真空电机起动器（共6篇）
真空电机起动器 篇1
摘要：WSZK无刷自控真空电机起动器具有起动电流小、起动转矩大, 自动适应电源及负载的变化保护电机等特点, 广泛应用于冶金、机械、石油、化工、矿山等工业领域中球磨机、破碎机设备绕线式异步电动机的起动, 是一种理想启动装置。本文针对WSZK无刷自控真空电机起动器在球磨机中的应用进行了分析。
关键词：WSZK,真空电机起动器,球磨机
无刷液阻自控真空电机起动器是一种克服了绕线式异步电动机装有碳刷、滑环和复杂的起动装置等缺点, 而保留了绕线电机电流小, 起动转矩大等优点的起动设备。它能根据电机旋转时产生的离心力, 自动控制串入电机转子内的电阻大小, 达到增加电机起动转矩、减少电机起动电流和实现绕线式异步电动机无刷运行的目的, 使电动机处于最佳起动状态。它可以代替绕线式电动机的滑环、碳刷及其它起动装置。
1 WSZK无刷自控真空电机起动器的工作原理
WSZK无刷自控真空电机起动器的工作原理是利用电动机在起动过程中, 它的阻值是一个变量, 可随电机转子电流频率大小成正比例增减, 起动器由线圈绕组、内外磁心、前后轭板、轴套、短接开关等主要零件组成一个圆形电抗器, 把这个起动器安装在电动机转轴上, 利用电动机在起动过程中, 转子电流频率fz是随转子转速升高而降低的关系, 即转子转速由0～ne, 转子电流的频率则由50Hz平滑地降到1～3Hz, 起动器铁损则由最大变到最小, 等效于转子电路外接的电阻亦由最大变到最小, 故能自动地随转子频率的变化作平滑调节。当电机转速接近额定转速时, 短接开关在惯性力的作用下可将起动器自动短接, 不需要任何辅助电器元件, 很好的解决了转子的损耗、温升、负载电流偏高等造成的种种影响。
2 WSZK无刷自控真空电机起动器的优点
WSZK起动器采用无刷无环运行, 操作简单, 安装拆卸方便, 可大大减少维修费用, 并可根据机械负载的特性, 自动改变起动电阻的大小, 调节起动转矩和起动电流, 使电动机处于最佳起动状态。能在保持电机起动转矩不变的情况下, 使起动电流从7Ie降到1.6Ie, 并能以最大转矩起动电机。它由电阻起动装置发展而来, 具有如下创新点:
(1) 彻底根除使用滑环、碳刷时所造成的各种危害。去掉传统、复杂的起动装置, 操作方便, 并可减少维修费用。
(2) 节省安装空间和二次回路电缆, 减少起动装置的功率消耗, 节约了电能。
(3) 起动控制由起动器根据电机的转速自动完成, 彻底避免了其它起动装置不能根据负载的大小, 自动跟踪电机起动过程而造成电机或起动器损坏等不良现象。
(4) 电机运转过程中, 如出现堵转现象, 随着电机转速的降低, 起动器会自动投入运行, 达到增加电机转矩, 减少起动电流的目的。
(5) 克服了定子控制式电机软起动器的起动转矩与起动电流的平方成正比这一缺陷, 在降低电机起动电流的同时, 增加电机起动转矩, 并能以最大转矩起动电机, 采用无刷运行, 去掉了传统、繁琐、多触点元件组成的起动装置, 其起动装置的功率损耗及电机的起动时间比定子控制式电机软起动器减少10倍以上, 但起动器的综合价格不及其它软起动器的1/3。
(6) 起动电阻直接安装在电动机的转轴上, 利用电机旋转时产生离心力作为动力, 控制电阻的大小, 达到减少电机起动电流、增加起动转矩, 实现无刷自控运行的目的。
(7) 采用防锈、防变质、防冻 (冰点心-25℃) 、防沸 (沸点为120℃) 的四防起动液, 提高起动器的使用寿命。
(8) 设置安全排气阀, 在电机转速达到额定转速后, 自动打开排气阀, 保证起动器的安全可靠运行。
3 无刷自控真空电机起动器的应用
3.1 适用范围与技术参数
凡原采用BPl频敏、BP4型频感变阻器、电阻箱起动的JR、JZR、YR、YZR三相绕线式转子交流异步电动机 (变速除外) , 均可采用QXQ无刷无环起动器来更新换代, 更换后运行特性不变。
电源电压:三相50Hz 380V
功率:160KW
适用电机:三相绕线式异步电动机;
轻载起动:Mst≥0.6—0.8Me、Ist≤3—3.5Ie、Tst≤6S。
重载起动:MSt≥1.6—2.0Me、Ist≤3.5—4Ie、Tst≤9S。
3.2 起动器与转子的连接
起动器3个绕组6个出头线, 在内部已作了固定联接, 只有6个接线柱在外作与转子出头线相联接之用如图1。电动机转子出头线有两种:即大功率电动机转子有6个出头线 (A-A、B-B、C-C) 小功率电动机转子只有3个出头线, 起动器装配完成后, 将转子的出头线按相序与起动器接线柱作固定联接。转子六根出头线时, 联接 (A-A、B-B、C-C) , 千万不能弄错相序。转子出头线只有三根时, 必须按图B的方法连接, 直接按ABC三个接线柱就可。由于该起动器为无触点电磁元件, 接线时, 必须加弹簧垫圈压接牢固, 以防松动。
安装完成后, 再用兆欧表检查一下起动器与转子的对地绝缘是否良好, 应不得低于1MΩ。试车与维护安装完毕后, 要对起动器、转动设备、控制柜进行一次全面检查, 确定无对地、卡死、接触不良等故障即可试车。起动时, 如发生保护装置动作跳闸, 可适当将保护值调整到起动不跳闸为宜。由于电机参数不同或其它原因, 换装起动器后, 运行电流与原来相比在±5%的范围内均属正常现象。起动器由于不需切除, 并参与转子动行, 起动器工作温度与电机工作温度基本相等。定期检查联接线的螺母是否松动, 接触是否良好.如停机过长, 起动前必须检查对地绝缘电阻值, 至少不得低于1MΩ。
4液阻真空电机起动器/启动器故障确定及排除
4.1 液阻真空电机起动器/启动器故障确定方法
(1) 起动时间测定法:在无加重电动机负荷的状态下, 起动时间超过正常起动时间的3倍以上, 确定“起动器”有问题。
(2) 电动机起动电流测定法:在无加重电动机负荷的状态下, 起动电流超过正常起动电流的2倍以上, 确定“起动器”有问题。
(3) 运行电流测定法:在无加重电动机负荷的状态下, 运行电流超过正常运行电流的30—50%, 并伴有电流波动范围超过±40A, 确定“起动器”有问题。
4.2 液阻真空电机起动器//启动器故障排除
(1) 如电动机起动负荷过重, 请卸掉重负荷再起动, 因为起动时间过长过频, 会损坏“起动器”。
(2) 起动电流过大, 有两处原因会引起此故障, “起动器主体”内部绝缘老化或延时器失调。95%以上的问题在于延时器失调, 解决办法, 调换。 (此故障综合产生率为0.1%)
(3) 电动机运行中电流波动大, 此故障99%的原因在于延时器失调, 先停机, 机停稳后摸触“起动器主体”的6个线包, 找出发热的那一对发热线包, 所对应的“延时器”就是失调的“延时器”, 更换解决排除故障。
结语
无刷液阻自控真空电机起动器把传统的, 繁琐的, 多触点元件组成的起动装置去掉, 该启动器采用无刷无环运行, 操作简单, 安装拆卸方便, 可大大减少维修费用, 并可根据机械负载的特性, 自动改变启动电阻的大小, 调节启动转矩和启动电流, 使电动机处于最佳启动状态。
参考文献
[1]朱福奶, 马国奶, 屠永平.无刷液阻真空电机启动器[P].中国专利:201020100991, 2010.
液阻真空电机启动器性能及优点 篇2
关键词：液阻,启动器,绕线式异步电动机
1 前言
随着科技的发展液阻真空电机启动器得到广泛的应用, 进一步代替电机电刷滑环装置。通常情况下, 绕线式异步电动机多采用传统的频敏启动装置, 在转子回路中串入电阻, 以增加电动机机的启动转矩并通过电缆, 连接到电机转子端集电环、电刷、分段切除的金属电阻中。本装置缺点电刷与集电环之间摩擦, 容易发热, 使集电环松动, 同时产生粉尘, 在粉尘的作用下, 易产生火花导致集电环出现灼烧现象, 如果不及时处理, 会引起电动机电动势能不均衡, 电流分布不匀甚至烧毁电机, 因此使事故率提高维修困难, 材料损耗增加。而无刷启动器则完全避免了以上缺点。
无刷启动器构造主要由机壳、启动液、动极板、弹簧、接线柱、安全阀、及排气阀组成, 安装方式如图。
2 启动器性能原理
a.液阻真空电机启动器是采用电机转子旋转时所产生的离心力作为自身动力, 控制起动电阻的大小, 达到减少电机起动电流、增加起动转矩, 使绕线异步电动机实现无刷自控运行的装置。
b.内部串入的电阻在离心力作用下, 其阻值与速度的平方成反比, 具有恒电流、恒转矩起动电机的功能。它的最大特点启动电流在0.6-2.6le、起动转矩在0.6-2.6Me内任意设定, 并使起动电流、起动转矩在起动过程中接近恒定。
c.并可根据机械负载的特性自动改变起动电阻的大小, 调节起动转矩和起动电流, 使电动机处于最佳起动状态。能在保持电机起动转矩不变的情况下, 使起动电流从7Le降到1.6Le, 并能以最大转矩起动电机。
d.液阻真空电机启动器可以通过改变电解液的, 改变起始电阻的大小, 以达到调整电机的起始电流, 满足不同负荷对起始电流和起动转矩的要求, 避免了传统起动装置起动电流不能无级调整这一缺点。
3 启动器的优点
a.无刷液阻真空电机起动器彻底根除使用滑环、碳刷时所造成的各种危害。去掉传统、复杂的起动装置, 操作方便。并可大大减少维修费用。
b.启动器采用转子离心力做为自身动力, 不再需要外接电缆并去掉了传统、繁琐、多触点元件组成的起动装置, 基起动装置的功率损耗及电机的起动时间比定子控制式电机软起动器减少10倍以上, 但起动器的综合价格不及其它软起动器的1/3。电气原理如图所示
c.电机运转过程中, 如出现堵转现象。随着电机转速的降低, 起动器会自动投入运行, 达到增加电机转矩, 减少起动电流的目的。
d.起动控制由起动器根据电机的转矩自动完成。彻底避免了其它起动装置不能根据负载的大小, 自动跟踪电机起动过程而造成电机或起动器损坏等不良现象。
e.起动电阻直接安装在电动机的转轴上, 利用电机旋转时产生的离心力作为动力, 控制电阻的大小, 达到减少电机起动电流、增加起动转矩, 实现无刷自控运行的目的。
f.设置安全排气阀, 在电机转速达到额定转速后, 自动打开排气阀, 保证起动器的安全可靠运行。
g.克服了定子控制式电机软起动器的起动转矩与起动电流的平方成正比这一缺陷, 在降低电机起动电流的同时增加电机起动转矩, 并能以最大转矩起动电机。
h.采用防锈、防变质、防冻 (冰点心-40度) 、防沸 (沸点为120度) 的四防起动液、提高起动器的使用寿命。
4 工程实例
我矿300吨球磨机电机, 原采用集电环碳刷、装置。平均四个月就要更换一次电刷, 主要是集电环发热严重导致松动, 有时出现火花灼伤。经观察分析主要有以下原因:a.电压不稳的情况下, 集电环发热松动。b.负载过大。c.空气粉尘含量较高。d.电刷弹簧压力不均衡。e.电刷电流分布不均匀。因此对碳刷的维护频率较高, 后经研究决定。改成液阻真空电机启动器, 有效提高运转率, 给企业直接带来经济效益。
5 结束语
液阻真空电机启动器结构简单、重量轻、价格低、起动性能优越、运行可靠、维护工作量小。在实际应用中, 避免了以往对电机电刷的频繁维护, 提高设备运转率, 降低成本增加效益。同时避免了启动装置相应的控制电缆及控制柜, 不用考虑设备的安装调试工作。相信在未来的发展中, 液阻真空电机启动器将具有不可限量的光明前景。
参考文献
[1]刘厚刚.无刷液阻真空电机启动器的原理及应用[J].2012.
在防爆电机起动器中PLC的应用 篇3
PLC作为一种采用微处理技术的工业控制装置, 其不仅具有较高的可靠性, 还具备操作简单、维护量小、便于接受等诸多优势。因此, 在工业生产之中PLC控制系统受到了广大用户的青睐与追捧, 并得以广泛应用。本文笔者就PLC控制系统在防爆电机起动器中的应用进行粗浅的探讨, 也希望通过本文笔者的粗浅阐述能够让人们对PLC控制系统在防爆电机中的应用有一个更为全面的了解。
1 PLC在防爆电机起动器中应用的优势
PLC是一种采用微处理技术的通用工业控制装置, 其各种功能都沿用了控制系统的概念, 可以说其箱体内部包含着可供用户使用的多种电器, 如:计数器、定时器、各种特殊的电气等等, 用户在实际使用过程中完全可以利用电气控制理念对PLC控制图进行设计。而将PLC可编程序控制器应用在防爆电机的起动器之中, 更是进一步强化了对防爆电机驱动装置的有效控制手段, 进而以最小的设备且没有外接线就能够实现对驱动器的顺序控制, 并且在起动器的液晶显示器上能够显示外部控制电路的状态, 将显示信息提供给操作人员及技术工人。因此, 可以说在防爆电机起动器中应用PLC控制系统是实际操作与工作流程更加直观, 更加简单, 而这种制造方式也更具生命力。
2 PLC控制系统的应用
PLC作为起动器的大脑, 其主要是通过对外部控制线路状态的查看, 了解哪些驱动器准备起动, 哪些脱扣, 哪些已经运行, 从而对这些驱动器的顺序进行控制, 确定驱动器是起还是停。写在驱动器中的程序能够直接实现很多常用的顺序控制, 下面就几种控制系统及控制系统故障的实际处理方法进行分析:
2.1 主-从顺序控制
主-从顺序控制, 如图1所示, 如若将驱动器A与驱动器B设置为顺序模式, 那作为主-从操作, 可设定1s的顺序延时, 让驱动器A优先工作。两个驱动器的辅助线路作为检测模式, C1端接入BS3101控制线路进行起动、停止控制, 同独立的C端模式一样对电路的起动与停止操作顺序进行控制, 即需要一个正确的POSI顺序:停—起动—运行, 任一驱动脱扣都会使两个驱动器停止工作。
2.2 双速主-从顺序控制
双速主-从顺序控制模式如图2所示, 这种顺序模式一般都需要2个起动器, 如若一个起动器为主双速驱动器, 那另外一个则为双驱动器, 主驱动器单元选C、E顺序, 驱动单位独立辅助的D、F。主从单元允许运行的信号均需要从A外部控制口引入。
3 PLC控制系统故障及其处理办法
如若在检测中端子不正常或者端子检测是好的, 但驱动器就是无法启动起来, 那么就可能是安置卡或者PLC存在故障, 此时需要更换端子检测单元。
如若高压测试功能工作不正常或者是一个可选的温度检测器在工作上存在故障, 那么高压测试卡或是高压测试箱也许存在着问题, 此时应该更换高压测试卡或者是更换高压测试箱。
一个完整的PLC单元由PLC组件、PLC接口板以及连接硬线组合在一起构成的, 因此, 在异常情况下, 可将PLC单位作为一个完整的配件直接替换。
4 结束语
综上所述, 本文笔者对PLC控制系统在防爆电机起动器中的应用进行粗浅地探讨, 也希望通过本文笔者的粗浅阐述, 能够让更多的人们清楚的认识到, 相比计算机PLC不仅具有较高的可靠性, 还具有操作简单、维护量小等诸多优势, 因此, 被广泛应用在工业生产之中。所以, 在防爆电机起动器的制造与设计中, 我们更应该加强对PLC可编程序控制器的研究, 使其能够更好地为防爆电机服务。
参考文献
[1]防爆电机2002年总目次[J].防爆电机.2002 (04) .
[2]防爆电机产品如下新标准已出版[J].电气防爆.2003 (02) .
真空电机起动器 篇4
1 功能简介
常规保护功能有过载、短路、断相和漏电闭锁保护, 与普通起动器相同, 这里不再介绍, 重点介绍特殊功能。
(1) 逆相保护、缺相保护保护功能:当相序接反时由智能保护器实现逆相保护, 断开起动回路, 不能开机, 同时显示屏显示逆相保护。调整相序后再通电直至相序正确时方可使用。当三相电源缺相时, 保护器亦能实现缺相保护。三相电压的取样由30VA的三相变压器将660V或1140V电压变换为40V~70V提供。逆相保护在开机前检测, 开机后不再检测。 (2) 将空压机的油细、油滤、电机高温、排气高温等保护接点接入本起动器的相应接点, 当上述保护动作时, 即可由本起动器实现上述保护并断电停机, 同时显示屏显示相应的保护状态。注意油细、油滤保护延时6s动作。电机高温、排气高温保护延时2s动作。 (3) 起动器的起动回路为本质安全电路, 具备远、近控制功能。远控时还具备控制电缆短路保护功能。 (4) 液晶汉字显示屏和附加的LED发光块显示板可对开关的所有状态用汉字进行显示。还可对各项参数时间进行设定。进入相应画面后, 即可用设置键对相应参数进行设置。 (5) 本起动器的前门上由左至右共有六个按钮, 依次为:起动 (近控) 、复位、功能、上升、下降和漏电试验。起动器右侧有一个与隔离换向开关手把闭锁的停止按钮。使用复位、功能、上升、下降四个按键即可实现各项参数的设置。 (6) 起动器的主回路出线引入装置为4个, 可引入电缆外径为φ42mm~φ51mm;主回路出线中型引入装置1个, 可引入电缆外径为φ20mm~φ25mm, 用于风机出线;控制线引入装置为5个, 引入电缆外径为φ1 2 m m~φ3 3 m m。
2 电路原理
(1) 该起动器主回路为常规电路, 无特殊之处, 二个九芯接线柱为控制功能接线端子。
(2) 合上起动器隔离开关手把送电, 单片机智能保护器通电工作, 系统首先检测三相电源的相序及缺相否, 相序不正确或缺相时, 智能保护器实现逆相保护, 不允许开机, 调整相序或用隔离换向开关换相。开机后不再检测相序。
(3) 智能保护器对负荷侧绝缘状况进行检测, 如果检测到发生漏电或接地故障时, 起动器实现漏电闭锁保护, 起动器不能起动, 液晶显示屏显示漏电保护状态, 相应的漏电闭锁故障灯亮。当负荷绝缘恢复到正常值后起动器自动退出漏电闭锁状态, 起动器允许起动。开机后不再检测绝缘。
本智能保护器对负荷侧绝缘电阻的闭锁值根据电源电压的高低自动调整, 无需进行人工转换。660V时为22K、1140V时为40K。
(4) 智能保护器对环境温度进行检测, 当检测到环境温度高于或低于用户设置的高、低温动作值时, 系统实现温度保护, 起动器不能起动。
(5) 智能保护器对油细、油滤、排气高温和电机高温四路进行检测, 当任一路处于保护状态时, 系统即实现相应的保护, 起动器不能起动。开机后出现上述故障时, 系统亦实现相应的保护, 起动器停机。
(6) 本起动器的起动回路为本安先导电路, 其本安工作电源由BK3本安电源变压器输出AC24V本安电源提供。只有当上述保护功能均处于正常状态时, 本安起动回路才能接通电源实现起动。
(7) 起动时, 按下前门上的起动按钮 (远控时则使用远控起动按钮) , 本安先导回路通电起动, 1ZJ吸合, 1ZJ1接通2ZJ继电器电源, 2ZJ吸合, 2ZJ2、2ZJ3首先切断漏电检测回路, 2ZJ1接通真空接触器CJZ线圈的电源, 起动器吸合接通负荷电源, 其辅助触点CJZ4闭合实现自保, CJZ2、CJZ3断开漏电检测电路, 液晶显示屏显示开机状态画面, 运行灯亮。
(8) 停机时, 按下起动器的停止按钮, 先导回路电源断电, 1ZJ释放, 2ZJ随之释放, 真空接触器CJZ断开, 实现停机, 漏电检测回路接通。
(9) 起动器开机后, 智能保护器对负载进行过载、短路、断相及相电流不平衡状态进行保护, 系统连续地对上述状态进行检测, 当出现过载、短路、断相及相电流不平衡时, 智能保护器进行相应的保护停机, 并在显示屏显示相应保护, 保护特性完全按照国家标准设计。
需注意的是智能保护器对过载、短路、断相及相电流不平衡保护的实现是以用户设置的主回路电流值和风机电流值为依据计算的, 所以用户对上述两个电流值的设置务必要准确。
除短路保护外, 其余所有保护动作后, 均可在3min内自动复位。
3 参数的设置
本单片机智能保护器应用户的要求, 可设置参数相当多, 使用前必须对这些参数进行设置, 否则可能不能正常工作。
4 使用、及注意事项
(1) 使用前必须首先根据现场的电源电压设定好起动器的工作电压。
电源电压的设置需要人工设置的只有一处:即控制变压器的电源端, 由一个660V←→1140V切换开关来选择合适的电源电压, 注意出厂时均位于1140V位置。然后进入软件电源电压等级设置, 以确定电压参数, 其余均已实现智能化, 无需人工干预。 (2) 起动器通电后, 首先要检查液晶显示屏的显示状态, 如各项保护功能正常时应显示停机画面;如三相电源的相序不正确时, 将显示逆相保护, 起动器不能起动, 应改变三相电源的相序。 (3) 根据负载空压机电动机的额定电流, 设定好主回路的工作电流值, 以确保在出现故障时能及时执行保护。主回路电流的设定范围为20A~200A。 (4) 对小风机的额定工作电流进行设置, 可根据风机的额定电流值来设置风机的电流值, 风机电流的设定范围为0.1A~9.9A。 (5) 起动器显示正常时, 可先将远、近控开关置于近控位置, 然后用前门上的起动按钮对起动器试运行, 并观察熟悉显示屏的各个画面。起动器出厂时均置于近控位置, 以便用户检测。 (6) 起动器前门上设有一个漏电试验按钮, 在停机状态时可模拟漏电试验, 以检测起动器的漏电闭锁功能。开机后请不要再进行试验。 (7) 本起动器还设有强制运行功能, 用户进入专用模式后, 在强制启动设置项设定为采用强制启动, 然后确认后退出, 即可实现在故障情况下带病强制开机运行。此时保护功能不投入。
此功能带有一定的风险性, 在强制运行过程中, 用户一定要随时注意设备的运行状态, 发现问题立即停机, 以免发生危险, 运行结束后务必要关闭强制启动功能
真空电机起动器 篇5
低温起动性能是柴油机正常使用中首先要解决的问题。柴油机低温起动系统由起动电机、柴油机、蓄电池、起动开关等主要部件组成。由蓄电池经开关向起动电机供电, 带动柴油机实现低温起动。近年来, 随着柴油机向多缸、小缸径、轻量化、高转速等方面发展, 要求起动电机体积小、功率大、成本低, 还要求起动电机与柴油机的性能匹配高。低温工况时, 柴油机的润滑油、柴油的粘度增大, 燃油雾化困难, 导致起动阻力矩增加、最低起动转速提高, 起动功率也相应增大。因此低温起动电机应同时具备如下性能[1]:足够的起动转矩, 克服各系统的阻力矩;有足够的起动功率, 克服各系统的起动阻力;有合适的转速比, 起动电机在最高功率附近能使柴油机达到最低起动转速。只有这样, 才能低温下成功起动柴油机。
1优化分析
柴油机能否顺利低温起动主要取决于起动电机特性与柴油机起动性能是否匹配, 而起动电机特性指起动功率、起动转矩和转速与电枢电流的关系。本文以永磁直流起动电机为例, 进行优化计算。
1.1起动电机功率
起动电机功率特性与柴油机低温起动性能相匹配条件为
Pem≥Pc (1)
式中, Pem和Pc分别为起动电机和柴油机的起动功率, Pc由柴油机最低起动转速nmin和起动阻力矩Tr来确定, 柴油机最低起动转速nmin通过试验测量。
柴油机的起动阻力矩Tr计算式[2]为
undefined (2)
式中, v0为标准状态下润滑油的运动粘度;λ=3.6×10-2;t为柴油机润滑油的实际温度;t0为标准状态下的温度, 25 ℃。
柴油机起动功率为
undefined (3)
式中, k为安全系数, 1.7;Vn为气缸总工作容积, 2.8 L;τ为柴油机冲程数, 4;η为起动电机与曲轴的传动效率, 0.98。
由式 (1) ～式 (3) 可得起动电机起动功率
undefined (4)
电机的起动功率[3]
undefined (5)
式中, P为电极数;N为每相绕组匝数;ai为极弧系数;Φ为每极磁通量;n为起动电机转速;Ia为电枢电流。
1.2起动电机转矩
柴油机低温起动性能优劣通常用最大起动阻力矩和最小起动转速来衡量。因此要求起动电机起动转矩必须克服柴油机最大起动阻力转矩, 同时具有足够的加速度, 使柴油机在规定时间内达到最低起动转速。
起动电机输出转矩Tem通过传动比为i的起动磁圈传递给柴油机, 其最小值应大于柴油机起动扭矩Tcq。
Tem≥Tcq (6)
柴油机低温起动扭矩[4]为
undefined (7)
式中, J为所有折合到柴油机轴上的转动惯量, undefined;θ为柴油机曲轴转角。
由式 (6) 和式 (7) 可得起动电机起动转矩
undefined (8)
假如忽略功率管开关过渡过程和电枢绕组电感, 则起动电机起动转矩[5]为
undefined (9)
式中, CT为转矩常数;R为每相电阻;Φ为每极气隙磁通;U为电机的端电压;ΔU为电机电压调整率。
由式 (9) 可知:在任意时刻, 电机的起动转矩由两相绕组的合成磁场与转子磁场相互作用产生, 当电源电压、功率管管压降、ΔU和转速一定时, 起动转矩与R、Φ等参数有关。
1.3起动电机转速
起动电机转速特性与柴油机起动性能的匹配条件是柴油机拖动转速大于最低起动转速。直喷式柴油机在低温下最低起动转速为130～160 r/min。
起动电机起动转速[6]为
undefined (10)
式中, Ra为电枢回路总电阻;CE为电动势常数。
起动电机转速由电枢回路电阻压降IaRa和CEΦ这2部分来决定。
2优化匹配
2.1RBFNN-GA算法
RBFNN是单隐层的前向网络, 由3层构成:第1层是输入层;第2层是隐层;第3层是输出层。输入层到隐层按RBF计算隐层输出, 从隐层到输出层按线性网络计算输出节点的输出。RBFNN不仅具有全局逼近性质, 而且具有最佳逼近性能, 同时训练方法快速, 不存在局部最优问题。
遗传算法 (genetic algorithm, GA) 是1种基于生物遗传和进化机制的寻优搜索算法, 具有全局寻优能力和较好的稳定性, 在函数优化等方面得到了广泛的应用。因此, 利用GA和RBFNN融合理论, 提出RBFNN-GA算法, 通过GA动态调整RBFNN的参数, 能在一定程度上克服过学习现象, 增强其全局搜索能力, 避免陷入局部极小点。
RBFNN-GA型求解优化问题的数学模型为
undefined
(11)
式中, x为RBFNN的输入;y为RBFNN的输出;f为非线性优化指标综合评价函数。
图1为RBFNN拓扑结构图, 图2为RBFNN-GA算法程序流程图。由图1和图2可知, RBFNN-GA算法的具体过程:对建立好的RBFNN模型输入样本数据, 即输入向量X (输入向量X的各分量必须在各自值域内) , 通过RBFNN求得相应的输出向量y, 再由评价函数f计算出各个输出向量y的目标适应度, 利用GA算法, 通过适应度值重新调整输入向量X, 调整方法为遗传操作:选择、交叉、变异等, 在给定的综合评价函数f的指导下 (通过适应度值选择个体) 产生种群, 新产生的输入向量X具有更好的适应性。通过遗传计算后, 可得到具有最优目标y, 相应的X也是此目标的优化结果。
2.2优化结果及分析
采用RBFNN-GA算法, 对起动电机在低温-25 ℃下的起动性能进行优化。
约束条件:公式 (4) 和 (5) 、公式 (8) 和 (9) 、公式 (10) 分别是优化起动电机起动功率、起动转矩和转速的约束条件。
优化变量:根据电机自身和起动性能的特点, 选取8个影响因子作为优化变量, 分别是定子的内外径 (Di1、D1) 、铁心长和轭高 (La、hc1) 、转子轭高 (hj2) 、永磁体径向高度 (hm) 、每相电阻与匝数 (R、N) 。
目标函数:由于效率η是评价起动电机性能优劣的关键指标, 故目标函数选为η。
忽略机械损耗和杂散损耗, 电机效率[7]为
undefined (12)
式中, ωr为电机角频率;Ploss为电机可控损耗。
undefined
(13)
式中, ψr为电机转子的磁链;Rs为电机的定子电阻;Lm为电机电阻;Rr为电机转子的电阻;Rfe为电机损耗电阻;Lr为电机的转子电阻;np为电动机极对数。
RBFNN-GA算法的各参数取值如下:种群大小L=50, 迭代次数G=300, 交叉率P0=0.25, 变异率Pm=0.05。优化后的RBFNN拓扑结构为8-8-4, 即网络输入层神经元为8个, 分别代表起动电机的8个影响因子;隐层神经元为8个;输出层有4个神经元, 分别为电机的效率、起动功率、起动转矩和起动转速。
起动电机结构参数优化结果如表1所示。由表1可知:通过优化, 起动电机效率从87%提高到92%, 达到了预测结果。
图3为电机起动功率、起动转矩和起动转速的性能优化结果。根据柴油机低温起动特性可知:起动功率应在最大功率曲线80%～95%的区域内最为合理[8]。此区域内起动电机随时有更大的储备功率发挥, 有利于柴油机低温起动。同时在该区域还可看出起动电机的转速输出范围、相应的起动功率、起动转矩, 甚至还可看出起动电机的起动电流、起动电压、最大阻力矩及判断出使用的蓄电池容量的大小等。由图3a可知:优化后的起动电机功率均比原始功率和柴油机功率大。起动电机优化后的最大功率为2.6 kW, 优化前为2.18 kW, 柴油机低温起动要求的最大功率为1.75 kW。起动电机优化前后的起动功率完全满足柴油机低温起动的性能要求。由图3b可知:随着电流增大 (即负载增大) , 起动电机优化前、后的起动转矩均比原机起动转矩大;优化后的平均起动转矩达到65 N·m, 最大起动转矩为110 N·m, 同时也看到优化后起动电机承受的负载比原机大。由图3c可知:随着电流增大, 起动电机的起动转速下降很快。其原因由式 (10) 可知:当Ia (相当于柴油机阻力矩) 增加时, 端电压U下降, 但CEΦ增大, 结果使n快速下降。比较发现:优化后的起动转速明显高于原机;优化后的平均拖动转速为225 r/min, 最大拖动转速为270 r/min, 满足柴油机较低温度下的起动要求。
3试验验证
试验在低温起动试验室内进行, 环境温度由制冷机组调控。蓄电池供给起动电机电量, 试验对比了原机和优化起动电机, 并测量柴油机低温起动转矩、起动电压、电流与转速等性能参数。
3.1起动电压和电流性能试验
图4为柴油机在-25 ℃起动过程中, 优化的起动电机的电压和起动电流变化曲线。由图4可知:柴油机起动时间为7.1 s;起动电压为9.3～12 V, 波动率为22.5 %;起动电流为398～1 100 A, 满足起动机的要求。在整个起动过程中, 起动电流、电压的瞬时参数的变化规律、波动情况均可采集、记录、处理, 可以对起动机的低温起动特性进行评价和分析。
3.2起动试验
图5为环境温度为-25 ℃、起动转速控制在180 r/min时, 起动电机优化前、后的拖动力矩曲线。由图5可知:优化后起动电机的拖动力矩明显大于原机, 且波动率小于原机, 原因是通过优化, 改变了定、转子的结构和绕组, 这对电机工作特性, 尤其是转矩特性有着明显影响。试验测得原机和优化后起动电机的平均拖动力矩分别为98 N·m和105 N·m, 优化后比原机提高了7.1 %。
图6为环境温度-25 ℃时, 优化前、后的起动电机拖动转速曲线。由图6可知:用原机和优化后的起动电机分别拖动柴油机低温起动时, 平均拖动转速分别为194 r/min和225 r/min, 优化后比原机提高了16 %;起动时间有所缩短。满足了柴油机低温起动的要求, 为柴油机、起动电机和蓄电池的低温起动优化匹配提供了依据。
4结论
(1) 利用RBFNN和GA融合理论, 对起动电机结构参数进行了优化, 通过对起动电机的主要特性 (起动功率、起动转矩和转速) 进行优化分析, 实现了起动电机与柴油机的合理匹配, 保证了低温工况下柴油机可靠、快速地起动。
(2) 柴油机低温起动试验的结果表明:优化后的起动电机起动功率、起动转矩、起动转速分别比优化前提高了18.3 %、7.1 %、16 %, 性能参数均满足柴油机低温起动要求。
参考文献
[1]Ghassemi H, Vaez-Zadeh S.A very fast direct torque controlfor interior permanent magnet synchronous motors start up[J].Energy Conversion and Management, 2005, 46:715-726.
[2]Vaez-Zadeh S, Ghasemi A R.Design optimization of permanentmagnet synchronous motors for high torque capability and lowmagnet volume[J].Electric Power Systems Research, 2005, 74:307-313.
[3]Pryymak B, Moreno-Eguilaz J M, Peracaul J.Neural networkflux optimization using a model of losses in induction motordrives[J].Mathematics and Computers in simulation, 2006, 71:290-298.
[4]Arias A, Romeral L, Aldabas E, et al.Stator flux optimizeddirect torque control system for induction motors[J].ElectricPower Systems Research, 2005, 73:257-265.
[5]Goedtel A, Silva I N D, Serni P J A.Load torque identificationin induction motor using neural networks technique[J].Elec-tric Power Systems Research, 2007, 77:35-45.
[6]张文敏, 李伟力, 沈稼丰.永磁无刷直流起动电机反电动势及定位力矩的计算与仿真[J].哈尔滨工业大学学报, 2006, 38 (2) :297-300.Zhang W M, Li W L, Shen J F.Calculation and simulation ofback electromotive force and cogging torque for permanentmagnet BLDC motor[J].Journal of Harbin Institute of Tech-nology, 2006, 38 (2) :297-300.
[7]张承慧, 崔纳新, 李珂, 等.电动汽车感应电机驱动系统效率优化控制[J].控制理论与应用, 2006, 23 (5) :773-778.Zhang C H, Cui N X, Li K, et al.Efficiency optimization con-trol of induction motor drives[J].Control Theory&Applica-tions, 2006, 23 (5) :773-778.
真空电机起动器 篇6
在我国石油石化企业中, 应用广泛的电力拖动设备主要是异步电机, 异步电机在起动时的电流是额定电流的6~7倍, 因而在起动时常给其它电气设备带来影响和危害。为了限制异步电机较大的起动电流, 在电机轻载和空载时常采用降压起动的方法 (例如抽油机电机的Y-Δ换接起动、输油泵电机采用变频器降压降频起动[1]和注水电机软起动[2,3]等) , 也即是在起动时使得电机实际电压Uσ低于电机额定电压UN, 当转速上升到额定转速后再换接额定电压UN继续运行。本文主要分析了降压起动后异步电机的起动时间、起动功率和起动损耗参数的变化规律, 并得出具有实际指导意义的结论。
1 异步电机在降压起动过程中起动时间的分析
异步电机的起动时间tst是指电机自转速n=0逐渐上升到额定转速nN, 也即n=nN所用的时间。如图1所示[4]。如果用转差率表述的话, 即指转差率S由1到SN (额定转差率) 所用的时间。
综合计算机电传动系统的运动方程, 可得出在空载情况下, 电机的拖动方程近似表示为:
在额定电压UN下, 空载起动时, 由式 (2) 积分可得电机的起动时间tN:
上式st为起动转差率, 通常st=1, 则有:
在此假设电机起动电压为Uσ, 则降压系数σ=Uσ/UN, 0<σ<1。由于最大转矩与电压的关系Tm∝U2[3], 所以降压时电机最大转矩Tm′为:
当拖动系统与电机电压均确定时, 则sm、sN、GD2和n0不变, 降压后的机电时间常数T′MA为:
由于σ<1, tσ>tN, 以采用星-角 (Y-Δ) 换接方式对电机降压起动为例, 则有, tσ=3tN, 所以可得出额定电压起动时间为降压起动时间的1/3。
2 异步电机在降压起动过程中起动功率的分析
在起动过程中, 电机由零转速上升到额定转速时电机所消耗的功率ΔP定义为电机的起动功率, 由异步电机机械转矩T的表达式[3]
画出电机固有机械特性曲线, 如图2所示。
据功率的基本关系式, 利用n= (1-s) n0的关系可得:
通过式 (9) 可以看出, ΔP为图2中阴影部分的面积, 则任意一台电机对应电压U时, 电机在起动过程转差率均为1→SN, 式 (9) 结果为定值, k、r2、X20和n0均为常数, 故可得:
设额定电压UN起动时起动功率为ΔPN, 则ΔPN∝UN2, 由于降压起动时Uσ=σUN, 降压起动功率ΔPσ为
3 异步电机降压起动过程中起动损耗的分析
一般情况下, 设Uσ<UN, 在起动后电机转速为nσ (0<nσ<nN) 时, 换接到额定电压运行, 则起动损耗ΔW可表示为:
由图3可见, ΔPσ′为四边形0T′stTσnσ的面积;ΔPN′为四边形nσtN′TNnN的面积。四边形0TstTN′nσ相当于电机额定电压起动达到nσ时所消耗的功率ΔPN″, 设所用时间为tN″, 由式 (7) 和式 (11) 可知:
由图3可见, 四边形0TstTN′nσ与四边形nσTN′TNnN相加, 即是额定电压起动时电机所需要的总功率ΔPN, 所用时间为tN=tN′+tN″, 损耗为ΔW=ΔPN·tN, 则有:
对上述分析讨论如下:
(1) 由于所设Uσ为任意值 (0<Uσ<UN) , 所以无论Uσ如何变化, 降压起动时总的损耗等于直接额定电压起动的损耗ΔPNtN, 同理由于所设nσ为任意值, 因此无论在何处换接到额定电压UN, 降压起动时总的损耗也等于直接额定电压起动的损耗ΔPNtN。如图4、图5所示, 可知采用换接降压起动过程, 不能减小起动损耗。
(2) 当Uσ=UN时, 电机在额定电压UN下起动, 显然nσ=0, ΔPσ′=0, tσ′=0, ΔWσ=0, ΔPN′=ΔPN, tN′=tN, 起动功率ΔPN相当图2中阴影部分的面积, 起动损耗仍为ΔW=ΔPNtN, 此时起动时间最短, 起动功率最大。
4 结论
通过分析可以看出, 电机采用降压起动虽然减小了电机的起动电流, 降低了起动功率, 但延长了起动时间。同时由于起动损耗不变, 若采用降压起动为节能考虑, 则将不能实现这一目的。
摘要：在生产生活中, 异步电机的使用占用很大一个部分, 而异步电机在起动瞬间会产生较大的电流, 所以, 经常采用降压起动的方法。本文在电机理论分析的基础上, 深入分析机械特性曲线, 针对异步电机起动瞬间的时间、功率、损耗等参数进行研究, 得出异步电机在起动时的一系列特性关系, 对工程实践起到了一定的指导作用。
关键词：异步电机,降压起动,机械特性,起动性能
参考文献
[1]曹玉泉, 高微, 颜伟中.异步电机非额定运行机械功率变化规律的研究[J].西北农林科技大学学报, 2004, 4 (32) :92.
[2]曹玉泉, 王琼.输油系统中变频调速电机和泵类负载效率的计算方法[J].石油学报, 2005, 2 (26) :108-109.
[3]甘世红, 田展飞.交流异步电动机轻载运行节能的研究[J].电力电子技术, 2009, 11 (43) :41-42.
[4]王峰.软起动装置在10KV系统中的选型及应用[J].石化技术, 2009, 3 (16) :48-49, 51.