=6600V,额定电流Ie=168A,定子电阻R1=0.34欧姆,额定转速N=744r/min,

空载试验:电压6600V,功率39720W,电流46.41A

堵转试验:电压1399.1V,功率61020W,电流145.25A

2 GZYQ型液态软起动装置的工作原理

2.1 工作原理

电机的起动过程中,在电机的定子回路中串接液体电阻,并通过液阻柜中电极板的移动来减小串入定子回路的液体电阻值,随着转差率的降低逐步提高电机端电压,从而降低电机的起动电流,减少电网的电压降,减小对电网的冲击。液体电阻随着转速的升高而逐步降低,当电机的转速接近电机额定转速时,液态软起动设备中的切换柜合闸,将液体电阻切除,同时电机星点短接,电机继续升速。

主回路原理图如图1所示。起动电机时,先合上起动柜中的断路器QS,合上电机工作柜断路器1QF,电机开始带液体电阻降压起动;随着转差率的降低,电机的电流下降,液阻柜中电机M1带动电极板移动来减小Rs的阻值,逐步提高主电机M定子端电压,增大电机的转矩。当电机的转速接近电机额定转速时,星点柜中的断路器2QF合闸,将电机星点短接,断开起压柜中的断路器QS,将液阻柜切除,电机正常运行。

2.2 液体电阻液的配制

液阻柜内的电阻液于调试前在现场用洁净的淡水加入电解质粉进行配置的。配置过过程中,用法安法测量阻值,通过逐步加入电解粉使阻值达到预定值。

根据GZYQ型高压液态变阻软启动装置说明书,配制液体电阻的近似公式为:

式中:K1是电机直接起动时的电流倍数

K1′是电机定子串入R0后起动电流倍数

Ie为电机的额定电流

Ue为电机的额定工作电压

由上式,可得(K1′/K1)2=1/[1+3×(K1×Ie÷Ue)2×R02]

3 机尾除尘风机的电机机械特性及风机起动时间与转速的关系式

3.1 液态变阻软启动装置时电机的机械特性

电机的定子回路中串接液态电阻起动时,电机处于降压起动状态中。如果液阻在起动过程大小不变,在不同阻值时的电机特性曲线如图2中的一簇虚曲线,A曲线为电动直接起动时的机械特性曲线。如果起动过程中液阻随着电机转速的上升均匀减小,电机的机械特性曲线如图2中的实曲线B所示。

对于机尾除尘风机采用的GZYQ型高压液态变阻软启动装置,开始起动时极板停留于水箱的底部ta秒,接着极板在tb秒内匀速上升至水箱的中部;极板在水箱中部再次停顿tc秒,然后极板在td秒内速提升到最高位置,接着星点柜断路器2QF短接切除液体电阻;液阻变化情况如图3所示。则相对应电机的起动过程的机械特性曲线如图2粗实线所示,由a、b、c、d四段组成。

根据GZYQ型高压液态变阻软启动装置说明书,极板由底部上升到最高位置时,所需时间为18秒,则tb=td=9秒

3.2 液态变阻软启动装置转速n与起动时间t的关系

风机启动过程是电机带动风机转子从停止至正常转速的过程,电机的转矩主要克服风机转子飞轮矩、风机转子的风阻力矩。而摩擦转矩及电机转子飞轮矩相对来说很小,一般忽略不计。

当风机处于全压起动或电机定子串入固定阻值的电阻降压起动时,风机的起动时间t与转速n有如下关系式:

式中:Md—电动机的起动力矩(KW)

Mz—风机起动过程中的气动平均阻力矩(N.m)

对于机尾除尘风机,起动过程的a段及c段,窜入电机转子的液阻分别对应R0与R0/2,则可直接利用式2的关系;而对于对于b段及d段,因串入电机定子回路的电阻是随电机转速的上升在不断变小,因此上述关系式不能直接套用。

把b及d过程按时间均分成9小段,每小段间隔为一秒,我们近似认为这个小段中,对应的液体电阻为不变,大小取这一间隔内液体电阻的平均值。

对于b过程,假定当电机从ti-1=i-1加速到ti=i一秒钟内,此时电机转速由ni-1加速到ni

由式2可得:

而这里△tbi=1,故

式中:Mdbi—液体电阻为Rbi时电机起动转矩,

K2bi/—起动转矩倍数

K2—电机直接起动时的转矩倍数

式3对于d过程也适用,只是液体电阻Rdi=R0[1-(2i-1)/18]/2(i=1,2,……,9)。

4 机尾除尘风机调试过程中出现的问题及分析

4.1 风机起动过程的平均风阻矩

风机起动过程中漏风率按额定风量的20%考虑,此时的风机效率η也较低,一般效率按30%的计算。此时风机所消耗的轴功率:

则风机起动过程中的平均风阻矩:

4.2 电机直接起动时的起动转矩及起动电流倍数

电机直接起动时的起动转矩及起动电流倍数,对于电机起动来说是两个重要的参数。由堵转试验参数,可计算出:

堵转阻抗Zk=1399.1÷145.25=9.63Ω

电阻Rk=61020÷3÷(145.25)2=0.964Ω

感抗Xk=(Zk2-Rk2)0.5=9.584Ω

转子的折算电阻R2'≈Rk-R1=0.964-0.34=0.624Ω

定子阻抗及转子的折算阻抗分别为X1σ=X2σ=Xk÷2=4.792Ω

则电机直接起运时的起动转矩近似:

上式中p=4为电机的极对数,m1=3是电机定子相数量,f1=50为电源的频率。

电机直接起动转矩倍数

而电机直接起动时电流倍数

4.3 风机的第一次试运转

根据经验,取直接起动电流倍数K1=7,按2.5倍起动电流配置液阻,根据前面的式1,液体阻值R0=8.475欧姆。起动时间设置为30秒。30秒后水电阻切除,高压开关1QF过流跳闸,风机起动失败;经现场转速表测试,此时电机的转速大约只有500转左右。原因分析如下:

当R0=8.475,Mz=2919时,根据前面的分析及式3,对于b及d过程电机加速情况如下:

则电机在b过程中增速nb=∑△nbi≈52转,d过程中增带nd=∑△ndi≈169转。电机在起动过程中,在a段及d段过程中一共需加速na+nc=744-52-169=522转。

设置软启动装置时,使ta=tc,则根据式2可得:

可得ta=tc=522×13560÷38.2÷(3368+7081-2×2919)≈40秒,则电机的起动时间t=40+40+18=98秒。

由上面计算可知,当液体电阻8.475欧姆时,风机起动时间应当在98秒。显然,本次起动的设置不正确,为使风机起动,我们从两个方面进行改进:第一,减小液体电阻的值,适当增加初始起动电流倍数;第二,适当延长起动时间。

4.4 风机的第二次试运转

往水阻液里逐步添加电解粉,降低液体电阻值使电机的起动电流为额定电流的3倍。由式1可算出液体电阻R0=5.124欧姆。

则Mz=2919时,对于b及d过程电机加速情况如下:

可得nb=∑△nbi≈119转、nd=∑△ndi≈192转。

则有:

可得ta=tc=(744-119-192)×13560÷38.2÷(6054+9232-2×2919)≈16秒,则电机的起动时间t=16+16+18=50秒。

设定风机的起动时间为50秒,再次起动电机,高压开关1QF过流跳闸,风机起动再次失败。

4.5 起动失败的原因。

机尾除尘是烧结带冷后除尘系统,烧结矿出来后仍然有很高的温度。该风机的正常工作时的空气约100℃,而试车时环境温度只有30℃左右,此时空气密度较大,风机的起动风阻矩也较正常工作时大,而调试中没有考试到这点。

气体的密度与温度成反比

则是试车时风机的风压

此时风机所消耗的轴功率

风机起动过程中的平均风阻矩

Mz'=(9552·Px')/(3·N)=(9552×840)÷(3×744)=3595Nm显然比2919要大的多,在R0=5.124的情况下,电机在b及d过程加速情况如下:

可得nb=∑△nbi≈119转、nd=∑△ndi≈192转。

故有ta=tc=(744-102-175)×13560÷38.2÷(6054+9232-2×3595)≈20秒,则电机的起动时间应当为t=20+20+18=58秒。

4.6 风机的第三次试运转

保持液体电阻R0=5.124欧姆,将风机的起动时间设定为58秒,风机起动成功。起动结束后,液体电阻柜内的液体温升约8℃,通过电机绕组处的热电阻测得电机绕组温升约30℃。

5 结束语

机尾除尘风机已经正常运行半年多,期间已经正常起停多次。对于GZYQ型高压液态变阻软启动装置,主要思路就是把过程微分化处理,把液体电阻不断变化的过程分解成液体电阻固定不变的过程来进行分析,虽然计算稍复杂,但现在利用计算机技术是很容易实际。

如果在实际运用中再相应改变初始液液体电阻值R0、极板在中部的停留位置却电机在C过程的液体电阻值、改变ta、tb、tc、td四个值的关系,利用计算机模拟技术,可得到更为理想的电机起动曲线。

摘要：本文详细分析了液态软起动装置的工作原理,及大容量风机采用液态变阻软起动装置时的电机机械特性;推导出当串入电机定子回路的液态电阻值连续变化时的风机转速与起动时间之间的关系式;结合烧结机尾除尘风机调试的实例,探讨大容量风机类负载采用液体变电阻起动装置时,如何合理确定液体电阻值的大小及起动时间的长短这两个参数。

关键词：大容量风机,变阻软起动,液体电阻,起动时间

参考文献

[1]续魁昌.风机手册.机械工业出版社,1995,5.