电机启动

2024-08-29

电机启动（精选11篇）

电机启动篇1

1 引言

目前,在工程上的众多领域普遍采用高压大容量变频调速异步电机驱动多种负载,以满足生产工艺或节能需要。当电网发生故障跳闸时,变频器失去电源,控制系统将封锁变频器输出,电机失控而处于减速旋转状态。在一些生产过程中,若电机不能及时恢复正常运行,将产生严重安全事故或经济损失。为此,在变频器瞬时失电又恢复供电后,应及时重新启动电机,快速恢复变频调速系统的正常运行。电机失电后,转子中的电流很快衰减到零,电机处于减速旋转状态,减速的持续时间取决于初始转速和系统的机械惯性,减速过程中的转子转速是未知的。在变频器瞬时失电又恢复供电后,重新启动电机时,要求变频器输出频率所对应的定子同步转速应接近减速过程中的转子转速。否则,当所对应的定子同步转速高于转子转速且相差较大时,将产生不允许的冲击电流和冲击转矩。当定子同步转速低于转子转速时,电机处于发电状态,转子的机械能转变为电能回馈到定子侧,向变频器直流环节的电容器充电,使直流侧的电压升高而可能超过允许值。因此在变频器瞬时失电又恢复供电后,在重新启动电机时,要求搜索转子转速,使变频器输出频率所对应的定子同步转速接近转子转速。有另外一种工况,在待机状态下,即使变频器不供电,电机也可能在外力作用下自行转动,如有的风机。当用变频器启动电机时,也要求搜索转子转速。还有一种工况,当电机由工频切换到变频运行时,也同样要求搜索转子转速。已有许多文献提出了电机转速在线或离线的辨识方法[1,2,3]。这些方法利用电机的稳态或动态数学模型,在外加信号作用下测量出电机的稳态或动态响应,再利用适当的数学方法,估算出电机转速。这些方法在原理、方法和测量精度上各有千秋。例如,已有下述一些估算转子转速的方法:1)在变频器瞬时失电后,控制系统封锁变频器触发脉冲。转子电流产生的旋转磁场将在定子中感应反电势,检测定子反电势的频率就可测到转子的转速。由于转子电流衰减很快,当转子电流衰减到零时,定子反电势也衰减到零。所以这种方法不适用于转子电流衰减到零以后的工况,即不适用转子无电流的工况;2)最小电流法。在搜索转子转速过程中,如果检测到变频器直流侧的母线电流最小,则此刻定子的同步转速就接近等于转子转速。由于通用变频器的直流环节没有电流传感器,此方法在实际工况中难以实现;3)直接测量法。在电机轴上安装转速传感器,直接测量转子转速。由于在高压大容量电机轴上不便于安装转速传感器,该方法在工程应用上意义不大。还有些测量方法理论繁琐,测量数据多,计算复杂,准确度低,难以在工业现场应用。因此,有必要克服现有技术的不足,提供一种高压大容量异步电机转速在线辨识的实用方法,使其具有工程上的可操作性和通用性。本文的目的在于提出一种高压大容量变频调速异步电机失电后重启动的控制方法,该方法基于异步电机数学模型,利用瞬时无功功率理论及计算技巧,在高压变频器失电后重新上电时,只需要检测电机的相电流,就可方便地判断电机的运行状态,进一步就可判断变频器输出频率所对应的定子同步转速是否接近转子转速,即可判断出转子的近似转速。从而快速恢复变频调速系统的正常运行,消除了长时间停机形成的安全隐患,避免了可能出现的经济损失。

2 电流为正弦波时的电机运行状态辨识

变频器供电时,电机的运行状态是指电机处于电动状态还是发电状态。在变频器瞬时失电又恢复供电后,重新启动电机时,设变频器输出的起始搜索频率f0为额定频率fN,输出的起始电压为u0=(0.1~0.2)f0uN/fN,其中uN为电机的额定电压。以a相电压由负变正的过零时刻作为起始时刻,则电机的三相相电压可表示为

式中:U为相电压有效值;ω为基波角频率。

若电机电流为正弦波,其三相相电流基波分量可表示为

式中:I为基波电流有效值;φ为功率因数角。

将三相静止坐标系(a-b-c)中的电压变换为两相静止坐标系(α-β)中的电压,有

其中:C32为坐标变换矩阵,

从式(3)可看出,有uα=0,即电压无α轴分量,且uβ为负值,即

将三相静止坐标系(a-b-c)中的电流变换为两相静止坐标系(α-β)中的电流,考虑到电机三相绕组在结构上的对称性,有ic=-(ia+ib),且电流中无零序分量,有

在两相静止坐标系(α-β)中,电机的瞬时有功功率可表示为

根据式(4),由于uα=0,且uβ为负值,有

由式(7)可看出:若iβ>0,则P=(-|uβ|)iβ<0,电机输出有功功率,电机处于发电状态,其转速高于同步转速,应增加变频器输出的搜索频率。此时发电状态电流、电压矢量图如图1所示。

若iβ<0,则P=(-|uβ|)iβ>0,电机吸收有功功率,电机处于电动状态,其转速低于同步转速,应降低变频器输出的搜索频率。此时电动状态电流、电压矢量图如图2所示。

如上分析,只需从三相静止坐标系到两相静止坐标系的电流变换,根据电流iβ的正负就可判断出电机的运行状态。

3 电流为非正弦波时的电机运行状态辨识

若变频调速电机中的电流为三相对称的非正弦波,含有基波及一系列的奇次高次谐波,则一般可表达为∞[4]

式中:n为谐波次数,n=3k±1,k为整数,当k=0时,只取+号,表示基波电流中无负序分量;ω为基波角频率;In,φn分别为各次谐波电流的有效值和初始相位角。

已知电机的电压如式(1)所示,经坐标变换可得

电机的电流如式(8)所示,经坐标变换可得

式中:n=3k+1时取“-”,n=3k-1时取“+”。

由式(9)、式(10)可得到电机的瞬时有功功率和瞬时无功功率为

式(11)表明,P和Q中包含有直流分量和交变分量,其中直流分量分别是基波电压和基波电流产生的有功功率和无功功率。经低通滤波器滤波后,可得到有功功率P1和无功功率Q1为

若P1>0,说明电机吸收有功功率,电机处于电动状态,其转速低于同步转速。否则,若P1<0,说明电机输出有功功率,电机处于发电状态,其转速高于同步转速。式(12)说明,采用上述变换方法,当电机电流为非正弦波时,可从瞬时功率中提取直流分量,根据直流分量的正负,就能判断出电机的运行状态。

4 现场应用中的一些问题及解决办法

由上所述,本文根据两相静止坐标系中的电流iβ的正负或基波功率P1的正负来判断电机的运行状态,从而可判断电机的转速是高于还是低于同步转速,进一步可确定变频器输出的搜索频率是要降低还是要增加。

在搜索电机转速过程中,考虑到电机转速的所有可能性,变频器输出搜索频率应自50 Hz开始向下搜索,频率增、减量为

式中:fN为额定频率;sN为额定转差率。输出电压为

式中:f为变频器当前输出的搜索频率。

这样处理的目的是限制搜索过程中的频率增、减量,同时降低电压/频率比,避免搜索过程中可能产生的电流和转矩冲击。

在搜索电机转速过程中,若检测到P1或iβ接近为零,说明电机既不吸收有功功率,也不输出有功功率,电机的转速就近似等于变频器搜索频率所对应的同步转速,转速搜索过程结束。变频器以当前的搜索频率、原有的电压/频率比及原有的启动曲线启动电机。

在坐标变换中需要采集电机电压的瞬时值。由于高压变频器输出电压通常为PWM波,不便于提取其基波。为此,采用等效的方法,将生成PWM波时所用到的参考正弦波作为电机电压的基波。

需要用低通滤波器从式(11)中提取直流分量。本文采用2阶Butterworth滤波器,低通滤波器特性如图3所示。通带截止频率fp=15 Hz,带内最大衰减2 d B。阻带截止频率fs=15 Hz,带内最大衰减14 d B,离散系统的传递函数为

5 结论

为了解决高压大容量变频器调速异步电机失电后的重启动问题,本文作者曾经采用过直流侧最小电流法、交流侧最小电流法等多种控制方法检测转子转速。在现场应用中,发现这些方法存在提取信号困难、数据量大以及稳定性差等缺点。本文提出的方法物理概念清楚,运算简单,操作方便,只需要检测电机的相电流,就可方便地判断电机的运行状态,进一步就可判断变频器输出频率所对应的定子同步转速是否接近转子转速,即可判断出转子的近似转速,从而快速恢复变频调速系统的正常运行。该方法已在某企业生产的高压变频器6~10 k V电压等级的产品中得到实际应用,验证了其有效性和工程上的实用性。

参考文献

[1]陈伯时.无速度传感器高性能交流调速控制的3条思路及其发展建议[J].电气传动,2006,36(1):3-8.

[2]刘述喜,王明渝,陈新岗,等.基于数字信号处理器的异步电机参数辨识实现[J].电机与控制应用,2006,33(10):21-25.

[3]Shuo Chen,Izumi K,Yamada E.A Sensorless Vector Con-trol System for Induction Motors Using Q-axis Flux with Stator Resistance Identification[J].Industrial Electronics,IEEE Transaction,2001,48(1):185-194.

[4]王兆安,杨君,刘进军,等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,2006.

电机启动篇2

河南全新液态起动设备有限公司是河南省高新技术企业、新乡市重合同守信用单位。是集液态固态电机软起动设备、高低压电气成套设备、重型电机制造、电机制造维修设备、高低压电机维修及维修培训、变压器绕制设备等机电设备的制造、组装、维修及技术开发服务的综合性公司，公司致力于生产无刷电机启动器无刷电机软起动器无刷液阻启动器，其产品广泛应用于国内各个领域，并赢得了广泛赞誉。

河南全新生产的无刷电机启动器无刷电机软起动器无刷液阻启动器是BP4型频感变阻器工作方式的演变，它采用最佳磁路原理和最佳导磁材料把原二次回路系统的多触点元件组成的电磁回路，通过工艺革新做成一个无触点的电磁元件，作为启动时可变阻的起动设备。它利用电动机在起动过程中，转子电流频率随转子转速升高而降低的关系，即转子转速由0变到额定转速Ne，转子电流的频率则由50赫兹平滑地降到l—2赫兹，起动器阻抗则由最大变到最小，等效于转子回路外接的电阻由最大变到最小，故能自动地随转子频率的变化作平滑调节，是一种理想的起动装置。

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产品一旦制造完成，其自身的质量就已经确定了，检查的作用就是测定一批产品的质量水平，而其潜在的设计和工艺缺陷是固有的，是会随着储藏、运输、使用的过程中陆续暴露出来的，所以，河南全新高质量的无刷电机启动器无刷电机软起动器无刷液阻启动器产品品质要靠制造来保证。

浅谈鼠笼式异步电机水电阻启动篇3

关键词：高压异步电动机水电阻启动

本厂于2011年完成了对生产7#、8#、9#泵站改造，以前是用280KW 380V低压电机直接启动方式，现改造为500KW 6KV高压水电阻启动方式，至今运行一直良好，值得推广。下面说说水电阻基本原理、电阻液的配制、启动前的检查、维护与故障、使用环境条件等等。

1 水电阻启动几个特点

1.1 电流软起动性能，起动过程中，起动电流基本保持不变，小于额定电流的3倍；且起动转矩大，不受电网质量影响，起动成功率100%。

1.2 电机的起动转矩由小到大逐步增高，使机械设备起动平稳，无冲击、无啸叫且机械设备能平稳越过谐振转速，使设备免受伤害。

1.3 热容量大，连续起动次数为3-4次，提高设备利用率。起动温升低，单次起动电解液温升<10℃/次左右。

1.4 网影响小，起动时电网压降在5%以内。

1.5 完善的报警提示功能和电动机保护功能，安全可靠。

1.6 简单、可靠，安装、维护方便；但通过调节极板距离改变电阻，精度和灵敏度低；需要经常加水；环境温度变化对起动特性有影响，温度变化比较大的地方一般需要加装空调。

2 水电阻基本原理

起动器的导电作用主要是通过溶解在水中的电解质（NaHCO3）离子实现的。在两个平行的平面极板之间有充足的电解质，可以形成一个电容状的导电体——水电阻。因为他本身没有感性元件，所以跟频敏、电抗器等起动设备比较起来，可以使电动机的功率因数变大，实现节能降耗。水电阻串入电动机定子回路以后，不仅能改变电动机的转差率S，达到调速的目的，还能增加电动机起动时的转矩，减小起动电流。具有平滑无级调速，并可使转速达到额定转速。

水电阻起动器，主要运用的就是电动机降压起动原理，在电动机的定子回路中串入合适的可变水电阻来分压，由于水电阻具有热容量不小，不会烧毁，而且还能够调整和恢复性等特点，在控制系统控制传动机构拖动电极极板向下运动的情况下，使动、定极板间的距离变小，这样水电阻阻值的平滑也会减小，从而使水电阻阻值与电动机转差率的变化变成一样的，实现恒电流起动，使电动机实现均匀加速，直到达到额定转速，使起动时间变少。起动结束之后，星点接触器自动投入并旁路水电阻，电动机全压运行。动极板运行至上端，为下次启动做好准备。

3 电阻液的配制

3.1 配液用水最好是蒸馏水，也可用沉淀过的生活水。

3.2 阻值可以通过下面的公式得到：

Rs=■■

其中：未串R前起动电流与额定电流之比用m来表示，m大约为 4～7。

串入R后起动电流与额定电流之比用n来表示，n大约是2.5～3

电机额定工作电流用Ie来表示

电机额定工作电压用Ue来表示

3.3 电阻的配制。①先在起动位置放好动极板，在水箱规定位置注入适当的水，三格液位要相互差不多。②先将已准备好的水倒入盆或桶等容器中，再把电液粉缓缓倒入容器中，还要一直搅拌直到电液粉完全溶解，然后倒入电阻箱的一相中。③重复步骤②将电液粉溶入其它两相中，并扳动试验按钮，使极板上下运动二、三次，使箱内电阻液搅拌均匀。

3.4 电阻的测量：将液体电阻的活动极板移到起动位置后，通过自耦变压器给每相动静极板之间通过50Hz 电，电流从0 最后增加到大约为5A 是时候记下电流表A 的读数I（A），并测量两极之间压降V（V），那么我们就能得到液体电阻值： R（Ω）= V（V）/ I（A）以下是测量电路图：

若电阻偏大，则加水后再次测量；若阻值偏小，则加粉后再次测量；实现液阻配制后，电液箱的电液要达到口部液位线处，且液位状态不得出现异常。

4 启动前的检查与实验

4.1 先将电液箱四周擦净，再用2500V光欧表检测确保三相对地及相间绝缘电阻在10MΩ以上。

4.2 线路及电气检查：①检查液体起动柜内配线，液体起动器与一次柜的联锁控制线。②暂时不要将转子线与液体电阻起动器进行连接，电阻测量完之后再连接。③要保证端子间或各暴露的带电部位未出现短路等现象，保证不要让端子连接、螺钉等出现松动的情况。④检查PLC内部程序是否合理，是否满足控制逻辑。⑤用手动调动极板处于上、下限位，检查控制电源三相电是否正常后。

4.3 与开关柜的联动试验：①允许起动：水阻柜中继的常开电接点串接于开关柜的合闸回路中，当水电阻备妥时，常开点闭合，开并柜才允许合闸。②起动、停机：要想让电动机启动或者是停机，只需要打开开关柜的起或者是停车按钮，不用在水电阻起动柜上操作。开关柜就输出一对断路器的辅助常开电接点接到水电阻柜，水电阻柜将会自动实现起动，并转换成运行状态。停机后，水电阻会自动恢复，以便再次起动。③故障跳闸：水电阻输出一个故障点（常开点）并联至开关柜故障回路，当水电阻出现故障时，开点闭合，开关柜故障报警并跳闸。④当液阻柜液位不高时，液温比下限温要低，起动多于所需时限等等，液阻柜“综合报警”灯就会亮，以此来警告相关的工作人员。

联机通电前需手动模拟试机2～3次，电气动作、信号指示均正常时，再与开关柜联调空动作，反复试验正常后，方可联机通电。

5 维护与故障

5.1 后期检查维护：①定期，可以是每个月检查一次，看液位有无出现异常，若果若液位不高，要及时添加蒸馏水。②定期（每季）进行传动机构检测、维护、检修或调整上、下限位开关。③定期更换电液，可以是4～5年的时间内，还要保持极板和箱体的清洁；先用稀盐酸将极板上的氧化物清洗干净，再用清水进行清洁，取出和置入箱体时不要出现撞击的情况，以免使箱体被弄坏。④定期检修设备是不是保持良好的绝缘性能，可以是一年，保证设备是安全的。水电阻对地绝缘，用1000v摇表，阻值不小于500MΩ。

5.2 故障及处理：

6 使用环境条件

①环境温度：在0℃～40℃之间；②空气相对湿度保持在90%以下；③海拔高度≤1000M；④地面倾斜度≤5°；⑤安装地点不得有火灾、爆炸危险等隐患存在，化学腐蚀及剧烈震动的情况也是不允许的。

7 结论

本系统主起动设备对工况及电网的环境要求不高，运行成本低；系统自身集成控制发出联机信号，一般技术人员短期培训即可自行操作维护；液态电阻稳定性好，操作简单，方便维护，是高压大功率电动机软起的理想选择。

参考文献：

[1]李明编.电机与电机拖动.

[2]吴青萍编.电路基础，北京理工大学出版社，2002.

[3]韩雪涛，韩广兴，吴瑛编.电动机维修技能7日通，科学出版社，2010.

浅论电机启动方式的选择篇4

交流电动机的常用启动方式:直接启动, 星形-三角形启动, 自耦变压器降压启动, 软启动, 变频器启动。

1 电机启动方式

1.1 全压直接起动

全压起动是最常用的起动方式, 也称为直接起动。它是将电动机的定子绕组直接接入电源, 在额定电压下起动, 具有起动转矩大、起动时间短的特点, 也是最简单、最经济和最可靠的起动方式。

1.2 星三角Y-Δ起动

对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说, 如果在起动时将定子绕组接成星形, 待起动完毕后再接成三角形, 就可以降低起动电流, 减轻它对电网的冲击。这样的起动方式称为星三角减压起动, 或简称为星三角起动 (Y-Δ起动) 。

采用星三角起动时, 起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3。如果直接起动时的起动电流以6~7Ie计, 则在星三角起动时, 起动电流才2~2.3倍。这就是说采用星三角起动时, 起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载起动的场合。并且与其它减压起动器相比较, 其结构最简单, 价格也最便宜。除此之外, 星三角起动方式还有一个优点, 即当负载较轻时, 可以让电动机在星形接法下运行。此时, 额定转矩与负载可以匹配, 这样能使电动机的效率有所提高, 并使之节约了电力消耗。

1.3 自耦变压器降压启动

自耦变压器降压启动是指电动机启动时利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的启动电压。待电动机启动后, 再使电动机与自耦变压器脱离, 从而在全压下正常运动。

采用自耦变压器降压起动时, 与直接起动相比较, 起动电压降低得很多 (为额定电压的1/4~1/7) , 而起动转矩降低得更多;且自耦变压器不允许频繁起动, 因而限制了它的广泛使用。

1.4 软启动

运用的软起动器, 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, 即为软起动。

软起动器 (Soft Starter) 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电机控制装置。利用软起动器串接于电源与被控电机之间来启动电机时, 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, 即为软起动。

软起动时电压由零慢慢提升到额定电压, 这样在启动过程中的启动电流, 就由过去过载冲击电流不可控制变成为可控制。可根据需要调节启动电流的大小。电机启动的全过程都不存在冲击转矩, 而是平滑的启动运行。待电机达到额定转速时, 启动过程结束, 软启动器自动用旁路接触器取代已完成任务的晶闸管, 为电动机正常运转提供额定电压, 以降低晶闸管的热损耗, 延长软启动器的使用寿命, 提高其工作效率, 又使电网避免了谐波污染。

1.5 变频启动

变频器亦叫电动机变频调速器.是一种静止的频率变换器.它把电力配电网50Hz恒定频率的交流电变成可调频率的交流电.供普通的交流异步电动机作电源用, 其最主要的特点是具有高效率的驱动性能和良好的控制特性, 应用变频器不仅可以节约大量电能。

2 启动方式选择

对不同功率电机, 我们如何选择合适的启动方式。

2.1 全压启动的条件

在设计规范中, 对电动机起动引起配电系统的压降有明确规定。JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》 (以下简称《规范》) 第10.2.1.1条规定:“交流电动机起动时, 其端子上的计算电压应符合下列要求:

⑴电动机频繁起动时, 不宜低于额定电压的90%, 电动机不频繁起动时, 不宜低于额定电压的85%。

⑵电动机不与照明或其他对电压波动敏感的负荷合用变压器, 且不频繁起动时, 不应低于额定电压的80%。

⑶当电动机由单独的变压器供电时, 其允许值应按机械要求的起动转矩确定。

对于低压电动机, 还应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

一般情况下要判断一台电机能否直接启动, 可以通过以下公式粗略计算:

ΔUst= ( (K×W+S) /Stn) Uk%

ΔUst——电动机起动时配电系统的压降百分数;

K——电动机起动电流倍数 (起动电流与额定电流之比) ;

W——电动机额定功率 (k W) ;

S——变压器带的其他负荷 (kW) ;

Stn——变压器的额定容量 (kVA) ;

Uk%——变压器阻抗电压百分数。

公式为粗略计算, 是因为忽略了一些次要的因素, 如母线及开关上的压降等, 而且将有功功率与视在功率混算, 有误差, 但误差很小, 但基本上能够满足工程设计的精度要求。

总的来说, 在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下, 可以考虑采用全压直接起动。优点是操纵控制方便, 维护简单, 而且比较经济。主要用于小功率电动机的起动。

2.2 其它方式启动方式选择

交流电动机在全压直接起动时, 起动电流会达到额定电流的4~7倍, 当电机的容量相对较大时, 该起动电流会引起电网电压的急剧下降, 影响同电网其它设备的正常运行。出于安全运行角度来说 (对电机、电网减少大电流的冲击) , 与节约电能的角度考虑, 大于11kw的电动机不宜用全压启动。

2.2.1 降压启动

星三角起动, 自藕减压起动, 由于其成本低, 维护相对软起动和变频控制容易, 目前在实际运用中还占有很大的比重。但因其采用分立电气元件组装, 控制线路接点较多, 在其运行中, 故障率相对还是比较高。另外有时根据生产需要, 要更改电机的运行方式, 如原来电机是连续运行的, 需要改成定时运行, 这时就需要增加元件, 更改线路才能实现。

另选择降压启动必需要满足以下的基本条件: (1) 起动时电动机端子电压应能能保证传动机械要求的起动转矩:Ust2≥1.1Mj/Mst (其中Ust为起动电动机端子电压相对值, Mst电动机起动时转矩相对值, Mj电动机传动机械静阻转矩相对值) ; (2) 低压电动机起动时还应该保证接触器线圈的电压不低于释放电压; (3) 结构特殊的电动机起动方式, 应该符合制造厂规定。

2.2.2 软启动与变频启动

软启动与变频启动都可以让电机启动时实现软启动, 不会对电网造成冲击。但软启动不可调速, 变频可以实现电动机调速.根据需求而定, 如果想对90KW的电机实现软启动, 不用考虑调速, 可以选择软启动, 它的价格相对便宜一些, 但如果电机工作要求需要调速, 就只能选择变频。

在实际应用中, 大型电机的起动会使整个电网电压大大下降, 并对电机造成很大的冲击和机械设备造成很大的伤害, 采用减压起动时, 上述危害只有一定程度的降低, 但软启动或者变频启动, 可以大大延长电机的使用寿命并几乎消除上述的危害, 故大型电机一般需要用软启或变频启动。

综合考虑, 当全压起动符合条件时, 电动机应全压起动;从安全和节能角度考虑, 在经济条件允许的情况下较大功率的电机应尽量避免采用直接启动方式, 选用降压启动方式时应考虑校验电动机的端子电压, 使其满足所拖动机械的最小转矩要求;在经济充裕的条件下, 在考虑到电机冲击和机械设备使用寿命时, 就尽量使用软启动或变频启动。

参考文献

[1]周希章、周全。电动机的起动、制动和调速, 机械工业出版社, 2001年

电机启动篇5

调研时间：2011年4月20日

调研单位：成家庄煤矿机电科队

调研课题：煤矿电动机电机启动常见故障分析及处理方式

前言：

电动机在我区的使用很广泛，它遍及各行各业的各个角落，在生产、生活过程中发挥着极其重要的作用。但由于大部分电机使用年限较长，电机烧毁的事故常有发生，而且呈上升趋势，严重影响着生产、生活的安全、可靠、长周期运行。现针对电机烧毁原因及相应对策做一分析和研究。

内容：

一、电机绕组局部烧毁的原因及对策

1、由于电机本身密封不良，加之环境跑冒滴漏，使电机内部进水或进入其它带有腐蚀性液体或气体，电机绕组绝缘受到浸蚀，最严重部位或绝缘最薄弱点发生一点对地、相间短路或匝间短路现象，从而导致电机绕组局部烧坏。

相应对策：①尽量消除工艺和机械设备的跑冒滴漏现象；②检修时注意搞好电机的每个部位的密封，例如在各法兰涂少量704密封胶，在螺栓上涂抹油脂，必要时在接线盒等处加装防滴溅盒，如电机暴漏在易侵入液体和污物的地方应做保护罩；③对在此环境中运行的电机要缩短小修和中修周期，严重时要及时进行中修。

2、由于轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦（俗称扫膛）引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。轴承损坏一般由下列原因造成：①轴承装配不当，如冷装时不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小，出现跑内圈现象，装电机端盖时不均匀敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁，特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会造成轴承温度急剧上升，只要轴承完好，允许间断性跑外圈现象存在。②轴承腔内未清洗干净或所加油脂不 1

干净。例如轴承保持架内的微小刚性物质未彻底清理干净，运行时轴承滚道受损引起温升过高烧毁轴承。③轴承重新更换加工，电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时磨擦力增加，温度急剧上升直至烧毁。④由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴机加工后精度不够，致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运行“吃别劲”后温升高直至烧毁。⑤由于电机本体运行温升过高，且轴承补充加油脂不及时造成轴承缺油甚至烧毁。⑥由于不同型号油脂混用造成轴承损坏。⑦轴承本身存在制造质量问题，例如滚道锈斑、转动不灵活、游隙超标、保持架变形等。⑧备机长期不运行，油脂变质，轴承生锈而又未进行中修。

相应对策：①卸装轴承时，一般要对轴承加热至80℃~100℃，如采用轴承加热器，变压器油煮等，只有这样，才能保证轴承的装配质量。②安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗，轴承腔内不能留有任何杂质，填加油脂时必须保证洁净。③尽量避免不必要的转轴机加工及电机端盖嵌套工作。④组装电机时一定要保证定、转子铁心对中，不得错位。⑤电机外壳洁净见本色，通风必须有保证，冷却装置不能有积垢，风叶要保持完好。⑥禁止多种润滑油脂混用。⑦安装轴承前先要对轴承进行全面仔细的完好性检查。⑧对于长期不用的电机，使用前必须进行必要的解体检查，更新轴承油脂。、由于绕组端部较长或局部受到损伤与端盖或其它附件相磨擦，导致绕组局部烧坏。

相应对策：电机在更新绕组时，必须按原数据嵌线。检修电机时任何刚性物体不准碰及绕组，电机转子抽芯时必须将转子抬起，杜绝定、转子铁芯相互磨擦。动用明火时必须将绕组与明火隔离并保证有一定距离。电机回装前要对绕组的完好性进行认真仔细的检查确诊。、由于长时间过载或过热运行，绕组绝缘老化加速，绝缘最薄弱点碳化引起匝间短路、相间短路或对地短路等现象使绕组局部烧毁。

相应对策：①尽量避免电动机过载运行。②保证电动机洁净并通风散热良好。③避免电动机频繁启动，必要时需对电机转子做动平衡试验。、电机绕组绝缘受机械振动（如启动时大电流冲击，所拖动设备振动，电机转子不平衡等）作用，使绕组出现匝间松驰、绝缘裂纹等不良现象，破坏效应

不断积累，热胀冷缩使绕组受到磨擦，从而加速了绝缘老化，最终导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组。

相应对策：①尽可能避免频繁启动，特别是高压电机。②保证被拖动设备和电机的振动值在规定范围内。

二、三相异步电动机一相或两相绕组烧毁（或过热）的原因及对策

如果出现电动机一相或两相绕组烧坏（或过热），一般都是因为缺相运行所致。当电机不论何种原因缺相后，电动机虽然尚能继续运行，但转速下降，滑差变大，其中B、C两相变为串联关系后与A相并联，在负荷不变的情况下，A相电流过大，长时间运行，该相绕组必然过热而烧毁。

为三相异步电动机绕组为Y接法的情况：电源缺相后，电动机尚可继续运行，但同样转速明显下降，转差变大，磁场切割导体的速率加大，这时B相绕组被开路，A、C两相绕组变为串联关系且通过电流过大，长时间运行，将导致两相绕组同时烧坏。

电机启动篇6

摘要：无位置传感器无刷直流电机具有启动时间长，传统的电机启动方法容易使得电机失步，带负载启动能力弱等特点。根据无刷直流电机定子铁心的饱和效应，这里采用三段式中的初始位置预定位法进行转子预定位和两步短时脉冲法进行转子加速。该方法能够快速得到转子的位置，并且在不失步的情况下得到初步速度，建立较低的反电动势，进而切换至反电动势控制方式运行。

关键词：无刷直流电机；转子预定位；两步短时脉冲定位加速法

中图分类号：TM332 文献标识码：A

1 前言

无刷直流电机因其调速特性好、无换向火花、效率高、寿命长、运行可靠、维护简便等优点得到了广泛的应用[1]。无刷直流电机的类型很多，从有无位置传感器可以分为无位置传感器的无刷直流电机和有位置传感器的无刷直流电机。有位置传感器的无刷直流电机在其启动时无需特殊注意。但是因为无位置传感器的无刷直流电机在体积和生产成本上与有位置传感器的无刷直流电机有着无可比拟的优势，所以无位置无刷直流电机在生产和生活中的应用越来越得到人们的重视，而其如何启动也就顺理成章的成为了人们的研究对象[2]。

在对于无位置传感器无刷直流电机常用的启动方法包括三段式启动法，升频升压同步启动法。其中三段式启动法简单，但是实验调试特别的复杂，要依靠大量的经验施加电压矢量，而且还容易受到负载条件的影响，很容易使得启动失败，甚至发生倒转，存在严重的安全隐患[3]。升频升压发启动比较可靠，但是没有严格的换向信号作为指导，虽然可以携带一定的负载进行启动，但是附加的启动电路增加了电机的尺寸，降低了系统的可靠性，也不是这类电机启动的最佳选择[4]。

本文提出了一种基于结合传统三段式法的转子预定位法和两步短时脉冲加速法，两步即可使得电机顺利启动，最后根据反电动势建立完整的控制系统，整个过程简单易行，大大降低了电机启动失败的概率。

2 短时脉动法的理论基础

本文所研究的无刷直流电机的结构如图1所示，无刷直流电机电机的转子位于整个电机的中心，是由永磁体组成的，而定子则是由缠绕于铁心的线圈而成，结构如图所示。

转子即永磁体有N和S不同的极性，而在外部缠绕在铁芯上的线圈在外部电路的控制作用下产生不同的磁场，两个磁场相互作用，使得转子转动[5]。

计算技术与自动化2016年6月

第35卷第2期王哲等：无位置传感器无刷直流电机启动系统研究

这里线圈缠绕在铁心上形成定子，当外加磁场作用于线圈时，电感L的值会随着磁场的大小和方向的变化不断的变化。当线圈中通过的电流和转子的磁场保持一致时，电感L减小，当处于垂直状态时，电感L的值最大[6]，如图2所示。电压电流和电感的关系如式2，这就是短脉冲检测的原理。

无刷直流电机的通电线圈处于电机的外侧，即电机的定子，电流通过线圈，线圈存在电感，而作为电机的转子的永磁体对于线圈的电感有着增磁和去磁作用，永磁体（即转子）的N极靠近线圈时，线圈的电感值减小，所以当线圈中存在电流并且转子的N极靠近线圈时，电流会因为线圈电感值的减小而增大。

图3电机的控制原理图，经过简化以后可以得到下图所示：

这样我们能够根据电路中电流的大小判断出转子的位置，也能够根据电流的大小得到换向点。

3 转子定位及加速

3.1 转子预定位法

对于无传感器的无刷直流电机而言，在电机启动之前，转子的初始位置是随即的，也就是未知的，所以得到转子的确切的初始位置对于这类无传感器无刷直流电机的启动是至关重要的。为了简单而准确的定位到转子的初始位置，这里我们采用转子预定位的方法是借鉴三段式启动法的转子预定位法，在电机通电伊始，给电机的任意两项通电一段时间，使定子能够产生一个固定的磁场，如下图a所示。

在磁场力F的作用下，电机转子转动到如图a的位置，但是若电机初始位置正好与F相差180度，如b，这时在理论上产生的电磁转矩为零，所以要进行电机的第二次定位，也就是按电机的旋转方向导通下一次绕组电流，使其产生与原来F相差90度的F方向的磁场力，这样，不论转子的初始位置是在a的位置上还是在b所指的位置上，转子都将转动到F所指的位置[7]。

其实，在实际实验中，我们发现，转子大部分时候是不需要二次定位的。但是我们这里为了防止意外情况的出现，还是采用了更为保守的二次定位。这样谁稍稍延长预定位的时间，但是杜绝了意外的发生。

等到电机的转子到达指定位置后，将在指定位置处左右摆动，处在一个不稳定的状态，最后在摩擦力和磁滞涡流的作用下停止。很多时候为了让转子有足够的时间反应调整位置，所以我们要对电机的通电时间稍微长一点[8]，但是电压不要过大，因为在这个阶段，我们通常不使用PWM来调节电压。

3.2 转子加速

电机的加速过程采用的导通方式为二二导通方式。如下图所示，经过转子预定位，转子到达指定的位置，给电机的绕组依次通电，就可以保证电机转动。但是如何找到电机的换向点，是加速过程的一个关键，过早和过完的换向都会引起电机的失步，严重的可能会导致电机启动失败，造成重大的事故。这里我们采用短脉冲加速法，通过比较电流阈值检测换向点，该方法简单易行，准确度高，且不需要知道电机的准确参数就能够保证电机的正常启动。

根据短脉冲理论，我们可以大致描绘出其脉冲的波形图，进而得到电流波形，大致如下图所示。

在PWM的低电平期间，给出相应的检测脉冲矢量，在短脉冲结束时检测母线电流的大小，根据两次电流值的大小可以确定是否为换向点。通过电机运行电压矢量图可以得到理论上的换向值，当两次取得的电流值大小相等时为最佳换向点。

短脉冲加速法采取的是给一个短时间的短脉冲，这个短脉冲的持续时间既不可过长，因为时间过长会引起电机的转动，亦不宜过短，因为如果短脉冲的时间过短，不容易检测到电流值，很可能会发生检测到的电流值大小相等的情况，使得控制器误以为到了换相时间进行错误的换相。这个短脉冲的持续时间建议值为当前电路的时间常数，但是经实验证明，取值为等效时间常数的短脉冲电压引起电机转动时，应当稍微减小脉冲持续的时间以保证转子不转动。

下面我们以初定位的位置在V1为例，进行分析说明，短脉冲加速法是如何进行重复检测-加速运行的。

若转子经过预定位后的位置为V1，为了取得最大的转矩，所以取呈现90度导通，所以导通的电压矢量应为V32，转子进入I和II区，而此时的检测电压矢量应为V1和V3，相应的检测到电流为I1和I3，这时I1>I3，当转子转到V2的位置时，I1=I3，这时就到达了换向点，可以进行换向操作到V34。但在实际定位加速过程中，加速脉冲过宽可能会淹没最佳换相时刻，造成换相失败，在实际操作中，我们也发现了这一点，每次都很难能检测到最佳换相时刻。为了加速的稳定性，把换相条件设定为I3≥I1，即最佳或滞后换相，这提高了短脉冲加速法的负载适应性，防止检测失误错过换向时间。转子继续在V34的作用下转动，转子处在III和IV区，这时检测电压矢量为V2和V4，相应的检测电流为I2和I4，当转子位于III和IV区时，I2>I4，当转子转动到V3的位置时，I2=I4，相应的，我们也取当I4≥I2时换向到V54，转子进入V和VI象限，依照上述的方法，这样在不同电压矢量的作用下，转子加速到指定的速度。下表给出了短时间脉冲检测电压矢量及换相条件如表：

对照着上表电机进行重复检测-加速运行，加速结束时，电机已经具备较低的转速与反电动势，这是可以根据转子的当前位置切换到反电动势运行。

图8即母线检测到的电流波形图将电流波形局部放大如图9可以看到矢量控制产生的电流和短脉冲产生的电流，通过比较检测脉冲的大小可以得知换向点。

在这里我们首先仅仅使用本文介绍的启动方式对电机进行启动，为了表现明显，我们这里单独使用短脉冲对电机的控制，为的是展示此方法的可行性。因为在实际控制中，启动的过程很短暂，不容易观察到，所以这里我们暂时不切换到反电动势进行控制。

下图为速度波形，可以观察到有电机初定位到切换到短脉冲加速时的位置，因为短脉冲加速会产生震荡，所以单独用这种方法进行电机的控制会速度会产生震荡，这也正是短脉冲加速的局限性所在。

4 实验

这里我们采用的是南京研旭电气生产的57BL52-230，其性能稳定，额定电压为24V，线电阻0.6欧，线电感为0.75Mh。

这里采用基于相电压的反电动势检测电路，为了避免复杂的运算，我们将得到的反电动势延迟90-a。

图11 控制电路

其得到的速度波形图如下图所示，因为转子定位和加速至可以检测到反电动势的过程非常短暂，这里很快就使得转子进入了指定的速度。

5 实验结果分析及说明

经过理论和实验的分析，我们可以看出，转子的二次定位可以方便快捷的得到转子的初始位置，而短脉冲加速过程，可以得到使得转子在不失步的情况下使得转子的转速到达可以检测到反电动势的速度，从理论和实验两方面证明了，采用短脉冲加速技术大大降低了转子的失步的概率，减少了事故的发生。

该方法不仅适用于方波的无刷直流电机，还适用于正弦波的无刷直流电机，即永磁同步电机，并且不必要知道这些电机确切参数。只需要大致的计算检测脉冲所持续的时间再进行调节即可。

参考文献

[1] 卢秀和，杜东礼，郭志伟，等. 基于脉冲注入法的无刷直流电动机转子位置检测[J] .微电机，2008，41：70-75.

[2] 刘红平，崔儒飞，高慧敏. 无刷直流电机无位置传感器的启动研究[J]. 装备制造技术，2014，（9）：104-109.

[3] KIM T，LEE H W， EHSANI M. Position sensorless brushless DC motor/generator drives： review and future trends [J]. IET Electric Power Applications， 2007， 1（7）： 557-564.

[4] 林明耀，刘文勇. 无位置传感器无刷直流电机短时脉冲定位加速方法[J].电工技术学报，2011. 24（11）： 26-32.

[5] 朱俊杰. 无位置传感器无刷直流电机关键控制技术研究[D].长沙：中南大学，2014.

[6] 汤长波. 无位置传感器无刷直流电机启动方法研究[J]. 浙江理工大学学报，2011.11：49-54.

[7] 陈程，无位置传感器无刷直流电机启动技术的研究[D].长沙：中南林业科技大学，2012.

笼型异步电机启动方式选择篇7

在新建工程的电气设计中, 笼型异步电机启动方式往往设计较粗糙, 或按电机容量“一刀切” (例如75kW以上的设计软启动装置) 造成工程投资浪费, 或是大容量电机启动设备选择不当造成配电设备的非正常运行。

1 笼型异步电机的启动方式和性能

笼型异步电机启动方式主要有全压启动、降压启动 (包括Y△启动、自耦减压启动、串电阻抗启动、延边三角形启动、电子式软启动) 、变压变频启动。其中Y△启动、自耦减压启动、串电阻抗启动、延边三角形启动方式由于启动转矩不可调且对电网有二次冲击, 因此目前基本不用。

电机启动性能主要表现在启动电流、启动转矩两方面。笼型异步电机的启动电流、启动转矩仅与电机端电压Us和转子转差率s有关。

根据异步电机负载等效电路 (如图1所示) , 且忽略异步电机空载励磁电流If, 笼型异步电机直接启动电流为:

当Us一定时, Is是s (0≤s≤1) 的增函数, 依据规范GB14048.4给出的典型电流曲线 (如图2所示) , 异步电机直接启动电流Is最大可为其额定电流的6倍。过大的启动电流会造成配电系统母线压降短时过大, 而处在同一母线上的其它负载, 特别是正在运行着的电机可能会停转。

笼型异步电机电磁转矩为:

式中, CT为转矩常数, 仅与电机结构有关;Φm为电机气隙主磁通;Ir为转子电流;为转子功率因数。

笼型异步电机直接启动时, 其启动电磁转矩约为额定电磁转矩的0.9~1.3倍, 产生的机械冲击会使整个传动系统受到过大的扭矩力冲击, 易损坏设备或缩短设备的使用寿命。

因此, 笼型异步电机启动大电流对所在电源系统各点电压波动及电源系统设备热稳定性、动稳定性有影响, 启动大转矩对所拖动的机械设备的转矩承受力有影响。

2 笼型异步电机启动方式选择原则

依据GB50055《通用用电设备配电设计规范》第2.3.1条, 电机启动时, 其端电压应能保证机械要求的启动转矩, 且在配电系统中引起的电压波动不应妨碍其它用电设备的工作。此条款诠释了交流电机启动时只要能保证被驱动机械设备所要求的最低转矩和其它电气设备所要求的最大电流即可。对于启动时的最大转矩和最小电流, 因为目前设计的笼型异步电机都是按全压启动时冲击力矩和发热来考虑其机械强度与热稳定性的, 并且电机选型是在机械设备之后, 一般机械设备的承受力矩能满足所选择电机的全电压启动转矩, 所以不用考虑最大转矩, 启动时的最小电流就更不用考虑。

在满足最低转矩和最大电流要求的情况下, 因为全压启动具有启动时间短、启动设备简单、操作方便、维护容易、投资省、设备故障率低等优点, 所以在全压启动方式和降压启动方式可选择的重叠区应优先考虑全压启动。这也可以从GB50055《通用用电设备配电设计规范》第2.3.3条看出, 只有在不满足全压启动情况下, 才宜采用其它启动方式。

2.1 全压启动方式的确定

GB50055《通用用电设备配电设计规范》第2.3.2条给出了电机启动时启动电流对配电母线电压影响的具体约束条件。

(1) 一般情况下, 电机频繁启动时, 不宜低于额定电压的90%;电机不频繁启动时, 不宜低于额定电压的85%。

(2) 配电母线上未接照明或其它对电压波动较敏感的负荷, 且电机不频繁启动时, 不应低于额定电压的80%。

(3) 配电母线上未接其它用电设备时, 可按保证电机启动转矩条件决定;对于低压电机, 应保证接触器线圈的电压不低于释放电压。

根据GB755—2000《旋转电机定额和性能》规定, 三相异步电机的最大转矩应不低于1.6倍额定转矩。电机输出转矩与端电压平方成正比, 为保证电机在运行中仍能输出额定转矩, 端电压标幺值的平方必须保证为1/1.6, 即端电压标幺值为0.79。为避免同一母线上的电机因电压降过大而停转, 需将启动电流引起的压降约束在上述数值。当满足上述条件时应采用全压启动方式。

值得注意的是, 计算母线压降既要考虑启动大电流引起的压降, 还要考虑母线现有运行电流引起的压降, 计算的前提是要知道电源变压器输出侧在配电网络中最小运行方式下的短路阻抗值。因短路阻抗值难以计算, 母线上压降也计算不出, 故常采用估算方式, 即满足下列条件可采用全压启动方式。

(1) 电机由专用变独立供电, 且电机不常启动, 电机的功率不超过变压器容量的30%。

(2) 电机由专用变独立供电, 且电机频繁启动, 电机的功率不超过变压器容量的20%。

2.2 非全压启动方式的确定

当笼型异步电机的启动电流不能满足母线正常工作时的压降损失要求时, 就得选用电子式软启动器及变频变压启动方式。但此时不但要考虑最大启动电流的影响, 还得考虑最小启动转矩是否满足重载启动及克服机械静阻转矩的转矩要求。

根据式 (1) , Is正比于Us, 且在Us不变时随着转速提升 (转差率s减小) 会减小。通常电子式软启动器在升压过程中由于频率f不变, 电磁转矩较小, 使得电机加速过慢, 因此电机因转差率s减小而Is减小的速度较慢。在Us变大、s变小的同步变化中, 启动电流Is最大值基本在3In左右。

根据式 (2) 分析可知, Te正比于Us2/f。当Us很小, f不变时, 电磁转矩非常小, 难以克服重载启动及机械静阻转矩系数较大的负载转矩。因而, 当笼型异步电机的3倍额定电流能满足母线压降损失要求, 且驱动负载为轻载启动时, 可选择电子式软启动器启动方式。

变压变频启动方式由于Us/f为恒值, 即使电机端电压Us很小, 频率f也很小 (转差率也较小) , 因此电机Is能将启动电流控制在额定电流之内, 并且在同样的Us下, 输出转矩较电子式软启动器大得多。因此, 在笼型异步电机的3倍额定电流仍不能满足母线压降损失要求或驱动负载为重载启动及机械静阻转矩系数较大的负载时, 应选择变压变频启动方式。

3 结束语

通过理论分析可以证明, 笼型异步电机降压启动时绕组发热比全压启动更严重, 从而也说明全压启动时的电流积分对配电设备 (包括电源变压器) 产生的热稳定性较降压启动要优越。总之, 当配电系统满足笼型异步电机各种启动方式时应优先采用全压启动方式, 而在电子式软启动器和变频器的选择中, 因同容量变频器的成本是电子式软启动器的数倍, 故建议选择软启动器。当然, 电机启动方式选择不能同时解决启动电流影响及满足启动转矩要求时, 就必须考虑改变电机及变压器等配电设备的选型。

参考文献

[1]汤天浩.电机及拖动基础[M].北京:机械工业出版社, 2004

[2]周新云.电工技术[M].北京:科学出版社, 2005

[3]蓝之达.供用电工程[M].北京:中国电力出版社, 1998

[4]陈化钢.电力设备异常运行及事故处理[M].北京:中国水利水电出版社, 1999

长距离电机的启动与控制篇8

1 长距离电机启动及控制相关计算

下面分别从一次回路及控制回路对电机启动及运行过程进行分析计算。以某场站为例, 站内设一台500kVA变压器 (电源引自系统电, 高压侧短路容量按100MVA考虑) , 有一台37kW的电机距离配电室400m, 37kW电机额定电流为69.8A, 启动电流为488.6A。接触器采用CJ20-100, 线圈启动功率175W, 吸持功率21.5W。接触器内阻按300Ω考虑。控制电缆采用KVV22-5004×1.5, 动力电缆采用YJV22-1K4×16。

1.1 一次回路电机端子压降的计算

根据《手册》表6-19, 允许启动电机最大功率=100kW>37kW, 可以直接启动。根据《手册》表6-16, 计算电机端子电压及母线电压相对值如下:母线电压相对值:uq m=0.9 8 7 2;电动机端子电压相对值:uQm=0.644而一般电机制造厂家要求直起的端电压要求不得小于0.65 (主要是满足启动转矩) , 所以不满足要求。若把电缆增加截面, 选用YJV22-1K4×25, 可得端电压相对值:uq M=.07196, 满足一次回路直接启动的要求。

1.2 二次控制回路临界长度的计算

相互靠近的两平行电线间存在着电容。当线路较短时, 电容值非常小, 可忽略不计;线路很长时, 电容值不能忽略。电缆线间的电容值C1与电缆长度成正比, 电缆越长, C1越大, 流过电容和接触器线圈的电容电流越大。当电容电流大到足以使接触器维持吸合状态 (即线圈两端电压大于接触器的释放电压, 一般在额定电压的20%~70%时能可靠释放) 时, 用停止按钮不能切断控制回路。如果线路更长, C1更大, 启动按钮处于断开状态时, 此电流足以使接触器吸合, 造成误动作。

如果采用两线制 (按钮为自锁按钮) 控制线路起停, 一般采用经验公式计算控制回路导线的临界长度Le (单位:km) , 公式如下:

hP为接触器线圈的保持功率W;Ue为控制回路的额定电压V。

如果采用三线制控制电机起停, 一般采用经验公式计算控制回路导线的临界长度Le (单位:km) , 公式如下:

如果控制导线实际长度超过临界长度, 按钮就不能有效的对电机实施起停控制。

例子中的控制回路采用交流220V的控制电压, CJ20-100的线圈保持功率为2 1.5 W, 三线制控制, 根据式 (2) 计算:C J2 0-1 00的临界控制距离为:Le=5 0 0×2 1.5/ (0.6×2 2 0 2) =0.37km<0.4k m, 即电容电流足以维持接触器触点吸合, 按钮发出停泵信号时, 将不能有效停泵。若电机采用带自锁功能的按钮控制, 控制电缆改成两芯, 根据式 (1) 计算, 控制范围为:Le=500×21.5/ (0.3×2202) =0.74km, 控制范围扩大了一备。

1.3 控制线路电压的计算

若控制线路压降过大.当发出发动命令时, 接触器无法吸合 (额定电压的80%~110%能可靠吸合) , 会造成设备无法启动的故障。根据控制原理图可以看出, 线路的压降主要是接触器线圈的电阻及控制线路的电阻形成的压降, (接触器线圈的电阻按300Ω计算) 计算过程如下:

接触器线圈两侧电压下降了, 接触器能可靠吸合。

2 分析与解决措施

根据计算电动机端子的电压的计算得知, 对于长距离电机的一次回路启动的关键是能否满足电动机端子的电压, 即获得必要的启动转矩。而一般近距离电机启动的关键是对配网母线的冲击而引起的压降系统是否能够承受。要提升电动机端子的电压, 既要降低电缆引起的压降, 在启动方式已定的情况下, 就是要减小电缆的电阻。根据R=ρL/S (ρ为电导率, 只与材料有关, L为电缆的长度, S为电缆的截面) , 在长度已定的情况下, 选电导率低, 截面大的电缆, 能有效的减少电缆引起的压降, 提升电机的端电压。

控制电缆过长引起的电容效应, 造成线圈分不开的原因, 主要由以下几个因素造成: (1) 控制电压过高; (2) 线圈吸合保持容量过低; (3) 过低的线圈释放电压。可见要解决这种情况, 可以从减少电容电流及扩大控制范围入手。为了降低电容电流, 最简单的方法就是减小控制回路中的电容。根据电路知识可知, 电容值的大小与电容两极之间的距离成反比, 所以加大控制电缆芯线之间的距离能有效的减小线路的电容。最简单的方法, 就是采用两根控制电缆, 一根里面取一根芯, 组成控制回路, 并适当加大电缆之间的距离。根据电路知识, 在直流电路里, 线路的电容可按开路考虑, 即直流回路里没有电容。这样, 能有效的回避电缆的电容问题。根据式 (1) 及 (2) 可知, 要扩大控制的范围, 可以采用增加接触器线圈的保持功率, 即选载流量大一点的接触器。

由于线路压降过大, 造成接触器线圈吸合不上的原因, 主要与控制电缆长度及截面、线圈吸合容量、控制电压大小等有关系。

3 结语

为了对长距离的电机实施有效的起停控制, 采取以下措施最为简单有: (1) 在满足电机额定载流量的基础上, 动力电缆再放大一级; (2) 采用自锁控制转换开关控制电机起停, 控制回路采用两线制; (3) 控制电缆的截面应适当的加大; (4) 接触器适当的放大一级。

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院等.工业与民用配电设计手册[M].3版, 中国电力出版社, 2005 (7) .

三相异步电动机电机启动常见故障篇9

1 概述

电机就是电动机的简称, 电机的工作的物理本质就是通过电机的本身器件把电能转化成机械能。在目前的社会生产中, 电机已经被广泛的应用在工农业的各种领域, 随着科学技术水平的不断提高, 各种各样的自动化系统元件都是通过对电机的控制形成的, 包括航空领域的人造卫星系统同样也是通过对电机进行控制, 卫星才能够正常的运行, 除此之外, 电机还被广泛的应用在国防、医疗等其他方面, 因此电机是时代发展的成果, 是提高社会生产力的有效工具。

2 电动机机械故障的分析与处理

2.1 机械方面的扫膛、振动、轴承过热、损坏等故障

2.1.1 异步电动机定、转子之间气隙很小, 容易导致定、转子之

间相碰。一般由于轴承严重超差及端盖内孔磨损或端盖止口与机座止口磨损变形, 使机座、端盖、转子三者不同轴心引起扫膛。如发现对轴承应及时更换, 对端盖进行更换或刷镀处理。

2.1.2 振动应先区分是电动机本身引起的, 还是传动装置不良

所造成的, 或者是机械负载端传递过来的, 而后针对具体情况进行排除。属于电动机本身引起的振动, 多数是由于转子动平衡不好, 以及轴承不良, 转轴弯曲, 或端盖、机座、转子不同轴心, 或者电动机安装地基不平, 安装不到位, 紧固件松动造成的。振动会产生噪声, 还会产生额外负荷。

2.1.3 由于轴承原因导致的烧毁及对策

原因:由于轴承损坏, 轴弯曲等原因致使定、转子磨擦 (俗称扫膛) 引起铁心温度急剧上升, 烧毁槽绝缘、匝间绝缘, 从面造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时会使定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等。轴承损坏一般由下列原因造成:a.轴承装配不当, 如冷装时不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损, 导致轴承内圈与轴承配合失去过盈量或过盈量变小, 出现跑内圈现象, 装电机端盖时不均匀敲击导致端盖轴承室与轴承外圈配合过松出现跑外圈现象。无论跑内圈还是跑外圈均会引起轴承运行温升急剧上升以致烧毁, 特别是跑内圈故障会造成转轴严重磨损和弯曲。但间断性跑外圈一般情况下不会造成轴承温度急剧上升, 只要轴承完好, 允许间断性跑外圈现象存在。b.轴承腔内未清洗干净或所加油脂不干净。例如轴承保持架内的微小刚性物质未彻底清理干净, 运行时轴承滚道受损引起温升过高烧毁轴承。c.轴承重新更换加工, 电机端盖嵌套后过盈量大或椭圆度超标引起轴承滚珠游隙过小或不均匀导致轴承运行时摩擦力增加, 温度急剧上升直至烧毁。d.由于定、转子铁心轴向错位或重新对转轴机加工后精度不够, 致使轴承内、外圈不在一个切面上而引起轴承运行“吃别劲”后温升高直至烧毁。

相应对策:a.卸装轴承时, 一般要对轴承加热至80℃~100℃, 如采用轴承加热器, 变压器油煮等, 只有这样, 才能保证轴承的装配质量。b.安装轴承前必须对其进行认真仔细的清洗, 轴承腔内不能留有任何杂质, 填加油脂时必须保证洁净。c.尽量避免不必要的转轴机加工及电机端盖嵌套工作。d.组装电机时一定要保证定、转子铁心对中, 不得错位。

2.2 电源电压不正常

当电源电压偏高时, 由于其励磁电流增大, 电动机会过分发热;而且过高的电还会危及电动机的绝缘材料, 使其有被击穿的危险。当电压过低时, 电动机产生的电磁转矩就会大大降低;如果负载转矩没有相应减小, 转子转速过低, 转差率增大, 使电流增大, 就会造成电动机过分发热, 时间长则会影响电动机寿命。当三相电压不对称时, 即某一相电压偏低或偏高, 都会导致该相电流过大, 使发热情况恶化。同时电动机的转矩也会减小, 还会发出“嗡嗡”声, 时间长了也会损坏绕组。

3 启动方面的故障分析

3.1 当通电后电动机不能转动, 但无异响, 也无异味和冒烟。可

能是电源未通 (至少两相未通) 或者熔丝熔断 (至少两相熔断) , 应立即检查电源回路开关, 熔丝。接盒处是否有断点, 修复;检查熔丝型号、熔断原因, 然后更换熔丝即可。也有可能是电机已经损坏, 那就需马上检查电机并修复。

3.2 当电动机起动困难, 带额定负载时, 电动机转速低于额定转

速较多的时候, 可能是电源电压过低, 应马上测量电源电压并改善电压情况;笼形转子开焊或断裂应直接检查开焊和断点并修复;电机过载会导致电动机起动困难, 带额定负载, 我们该马上减载, 减少电机压力。

3.3 绕组首尾端接错时或绕组有匝间短路、线圈反接等故障, 会

导致电动机空载电流不平衡, 三相相差大, 还可能是电源电压不平衡引起的。我们可通过检查绕组并纠正, 消除绕组的故障, 测量电源电压, 设法消除不平衡。

4 结论

电动机电机启动常见故障分析篇10

在电气设备检测中,直观故障检查不仅通用,而且也十分有效,通常是根据运行中电气设备产生的噪声与振动、温度与气味等变化来判断噪声和振动检测电机转子旋转所产生的噪声,可凭听觉判断。但要得知电机振动幅度的数值大小,则应当用仪器来制定电动机和一般旋转机械一样,多用振动测量法来诊断转子的不平衡及轴承部位的异常情况。定子是电机的主体结构,监测它的运行状态主要以绝缘电阻为内容。电机经长期运行后,不论是电机绝缘的老化或绝缘机械方面的磨损,都使电枢线圈与电枢铁心之间的间隙加大。电机绝缘好坏的诊断,主要在两方面:一是绝缘电阻测定:二是绝缘强度试验。测量绕阻的直流电阻,也是检查绕组性能的一种方法。对于正常电机,定子绕阻三相必须保持平衡。

电机发热多数是线圈热循环和不正常的温升引起。一般说来,电机都有温升限定值,超过此值不会立即烧坏电机,但会大幅度缩短电机绝缘材料的使用寿命。比如对于绝缘材料超过允许温升1℃左右会使寿命减半。电机温度检测主要是用温度计测转子、轴承或机壳的表面温度或平均温度。由于电阻法要求停机测试,一般情况下不大采用。因为绕组温度与机壳表面温度有关,只要用接触温度计测量外壳温度就可掌握绕组温度,因而现场多用此法。电机温升过高时绝缘材料与各种绝缘油漆会发出特殊气味。也可作为判断的依据。

2 常见故障的预防

2.1 日常检查

日常检查周期为1~7天,检查项目有:(1)运转状态:电压、频率应在-5%以内,负载电流应不超过额定值噪声无异常,振动幅值小于25μm(2极机)、40μm(4极机)、60μm(6极以上的电机),温度(机座,轴承,线圈)无变化,无异味,通风系统过滤器网无堵塞。(2)外观:机座无龟裂,损伤。(3)轴承:滚珠轴承的噪声、振动、温升应无异常,滑动轴承的温度,油箱油量(油位),润滑状态(油环转动,油流状态)等都应正常,无漏油。(4)冷却器:冷却水状态应正常,无漏水现象。(5)集电环装置:应无火花,无异常声音。

2.2 定期检查

与日常检查不同,定期检查项目较多,检查周期各不相同。

(1)轴承:滚动轴承应按规定间隔期进行拆检,内外圈滚动面、滚动体、保持器等应无异常,润滑脂无污染,排出的润滑脂应无金属粉末和异物,补给润滑脂。滑动轴承应检查油量、油位(1周)和油的老化(3个月)。还要进行油的分析(6个月)。轴承拆检(周期为1~3年)用塞尺检查间隙应在允许值以内,下部轴瓦接触应在80%以上。油环内外表面应无磨耗,其圆度应在其直径的0.003倍以内,其合缝偏差应小于0.05mm(径向和轴向)止动螺钉不得松动。最后清扫油箱。(2)保护装置(1年1次):轴承温度计,警报装置,断流,压力,差压,油量等继电器,连锁装置,探测线圈温度计,过电流继电器等电器保护装置都应正常动作。(3)联轴器(1年):固紧螺钉不得松动,止动销钉要特别注意。(4)底座:混凝土(1年)不得有裂纹和失常,还要不定期检查底座对机体振动的影响。(5)定子(1~3年):铁心、线圈上不得有尘埃、油、水分、异物等,铁心不得过热、变色、有接触痕迹或松动。引出线绝缘接续部分应无异常。线圈端部绝缘应无变形、损伤、污损、变色、流漆、漏电痕迹等。槽楔应无干枯、松动、甩出、脱落等现象。绑扎应紧固。测温元件引线无异常,端子无松动。(6)转子(1~3年):绕线型转子的铁心、线圈检查要求与定子相同。绑线应无松动、鼓包、龟裂、损伤、折断、沾上焊锡等。槽楔的检查与定子相同。线圈引线应无过热、变色、松动等。(7)集电环:表面形成的黑色和黄茶色薄膜应有光泽(1周~1个月)。表面和倒角无损伤,低速时的偏心不超过0.05mm(1~3年)。(8)电刷(1周~1个月):磨耗应无异常,磨损到低于8mm(距刷辨铆接处距离)时应更换。电刷与刷盒间隙适当,电刷滑动自如。各电刷压力应均匀,并符合厂家的指定值。刷辨引线端部固定无松动,电缆绞线不得有单根断线,端头铆接处不得变色、松动,否则立即更换。

2.3 EMC-1I电机快速检测仪用于现场的电机诊断

多年来,电机的常规诊断多半用绝缘电阻检测和耐压试验,来广泛采用这里介绍的一种快速简易仪器诊断法。现举实例如下:(1)正常电机工作性能的判断依据。(1)线圈绝缘电阻应超过1MΩ;(2)三组线圈的电阻应近似相等,导线的绝缘无破损;(3)转子旋转到不同位置时。三组线圈的电感都应近似相等,转子未受损;(4)新电机线圈的电阻和电感的不平衡数值应小于5;在用电机不大于10。(2)电机运行状态监测。所用仪器为电机快速检测仪EMC一Ⅱ,是一台简易快捷的三相电动机故障检测工具,着重监测电动机的电阻、电感和绝缘情况。它操作简易,检测时不用拆除接线,只需把电源关闭,然后把测得的数据进行比较,便可判断电机优劣。

3 电动机故障与保护的分析

电动机在运行时由于自身或外部的原因均可能出现故障。因此应根据电动机的实际工作需要设置可靠有效的保护装置,对电动机设置保护的总原则是电动机应装设短路保护,并应根据具体情况分别装设过负荷保护:两相运行保护和低电压保护,如为防止发生短路可采用熔断器或断路器作为短路保护,为防止发生过载可采用热继电器作为过载保护,其它还有失压等保护措施。此外还出现了由微处理器控制的各种保护措施于一体的电动机全保护装置,为了及时发现电动机运行过程中的异常现象,防止故障发生。应监视电动机线路电流及电源电压,即在保护装置上装设电流互感器与电压互感器,基于电流值及电源电压值而提出的各种故障发生的判断。正确的维护、检查和及时诊断,可以早期发现事故隐患,防患于未然,从而可以减少停机、停产损失和抢修费用。

4 结论

总之,无论是从事电气的工作人员或是管理人员,都要切实落实好设备的维护与维修工作,必须将产生该故障的原因解决,并且在维修中不能带入新的故障因素,以保证生产的正常运行。

参考文献

[1]陈丽安,张培铭.电动机故障与保护的仿真研究[J].厦门大学学报,2001(21).

海洋平台大电机动态启动分析研究篇11

异步电动机是海上油气田开发工程设施上使用最多的用电设备,异步电动机启动时,短时较大的启动电流会使发电机的输出电压短时大幅下降,对发电机和运行着的用电设备,以及整个电力系统的运行,都是很不利的。严重时会引起电力系统的继电保护装置动作,断开配电系统或主发电机的开关,造成供电和生产的中断。因此,在进行电力系统设计和电站选型时,必须考虑大电动机启动是否会对系统的正常运行造成不利影响。

在工程实践中,大电机启动的分析计算在海洋平台电力系统的设计、运行、改造等过程中都是非常重要的一个环节。大电机启动分析计算的目的主要有两个,一是分析电机能否在运行条件下成功地启动,另一个是看电机启动时是否严重影响系统中其它负荷的正常运行。

利用ETAP软件的电机启动计算程序,可以方便地进行电机启动的仿真计算,得到精确、直观的曲线和报告。ETAP软件提供了两种电机启动计算方法:静态电机启动和动态电机启动。静态电机启动方法设定电机是一直都可以启动的,用堵转的方法启动电机,模拟对正常运行负荷最坏的影响。这种方法适合于在不能用动态模型模拟电机的情况下,检测电机启动对系统的影响,而不能分析电机启动时间和电机能否启动。动态电机启动计算以动态模型模拟电动机,用程序模拟电机的整个加速过程。动态启动可以确定电机是否可以以这种形式启动,电机要用多长时间达到它的额定速率,以及确定电压降对系统的影响。

1 ETAP软件的电机动态启动分析程序

1.1 感应电机动态模型

E T A P中共有五种不同的感应电机模型,分别是电路模型(Single1、Single2、DBL1、DBL2)和特性曲线模型。总的来说,Single1、Single2、DBL1和DBL2都属于CKT回路模型,他们都用等值电路来代表感应电机定子和转子绕组,特性曲线模型是用离散点的电机性能曲线来代表感应电机。

Single1模型是单笼感应电机最简单的一种模型,没有深槽。它使用一个戴维南等值电路来代表电机。定子电路电阻和电抗认为是常量,但内部电压会随电机速率而改变。

Single2模型是感应电机的标准模型,用励磁支路,定子和转子回路代表电机,并考虑到深槽效应。转子电阻和电抗随着电机速率作线性变化。

DBL1模型代表了有集成槽的双笼电机。每个鼠笼的转子电阻和电抗都是恒值;然而,两个转子电路的等值电路阻抗相对电机速率来说是非线性函数。

DBL2模型是另一种有独立转子槽的双笼感应电机,与DBL1模型有不同的特性。

特性曲线模型直接在制造商所提供的电机特性曲线的基础上模拟感应电机。

1.2 机械负荷模型

在电机动态启动分析中,需分析相连接的机械负荷,以计算电机的加速和减速特性。机械负荷分析基于负荷力矩曲线,可表示为一个3次一般多项式:

其中,T为负荷力矩和驱动电机的额定力矩的百分比;ω为负荷的单位速度;A0,A1,A2,A3为系数。

1.3 电动机参数估计

有时候很难从电机供应商处获得电机动态模型,ETAP参数估计程序提供了一个估算电机等效电路模型参数的途径。该计算基于先进的数学估计和曲线拟合技术,它只需要电机特性的特征数据。估计的模型参数包括表示电机定子,转子的电阻和电抗以及励磁支路特性。

如图1所示为感应电机回路模型,算法从一个忽略了励磁支路的简化等效电路入手。采用这种简化模型,首先估计模型参数。然后使用更加细化的等效电路模型根据这些估计的参数来得到更加准确的值。在这个阶段,使用一个迭代过程来实施敏感度分析,该迭代过程连续地调整估计参数直到偏差百分数降到根据输入参数计算的值和实际输入的值之间规定的容许偏差值之内。

1.4 大电机动态启动仿真计算过程

电机动态启动仿真计算过程如图2所示,其中,Ilr为定转子电流,Is为静态负荷,If为最终负荷,tacc为加速时间,ts为加速后负荷开始改变的时刻,电机负荷改变结束的时刻。

2 工程实例

本文针对渤海某平台项目,使用ETAP软件进行电动液压吊机的动态启动分析研究。吊机动力系统包括有两台电机驱动的液压泵,分别用于吊机垂直定位与旋转定位,两台电机均为160kW。两台电机同时启动势必对平台电力系统产生较大影响,本文对电机不同启动方式进行比较分析,选择了对系统影响最小并且切实可行的方案。

2.1 系统建模

使用ETAP软件建立平台电力系统的单线图如图3所示,本平台为无人井口平台,由油田电力系统通过海底电缆供电,平台低压系统变压器容量为1250kVA。

电机参数见表1所示。使用ETAP电机参数估计程序估计电机动态模型如图4所示。由于是电机驱动液压泵,可以认为电机为空载启动。负载模型采用ETAP通用负荷模型。

2.2 结果分析

本文分别对两台电机不同的启动方式进行分析。

(1)两台电机同时启动,在ETAP中设置两台电机在2s时启动,10s时电机逐步加载至满载状态,各母线的电压降如图5所示。

(2)两台电机间隔8s启动,在ETAP中设置一台电机在2s时启动,另一台电机在10s时启动,20s时电机逐步加载至满载状态,各母线的电压降如图6所示。

(3)两台电机间隔8 s星三角启动,在ETAP中设置两台电机均为星三角启动,星三角切换时间为8s,在2s时一台电机启动,18s时另一台电机开始启动,40s时电机逐步加载至满载状态,电机启动过程中各母线的电压降如图7所示。