电动机软起动装置

电动机软起动装置（精选8篇）

电动机软起动装置 第1篇

我国第1台高压大容量磁控软起动装置,于2002年5月4日在济源钢铁公司炼铁厂高炉的4号风机6kV、2000kW异步电动机上实现了恒流软起动,起动电流为3.2倍额定电流,起动时间为34s[1]。

磁控软起动装置在起动过程中,温度基本上没有升高,重复使用时,起动性能保持不变,持续性能好,没有起动次数的限制,不受环境温度变化的影响,且节省磁控软起动装置的台数,节约大量的资金。鉴于以上诸多优点,河南晋开集团在更新改造工程中,大型同步电机采用天津先导公司生产的RQD-D7型一拖二磁控软起动装置[2]。

1 一拖二磁控软起动装置

一拖二磁控软起动装置就是为用户节省设备投资、降低成本,有效利用软起动柜的占地面积,并能够达到降低过大的起动电流对电网及设备所带来的影响而设计制造的。它以单台磁控软起动装置为控制主体,通过串连在电动机的饱和电抗器实现恒流软起动,首先由软起动装置控制第一台电机进行软起动,等起动到一定时间后通过相应切换装置使第一台电机完成起动过程;同理可通过软起动装置控制另外一台电动机进行软起动[3]。

1.1 系统结构及工作原理

一拖二磁控软起动装置主要设备:1个磁控软起动柜(饱和电抗器和控制部分);2个星点短接柜(1个真空断路器和3个电流互感器);2个切换柜(每柜1个真空断路器)。

系统如图1所示,其起动过程:假如要起动1#电机,首先合上与1#电机匹配的切换柜1的真空断路器,然后合上1#电机的高压开关,1#电机开始起动;当1#电机定子电流小于额定电流后,磁控软起动柜发出投全压信号,合上星点短接柜1开关,然后切换柜1真空断路器自动断开,此时1#电机起动结束;起动2#电机时,需要操作与2#电机相关的设备,其步骤与1#电机操作步骤相同。这样就完成了两台电机的起动。

1.2 技术特点

(1)具备其他磁控软起动装置的所有功能特点。

(2)作为两台电机共用的磁控软起动装置,节省了磁控软起动装置的个数,节约了成本。

(3)所拖两台电机的切换柜灵活简便,起动装置与在运行设备可靠隔离开,并设置有带电显示。

(4)一拖二为手动切换,磁控软起动装置的运行状态显示,电气联锁非常可靠。

(5)应用西门子PLC进行逻辑控制,可随意起动任一台,无顺序限制。

2 一拖二磁控软起动装置在高压氮氢压缩机上的应用

2.1 选用一拖二磁控软起动装置的原因

晋开集团公司当前采用的软起动装置主要类型有:变频器软起动、液阻软起动和一拖一磁控软起动3种。但是,这3种软起动都存在着一定的局限性:

(1)变频器虽具备所有软起动器的功能,但价格昂贵,一次性投资较高,结构复杂,对维护技术人员的要求也高。

(2)液阻软起动虽在软起动过程中不产生高次谐波,且售价低廉,但是重复性差、移动速度较慢,难以实现起动方式的多样化,电极板2～3次/年需要作表面处理,不适合放置在易结冰或颠簸的环境中。

(3)一拖一磁控软起动虽然具备磁控软起动的所有功能特点,但是自磁控软起动厂家生产出具备一拖二磁控软起动装置后,一拖一磁控软起动就相对具有一定的局限性[4]。

所以,该公司在更新改造工程中,大型同步电机选用一拖二磁控软起动装置,如高压氮氢气压缩机。

2.2 高压氮氢气压缩机组

晋开集团所使用的高压氮氢压缩机是六列对称平衡型七级往复活塞水冷式压缩机,用于合成氨系统,实现从造气到合成的氮氢气的增压。高压氮氢压缩机在整个生产中的位置如图2所示。

2.3 高压氮氢气压缩机驱动电动机的额定参数

以晋开集团1#、2#高压氮氢压缩机为例,其驱动电动机的额定参数如表1所示。

2.4 高压氮氢压缩机的参数设置

两台高压氮氢压缩机都采用了先导公司一拖二的RQD-D7型磁控软起动装置,该套一拖二磁控软起动装置已于2011年9月投运。两台高压氮氢压缩机的参数设定见表2。

2.5 一拖二磁控软起动装置的应用情况

经过一年多的稳定运行表明,该装置可靠性高,性能完善,能满足生产要求。主要体现在:

(1)磁控软起动柜与高压开关柜、磁控软起柜与切换柜等之间的联锁信号稳定、可靠。

(2)装置可以连续起动3～6次,而且冷态和热态曲线一样。

(3)实际起动电流与额定电流非常接近,充分体现了软起动的恒流起动和通过调整设定参数优化起动曲线的特点。

(4)星点柜投上后,切换柜退出迅速,保证了磁控软起柜中电抗器的短时带电时间。

与此同时,该装置存在一些缺点和问题,比如:磁控软起动装置所拖的两台电机不能够同时起动;一拖二磁控软起动装置中切换柜断路器的合闸线圈性能欠佳,曾出现过烧坏现象,致使星点柜无法投入,影响整个软起动装置的可靠性。

3 结语

经生产实践证明,采用一拖二的磁控软起动装置,可以满足两台电机的起动且起动过程平稳,节省了磁控软起动装置的台数,使整个生产成本降低,具有较好的投资回报和社会效益。

参考文献

[1]曹永义,吕平.磁控软起动装置在高炉风机上的应用[J].河南冶金,2002,(005): 29

[2]天津市先导倍尔电气有限公司.RQD-D7型交流电动机磁控软起动装置[Z].2011

[3]郭强,梁学怡,陈民,等.大型高压电机一拖二液态软起动技术[J].电工技术,2003,(09): 47-48

两相斩波调压软起动装置设计 第2篇

摘要：针对传统晶闸管调压软起动器触发脉冲控制方法复杂，定子电流连续性差，波形畸变严重，谐波含量较高等不足，设计一种以全控型器件IGBT来实现交流斩波调压软启动器，利用三相交流电源控制两相通断就可达到控制三相通断的方法，保证控制效果同时可以节约成本。文章设计全控型两相斩波调压软起动器的主电路和控制电路等硬件电路，并给出相应的控制方法和软件程序。

关键词：两相斩波调压；异步电动机；软起动器；装置设计

中图分类号：TP27 文献标识码：A

1引言

在电动机的应用当中，电动机的起动问题尤为重要。异步电动机起动时的瞬时电流冲击很大，一般可达电机额定电流的4～8倍，甚至更大。过大的起动电流，对电动机本身和电网以及其它电气设备的正常运行都会造成不利的影响。

目前市场上广泛使用的晶闸管调压软起动器由于晶闸管的半控性，电流会产生很多低次谐波，造成谐波污染，使输出电压波形畸变严重，影响电动机的动态特性。全控型两相斩波调压软起动器由于采用了全控型器件，其可以自关断，通过改变触发脉冲的占空比来实现对定子电压的无级调节，其优点是IGBT的触发脉冲不需要关联三相母线电压的相位，也不需要检测过零点，通过调节触发脉冲的占空比来调节电压，控制算法和实施方法都比较简单。再通过续流电路使得电动机电流、电压波形更接近于正弦波，波形畸变率较低。

2两相斩波调压软起动器主电路

全控型两相斩波调压软起动器就是通过控制全控型器件IGBT的触发脉冲的占空比来调节电网输入定子的电压，从而调节起动电磁转矩的大小。具体就是通过控制两相的输出电压的来控制三相输出电压的大小。所采用的电路主拓扑结构如图1所示。具体电压调节实施方式如下：

在主电路结构上，采用一只IGBT以及相应的保护电路，构成斩控式开关（1）、（2），分别串接在三相交流异步电动机的A相、B相供电主电路中。另外的C相交流电不需控制直接加在交流电机定子上。为了检测并控制起动电流，在三相交流异步电动机侧的A相、B相、C相电源线上分别设置一个电流互感器（5）、（6）、（7），电流互感器检测的电流信号送人微处理器控制系统（3）。

在主电路控制上，微处理器控制系统产生的控制脉冲有两路，分别触发图中的A、B两路交流电源的（1）、（2）两个绝缘栅双极型晶体管，实现两路交流斩控式调压来控制三相交流电的目的。

3两相斩波调压软起动器控制电路设计

3.1硬件电路的总体结构

全控型两相调压软起动器硬件原理图如图2所示，主要包括主控制芯片STM32电路、通讯电路、电流检测电路、USB-串口通讯电路、电压检测电路、驱动电路、电源电路等几个主要部分。每个子电路都需要连接相应的电源电路，在图中不在一一显示连接。

3.2USB-串口通信电路

电路图如图3所示，电路实现如下功能：上位机可通过该接口将程序下载到STM32里，也可通过该接口，将STM32内部寄存器的数据上传到上位机，并显示出来。

3.3电流检测电路

本次电流检测电路设计是在AD637典型电路的基础上搭建了基于Sallen-Key滤波电路的非正弦电流有效值转换电路，并且通过分析、计算，优化了滤波电路的参数，使得输出纹波比典型应用电路大大降低，有效地提高了非正弦电流信号有效值的转换精度。

图4中Vin-PUTA是将A相的电信号经电流互感器和功率电阻转换成的电压信号。采用（N：5）的电流互感器将A相电流转换为小电流信号，转换后的电流值最大为5A，这样就使得电流互感器变比一定，便于后续程序设计和计算；并且输入检测电路的信号规格一定，便于检测电路的设计，可以用相同元器件参数的电路来测量不同类型的电动机电流值。将得到的小电流信号，通过一个功率电阻转换为电压信号，输入真有效值转换芯片AD637的输入端。

3.4电压检测电路

当三相交流电源的电压位于0值附近时，来自外界的电磁波和以及内部的电磁振荡会在电压检测电路的过零比较器的输入引脚上产生干扰信号，一旦该干扰信号超过过零比较器的敏感值，就会引起过零比较器产生误动作，主控制芯片也会受到来自过零比较器的这个有误的信号，进而干扰软起动系统的正常运行。所采用的电压检测电路如图5所示。为了尽可能消除干扰信号引起的误动作，我们在过零比较器的同相输入端、反相输入端同时加上一个5V的直流电压台阶，有效地减小了外部干扰信号对软起动电压检测系统的影响，软起动系统的可靠性得到进一步提升。

图中T-A接在交流异步电动机A相定子绕组与A相开关器件之问，T-B接在交流异步电动机B相定子绕组与B相开关器件之间，T-C接在交流异步电动机C相定子绕组与C相开关器件之问。这样通过T-A、T-B、T-C可将三相电源的电压波形引入到电压检测电路的输入端。在图中，由于电路的对称性，R101左端的交流电压为0，即输入运放U24A（LM339）反相端的交流电压为0，直流电压为5V。

3.5电源电路

全控型两相斩波调压软起动器控制系统的电源模块分别采用了LM7815、LM7812、AMS1117、LM2596_5、TPS6040、MC34063稳压芯片，分别产生了+15V、+12V、+3.3V、+5V、-5V、-10V的不同电压，为其它部分供电。

KBL408的功能是将交流通过整流桥变为直流的整流桥电路。LM2596-5的功能是将12V电压转换为5V电压输出。

选用AMS1117-3.3，将5V电压稳压到3.3V。TPS6040的功能是将+5V电压翻转为-5V电压，MC34063的功能是将+15V电压转换为一10V，用于IGBT关断时向栅极提供足够的反压。

4全控型两相斩波调压软起动系统实现方式软件设计

4.1主程序设计

两相斩波调压软起动主程序，作为控制系统的中枢，对控制系统的各个子程序的行为起到指挥和调配作用。控制系统主程序流程图如图6所示，虽然其结构简单，但是其是整个控制系统的灵魂，重要性无可替代。下面详细介绍其工作过程。

首先在控制系统上电后，要对主控制芯片内部的各个寄存器、外部的各个引脚进行初始化操作；然后运行一系列的系统检测子程序，通过读取各个对应引脚的参数，来判断当前电动机所处环境是否可以进行起动，这一阶段运行的子程序主要有相序检测、缺相检测、温度检测等，如果检测结果符合电动机起动，就会进入到键扫描环节，此环节用于监测到一旦有人工输入的控制信号通过键盘输送至控制系统，则可以进入到键处理环节，再由相关子程序对输入的控制信号进行运算处理，等待开始起动；如果检测子程序输出的检测结果不符合电动机起动，则会进入故障处理与显示环节，等待故障处理后重新检测是否符合电动机起动条件。

4.2软启动器的启动模式控制实现

软启动器设计完成后，主程序使其基本功能得以实现，即系统可以正常工作，但真正体现装置启动性能的是其可以提供哪些启动模式，本软启动器可以实现斜坡升压起动、带脉冲突跳的斜坡升压起动、限流起动、双斜坡起动等启动功能，满足目前工业现场中的绝大部分软启动电机的需要，下面就这几种控制模式做一说明：

4.2.1斜坡升压起动模式

斜坡升压起动模式比较简单，该起动方式是将事先设定好的电压上升率换算成为相应的IGBT触发脉冲占空比的变化来实现的，只管按照设定的程序走，没有引入电动机的起动参数（如电动机定子电压、电流等）作为反馈，是一种较为粗放的开环控制方式，但是其控制方案简单，适用于对起动控制精度要求不高的场合。斜坡升压软起动的程序流程图如图7所示。

4.2.2带脉冲突跳的斜坡升压起动模式

带脉冲突跳的斜坡升压起动主要应用在静态阻力比较大的负载电动机上，通过施加一个瞬时较大的起动力矩以克服大的静摩擦力矩。突跳起动力矩通常持续时间较短，在突跳起动力矩作用时间后，电动机将按照斜坡升压起动的模式继续起动，直至电动机起动完成。带脉冲突跳的斜坡升压起动流程图如图8所示。

4.2.3限流起动模式

限流起动方式是为了突出对电动机起动过程中的电流大小的控制，是一种较为精细的起动方式。需要将电动机起动过程中的电流大小实时地反馈给主控制系统，再由主控制系统将实时电流与设定的电流值进行比较，产生控制信号，调整IG-BT触发脉冲的占空比，进而使电动机起动电流的大小在设定值附近的一个区间范围内，该起动方式较为复杂。

限流起动的最大起动电流一般不超过电动机额定电流的四倍，通常的限流控制算法有PID方法、模糊控制方法、PID与模糊控制相结合的方法等。本文采用模糊控制方法。限流起动的流程图如图8所示。

4.2.4双斜坡起动模式

双斜坡起动类似于斜坡升压起动模式，其主要区别在于斜坡升压起动自始至终都是一种电压上升率来起动，IGBT触发脉冲的占空比也维持不变。双斜坡起动主要考虑到电动机的刚开始起动时，转速较低，适用较低的电压上升率，以使电动机的起动电流不至于上升过快，但是随着电动机转速的增加，一成不变的电压上升率使得电动机在起动的后半阶段转速上升较慢，电动机完成起动的时间变长。结合电动机的这一特点，为了尽可能减小电动机的起动时间，在电动机转速到达一定值以后，改变IGBT触发脉冲的占空比，将电压上升率变大，使电动机尽快达到额定转速，完成起动。双斜坡起动的流程图如图9所示。

5总结

电动机软起动装置 第3篇

交流异步电动机以其结构简单、低成本、高可靠性和维护方便等优点在各种工业领域中得到广泛的应用。电动机在负载时,会产生5倍-10倍额定电流强度的起动电流。特别是对大功率的电动机来说,大起动电流会对电网造成很大的冲击电流,影响其他负载的正常运行,从而引发故障。停机时,传统的控制方式使电动机转速在短时间内由额定转速降为零,会给设备带来冲击,降低电气使用寿命。

因此采用电力电子技术、半导体技术与计算机技术开发异步电动机软起动技术具有重要的实际应用价值和学术意义。本文设计一种由晶闸管组成的软起动装置,应用晶闸管移相技术,使加到电动机上的电压按某一规律慢慢达到全电压。通过适当地设置控制参数,可以使电动机的转矩和电流与负载要求得到较好的匹配。使用软起动技术,在电动机的选型上可以选用容量较小的电动机,也减少了不必要的设备投资,通过软停机技术,可以避免电动机瞬时停机带来的冲击,进一步延长设备的工作寿命[1]。

2主电路设计

软起动装置的主电路采用典型的交流调压电路,即3组反并联的晶闸管构成调压电路,如图1所示。本设计中异步电动机的额定功率PN为50k W,额定电流IN为100A。

3控制电路的实现

系统的控制功能主要由控制算法来实现。在设计闭环调速系统时,设计了合适的动态矫正装置,用来改造系统,使它同时满足动态稳定性和稳态性能指标两方面的要求[5]。电压调节器和电流调节器均采用PI调节器。根据偏差的比例P、积分I进行控制。比例调节器的输出只取决于输入偏差量的现状,而积分调节器的输出包含了输入偏差量的全部历史。在模拟过程控制系统中,基本控制回路是简单的反馈回路。反馈值与给定值进行比较, 得到偏差,模拟调节器用一定的控制律使操作变量变化,以使偏差趋近于零,实现无静差调速。

系统结构框图如图2所示,左边的6个方块是软起动器的6个环节,右边电机的传递函数。软起动装置的6个环节的功能是:环节1和2分别是外环电压调节器和内环电流调节器,它们的调节规律是比例积分PI。环节3是触发环节,提供晶闸管主电路的触发脉冲。环节4和5为放大环节和隔离环节,对信号进行放大和隔离。环节6为晶闸管的主电路。该系统既限制了电流,又使端电压平稳上升。由于是双闭环控制,保证了电机起动过程的稳定性及可靠性。

4软起动装置总体原理图的设计

4.1电压反馈电路设计

反馈环节电压的获取,是通过电压互感器从主电路中获取电压,实现转矩控制时的电压闭环。电动机不能长时间地运行于过电压状态。同样,由于异步电动机负载有轻载和重载的变化过程,若电网电压不足,重载运行时可能会因为无法驱动负载而造成转速下降甚至发生堵转现象。在系统中加入了过压和欠压保护,因此需要电压检测电路。

三相电压反馈电路如图3所示,系统工作时,电压互感器输出的UA、UB、UC和三相电压分别经过全桥整流、滤波和分压后获得一个10V的直流电压信号, 将此信号作为反馈输入信号接到触发芯片的电压反馈端。该电压反馈信号既作为系统软起动时的电压反馈信号,又可以作为电动机运行时的过压和欠压保护信号。

图3中的整流电容不能太大(这里取1μF),否则滤波后的电压变化不够灵敏,会产生较大的时间延时和误差。

4.2电流反馈电路设计

为了实现电流闭环和过流短路保护,设计了电流检测电路,如图4所示。采用电流互感器检测电动机定子端三相定子电流的大小,电流互感器的输出I′A、IA、IB、IC经过全桥整流、滤波和分压后获得一个1V直流电流信号,将此信号作为反馈输入触发芯片的电流反馈端作为电流反馈信号。把输入的同步电压信号改为电流信号。图4中的整流电容也取1μF,可调电阻R的最大值取10kΩ,可以较好地满足检测要求。另外, 该电流反馈信号既作为系统软起动时的电流反馈信号,又作为电动机运行时的过流和短路保护信号。

4.3系统总体原理图的设计

系统的整体设计如图5所示。起动电动机时, 按下起动按钮后,电动机进入软起动阶段。通过集成触发芯片BSC6M-1三相晶闸管控制触发板控制触发脉冲,电压慢慢增加,直到达到全压电动机正常运行。电压和电流的双闭环的实现是通过电压、 电流互感器,然后经过整流、分压得到反馈信号。 通过给定与反馈的比较,用PI调节器实现无静差控制,使系统稳定运行。设计中还加入了各种保护措施,如过电压、过电流和晶闸管的电压上升率和电流上升率保护。

大功率的50k W异步电动机软起动装置的设计,采用了双闭环控制的三相交流调压电路;对于电压外环和电流内环的控制规律均采用PID控制中的比例积分实现无静差控制[7]。晶闸管的触发电路采用集成芯片BSC6M-1三相晶闸管控制触发板,其各项指标都满足设计要求。

4.4过电压保护

晶闸管整流电路正常工作的最大电压是线路的峰值电压,凡是超过这个峰值电压的都算是过电压。过电压分为操作过电压及浪涌过电压两种, 操作过电压是由变压器的合闸以及晶闸管元件本身关断引起的,浪涌过电压是由于雷击等原因从电网侵入的偶然性过电压,它可能比操作过电压还要高。对操作过电压所设的保护措施,也会对浪涌过电压有抑制作用。

如图6所示为RC阻容吸收电路。软起动装置在每一相晶闸管两端并联RC阻容吸收回路进行电压上升率的限制。

4.5过电流保护

若过电流数值较大而切断电路的时间又稍长, 则晶闸管因为热容量小会产生热击穿而损坏,因此必须设置过电流保护。在本系统中采用快速熔断器保护晶闸管的过电流[10]。采用控制电路中的电流调节器或电流截止环节来实现。当发生过载,电流超过一定数值时,通过调节环节移动触发脉冲相位降低整流电压,使电动机转速降低,从而将过载电流限制在一定数值之内;或通过封锁信号封锁移相触发脉冲。

5结论

本文采用双闭环控制的三相交流调压电路设计了异步电动机软起动装置。对于电压外环和电流内环的控制规律采用PID控制中的比例积分实现无静差控制。根据电动机的参数选择主电路晶闸管的耐压值和额定电流。通过对三相交流调压电路中的6个晶闸管的相位控制实现控制电动机的电压,完成了软起动装置的设计。设计中集成芯片BSC6M-1三相晶闸管控制触发器,各项指标都满足设计要求。

软起动器在工业电动机的应用 第4篇

关键词：工业电动机,软起动器,应用

晶闸管软起动器在未使用前, 工业电动机主要使用直接起动、电抗器起动或星/三角起动。

由于直接起动会引起所连接的电网产生波动, 影响与其共网的其他电气设备的正常运行, 电动机产生的冲击电流会引起电动机局部温升过大, 降低电动机的寿命;同时直接起动产生的冲击电流使电动机的机械冲力加大, 机械冲力而直接传输到所联结的机械传动设备, 致使机械设备啮合部分严重磨损、损伤;冲击电流会以电磁波的形式干扰电气仪表的正常运行, 主要试用于小容量电动机。

电抗器起动和星/三角起动, 为一般性的电动机降压软起动, 无法实现恒电流软起动, 对负载的适应性差, 不能实现软停止, 并且没有电动机综合保护功能。在电动机起动后, 接触器容易出现接点粘着、弹跳、磨损等问题, 接触器切换时容易出现误操作, 影响运行的现象。

以上各种类型起动, 虽然在使用当中各有利弊, 由于社会化大生产的发展, 这些类型起动已远远阻碍了生产。晶闸管软起动器的出现, 在目前解决了这些问题。

为了更好的了解晶闸管软起动器, 分析其工作原理如下:

晶闸管软起动器的负载可联结成星形或三角形, 触发电路和三相全控桥整流电路一样, 需采用宽脉冲或双脉冲触发:

1) 控制角a=0度时, 与三相整流电路不同, a=0度即是在相应每相电压的过零处给晶闸管加触发脉冲, 这相当于将晶闸管看成二极管, 这时三相正反方向电流都畅通, 相当于一般的三相交流电路, 各相电流为i=U2/R, 管子导通顺序为VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6, 脉冲间隔为60度, 每管导通角为180度, 除换流点外, 任何时刻都有3个晶闸管导通。

2) 控制角a=60度时, 在t1时刻晶闸管VTI导通, VT1和VT6构成电流回路, 此时线电压Uuv作用下, 有i=Uuv/2R;t2时刻VT2被触发, 负载电压为Uuw, 此时U相电流为i=Uuw/2R;t3时刻VT3被触发, VT1关断, VT4还为导通, 所以i=0。t4时刻, VT4触发导通, i在Uuv电压作用下, 经VT3、VT4构成回路, 同理在t5~t6期间, Uuw电压经VT4、VT5构成回路。同样分析可得到V、W两相的电流方程。当t1时刻触发VT1导通时, VT1与VT6构成电流回路, 导通到t2时, 由于Uuv电压过零反向, 迫使VT1关断, VT1须先导通30度。当t3时刻触发VT2导通时, 由于采用脉宽大于60度的宽脉冲或双脉冲触发, 故VT1仍有脉冲触发, 此时在线电压Uuw作用下, 经VT1、VT2构成电流回路, 使VT1又重新导通30度。

通过分析晶闸管软起动器的基本接线是一对反并联的普通晶闸管或一只双向晶闸管与负载串联接在交流电路中, 改变反并联晶闸管或双向晶闸管的控制角a, 就可方便地实现交流调压。象普通接触器一样, 用门极小电流的通断控制阳极大电流的通断, 它完全消除了电磁继电器、接触器所存在的触点粘着、弹跳、磨损等问题, 开关频率可以显著提高。适用于三相交流异步笼型电动机。

变频器也是一种晶闸管类型的软起动器, 它是将50Hz交流电先整流为直流电, 在由直流逆变, 改变逆变桥晶闸管的触发频率或者改变管子触发顺序, 既能得到不同频率和不同相序的三相交流电, 实现电动机的变频调速与正反转。所以变频器主要用于电动机的调速, 而很少运用于电动机起动。

我公司运焦皮带由于生产的需要更换为容量比较大的电动机, 电动机型号为Y315M1—4, 容量132KW, 电压380V, 电流239.7A, 转速1490r/min, 通过以上的分析, 决定采用晶闸管软起动器。软起动器型号为艾伦—布拉德利公司的AB150-812, 采用16位单片机全数字化自动控制;起动转矩电流, 电压, 时间按负载不同而灵活设定;为电动机提供了平滑的起动过程, 减少了起动电流对电网的冲击, 延长了电动机和旁路机械的使用寿命;起动电流可按负载的大小而不同设定, 减少了起动损耗;软停车功能大大延长了电器触点的使用寿命, 又满足了不同的场合下机械的不同需求;具有过流, 过载, 缺相等多种保护功能, 保证电动机的安全运行;具有标准的RS232接口, 实时监控软起动器的运行状态;具有方便的外控接口;具有启动时间设置、限流选择、节能器选择、辅助触点选择、失速跳闸选择, 按照实际情况设置软起动器风扇为220V。按下启动按钮, 开车予警信号响过后, 启动软起动器, 启动设置为二十秒电动机斜升爬坡, 由于电动机的容量为132KW、380V, 软起动器启动电流达到580A, 电动机完全启动后切换为交流接触器运行, 皮带电动机运行电流为86A。

如果使用直接启动, 对于132KW电动机的启动电流, 按4~6倍计算, 将达到960A~1440A。这样大的电流对车间配电容量有限的电网是比较大的冲击, 会造成一系列的电气故障。

通过长期使用, 实践证明在保证启动转距的情况下, 使用软起动器启动只有直接启动的1/2~1/3的启动电流, 达到了降压限流的目的。使用当中, 由于软起动器是无触点设备, 很少出现故障, 给维护工作带来了方便, 达到了预期的目的, 为我公司二次创业的增产增效奠定了坚实的基础。

参考文献

大容量高压交流电动机软起动分析 第5篇

随着国家经济的高速发展, 各工业企业生产规模迅速扩大, 企业用电设备数量、容量及单台电机最大容量也随之不断增大, 用电状况十分复杂对电网有较高要求。大容量电动机主要指额定工作电压为6k V或10k V的电机, 容量从几千到几万千瓦不等, 为保证大电机起动时自身及电网安全, 各种大容量电气软起动装置应运而生, 如频敏变阻器、水电阻、热变电阻、晶闸管、电磁调压、变频器等, 在工程实践中得到了广泛应用。

1 大容量电动机直接起动的弊端

大容量高压电动机直接起动时电流大, 无功需求高, 对电网的冲击明显, 在供电电网容量受限时, 往往造成大电机自身的起动困难, 并可能导致其它已运行电气设备等因供电母线压降较大造成跳闸停机甚至烧毁的严重后果。对大电机自身而言, 直接起动电流可达4-7倍的额定电流, 造成电动机绕组温度过高, 电机绝缘老化加速, 并且过大的起动转矩对被带动的机械造成较大的机械冲击, 缩短其使用寿命。

在此情形下, 各类电气软起动装置应运而生, 但由于用户千差万别, 故各类电气软起动装置均有不同的应用市场。

2 高压软起动装置主要类型

高压软起动装置如概述中所述分为多种, 下面予以介绍。

2.1 频敏变阻器

频敏变阻器应用于绕线式电机, 串接于电机转子回路中, 当电机起动时, 频敏变阻器的阻抗随着转子电流的频率变化而成正比变化, 刚起动时, 转子电流频率最大, 电动机可获得较大起动转矩, 起动后, 随着转子电流频率的下降, 频敏变阻器阻抗逐步减小, 近似地得到恒转矩特性, 实现了电机的无极调速, 起动完毕后, 频敏变阻器经短接退出。

频敏变阻器的优点:

1) 能平滑、无级、自动地起、制动;

2) 结构简单, 坚固耐用, 维修方便;

3) 价格低廉。

频敏变阻器的缺点:

适用范围小, 调节精度不高。

2.2 水电阻起动动装置

水电阻起动利用伺服电机改变浸泡在导电液体 (一般由Na2CO3和水配制) 中电极板之间的电气距离, 使水电阻由大到小平滑无级变化, 电极板串接于电机起动回路中, 电机在起动过程中端电压随极板间距减小逐渐上升至直至全压, 实现电机软起动。

水电阻起动的优点是:

1) 在软起动过程中不产生高次谐波;

2) 价格低廉。

水电阻起动的缺点是:

1) 高压电动反电势建立的速率和水电阻变化的速率很难吻合, 从而造成了起动电流的斜率很大。

2) 环境温度对起动性能的影响大。水电阻导电的实质是靠离子的移动, 电阻大小由导电离子的多少决定, 水电阻由Na2CO3和水配制而成, 其溶剂溶解度受外界温度的影响, 温度越高溶解度越高, 水电阻率越小, 温度越低溶解度越低, 水电阻率越高, 因而水电阻夏天起动电流大 (有时高达5倍额定电流) , 而冬天起动困难, 严重时需要重新配液方可解决, 加上水的蒸发和补充及其它导电离子进入液阻箱, 均会引起液体电阻的改变。

3) 对环境要求高, 水电阻软起动装置不适合于置放在易结冰的现场。

4) 液阻箱容积大, 其根源在于阻性限流, 减少容积引起温升加大, 一次性起动后电解液通常会有10℃-30℃的温升, 使软起动的重复性差。

5) 控制功能低下, 起动时间、停止时间、初始电压、限压范围等主要控制参数均不能方便地调节, 移动极板需要有一套伺服机构, 它的移动速度较慢, 难以实现起动方式的多样化。保护功能不全, 无自检、过载保护、电流不平衡、断相等保护。

6) 维护困难。须经常维护, 须经常加液体以保持液位。在高压回路里加水作业有很大危险性。电极板长期浸泡于电解液中, 表面会有一定的锈蚀, 需要作表面处理。

7) 安全性差。这是该装置最大的隐患, 一旦维护不及时, 至液位过低, 起动时有引起装置爆炸的危险, 爆炸后引起高压接地, 给人员、设备带来灾难性的后果。在起动时有噪声及电动力致使之震动, 特别是在极板运行中易造成导电水飞溅, 安全性差。在高压起动回路中, 用传动电机及传动机构控制极板运行, 一旦控制失灵, 后果比较严重。

2.3 热变电阻起动动装置

热变电阻起动利用液体的负温度特性来改变其电阻, 所谓负温度特性, 即温度越高, 阻值越小, 温度越低, 阻值越大。在起动过程中, 将热变电阻器 (含液箱、热敏电解液、电极、导流机构等构成) 串接于大容量电机的定子绕组中, 起动电流流过热变电阻器加热液体, 温度升高, 阻值减小。起动过程中, 回路总阻抗接近不变, 从而使得电机起动过程电流较小、稳定且功率因数高。当电机起动完毕后, 导流机构快速导出高温液体, 使有效电阻区域内液体温度降至常温附近, 以利于下一次起动。

热变电阻软起动优点:

1) 电极无需动, 因而减免了移动电极的伺服机构, 减免了伺服机构可能带来的不安全;

2) 起动电流较小, 一般不大于2.5Ie, 有显著的软起动特性;

3) 起动时功率因数高, 一般可维持在0.8以上, 母线压降低, 对电网稳定运行有益;

4) 同时起动时起动转矩由小逐步增高, 使得机械设备起动平稳, 无冲击及噪音;

5) 价格低廉。

热变电阻软起动缺点:

1) 热变电阻为保温, 必须把水箱封闭, 且采用两层水箱, 层与层之间注入变压器油隔离, 液体在有限空间内加热, 极易发生爆;

2) 热变电阻的整个起动过程是不可控制的, 谈不上闭环控制;

3) 相比于液阻, 环境温度对起动性能的影响更加严重;

4) 具有一切液态软起动装置的共性, 如发热量大、体积大, 不能作到免维护;

5) 对环境尤其是温度变化的耐受能力较差, 难于保证不同环境温度下软起动性能的一致性;软起动功能单一, 使适用范围受到一定的限制;不能实现软停止, 不能实现带电流突跳的软起动。

2.4 晶闸管软起动

晶闸管软起动装置是利用反并联晶闸管及电子控制电路串接于三相电源与待起动电机之间, 利用晶闸管的电子开关特性, 通过软起动装置中的单片机控制晶闸管触发脉冲、触发角的大小来改变晶闸管导通程度从而改变其输出电压, 进而改变起动电机的定子机端电压。当晶闸管导通角从00开始上升时, 电机开始起动, 随着导通角的增大, 晶闸管输出电压也随之增大, 电机转速进一步升高, 直至晶闸管全导通, 使电机电压接近额定电压, 电机起动完毕后, 软起动装置被旁路, 电机改由工频运行方式。

晶闸管软起动装置优点:

1) 起动电流、电压可控;

2) 起动过程无级调速, 并适应频繁起动。

晶闸管软起动装置缺点:

1) 不能根据现场根据综合条件调整起动参数, 达不到全面优化的起动效果;

2) 起动电压到起动完成时, 电压与全压有差距, 切换到全压时有冲击;

3) 一般只能接入电动机前端;

4) 串并联大量的晶闸管, 故障点多, 维护、检修复杂;

5) 价格较为昂贵。

2.5 电磁调压软起动

电磁调压软起动装置是采用一个可变电抗器件做为执行元件接入大电机定子回路, 用相对电压较低的晶闸管 (或其他电力电子器件) , 通过电磁转换的原理, 调节电抗值, 改变电动机的机端电压, 从而达到控制电动机的起动过程, 达到软起动的目的。

电磁调压软起动装置特点:

1) 通过低压控制高压可调压变压, 其性能稳定可靠, 耐冲击性能强、噪音小;

2) 晶闸管在变压器二次回路, 晶闸管无过压风险, 无须光纤触发, 性能稳定可靠, 故障点少;

3) 由于变压器的隔离, 对电网谐波干扰大大减小, 电网侧只有2%左右, (小于国家标准4%) , 有效克服超大容量的电动机起动时的电磁干扰。

4) 与传统的电抗器、自耦变压器比较, 起动转矩大, 起动过程平稳可控, 无二次切换冲击;

5) 起动电压可调, 可以根据负载的特征, 设置较低的起动初始电压, 从而电动机的起动电流更低, 对电机和机械设备冲击小;

6) 当电网容量偏低时, 还可并联起动补偿电容, 将起动电流控制到1.5倍额定电流, 进一步减少对电网的冲击, 降低网压降;

7) 接线方式灵活, 可接于大电机机端侧或中性点侧。

2.6 变频器软起动

变频器软起动方式是指大电机起动过程中既改变变频器输出端电源频率, 又改变电源电压的一种起动方式, 起动曲线平滑, 适用于各种起动条件, 是目前最先进的一种软起动方式, 但其价格昂贵, 并产生高次谐波污染电网, 在起动次数较少且电机负载率且工作稳定条件下, 选用变频器是不经济的, 因而本文不予推荐。

3 采用电磁调压软起动的工程实例

3.1 工程概述

国内某钢铁公司建造两座1250m3高炉, 配置两台10k V 19000k W汽动-电动风机 (以下简称BPRT风机) 及一台10k V 19000k W AV63备用电动鼓风机, 外部供电为两路35k V电源。在高炉区设35/10k V变电所一座, 配置2×50MVA主变, 35k V及10k V均采用单母线分段接线方式, 两台19000k W BPRT风机电机分别由35k V变电所两段10k V母线供电, 19000k W AV63备用电动鼓风机经切换, 可由10k V任一段母线供电以替换该母线段上退出运行的BPRT风机, 同时禁止任意两台风机在同一段10k V母线同时工作。

由于风机电机容量很大, 直接起动时电流大, 母线压降不满足国标要求, 经技术、经济比较, 设计采用电磁调压软起动方式对上述三台大电机进行软起动, 软起动装置内电磁调压部分起动柜为双套 (一用一备) , 三台风机电机起动模式为软起二拖三, 为保证风机起动时因功率因数较低 (Cos=0.3左右) 电磁调压软起动装置配置有专用起动电容器, 在风机起动完毕后切除退出。

经工程实践, 该套电磁调压软起动装置起动效果良好, 达到预期效果。

3.2 电气主接线 (见图1)

3.3 BPRT风机 (19000k W, 1485r.p.m) 起动时电气参数表

3.3.1 系统参数

3.3.2电动机参数

3.3.3 负载参数

3.3.4 电动机起动参数

4 结论

高压软起动装置多种多样, 应根据工程实际状况, 考虑电网、工艺设备要求、现场土建条件、业主资金条件等各方面因素进行综合评估, 在保证安全、可靠、经济的前提下选用最为合理的方案以保证工程的顺利实施。

摘要：随着国家经济的高速发展, 各工业企业生产规模迅速扩大, 企业用电设备数量、容量及单台电机最大容量也随之不断增大, 用电状况十分复杂, 对电网有较高要求。高压大电机直接起动, 有诸多弊端, 因而各种高压电气软起动装置应运而生。本文有两个主要目的, 一是对各种现行高压软起动装置进行介绍, 另一是结合工程实例, 对电磁调压软起动装置的应用进行实例展示。

关键词：大容量电机,直接起动,电气软起动装置,电磁调压软起动装置

参考文献

[1]卓乐友.电力工程电气设计手册[M].北京:水利电力出版社, 1991.

[2]陈延镖.钢铁企业电力设计手册[M].北京:冶金工业出版社, 1996.

电动机软起动装置 第6篇

1 三相异步电动机的起动方式

笼型电动机的起动方法有直接起动与降压起动两种。

1.1 直接起动

直接起动又称全压起动就是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压的电源上。该方法设计简单, 电机响应快, 耗时短, 容易维修。但是由于起动电流较大, 线路电压下降明显, 常造成电机无法正常起动, 甚至会对电网发生冲击, 影响其他用电设备。对于二三十千瓦以下的电机, 通常可采用直接起动。

1.2 降压起动

降压起动指在起动阶段降低电机定子绕组的外部电压, 起动结束后, 再将定子绕组端电压恢复正常值。这种方法起动电流小, 不过电机起动转矩也较小, 在石油钻探中笼型电动机的负载端通常为液压泵, 负载较轻, 所以非常适宜采用降压起动。

1.2.1 星形-三角形 (Y-△) 换接起动

在早期的钻井队中, 通常使用星形-三角形降压起动电动机, 这种接法, 在起动时定子绕组采用星形连接, 正常运转时采用三角形连接。起动时定子绕组连接成星形, 相电压为正常工作电压的, 起动电流为直接起动时的。当电动机正常运转时, 绕组切换为三角形接法。在控制方面可采用手动或者自动的方式完成电路的切换。Y-△换接起动有效的降低了电流对电网的冲击, 同时它还有另外一个优点, 当负载较轻时, 可以让电机保持在星形状态运行, 当额定转矩与负载匹配时, 电动机的效率得以提高, 同时还节省了电力。很多公司生产的离心机都采用了这样的设计。

1.2.2 软起动

软起动是降压起动方式的一种。它通过电动机软起动器接于电源与被控电机之间, 控制其内部晶闸管的导通角, 使电动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。石油钻探中, 软起动已经逐渐取代了传统的星形-三角形起动的方式。它在起动过程中冲击电流更小的同时, 还保证了起动转矩可调。在应用中一台软起动器往往可以起动两三台电机, 这样的设计减少了电气元件的使用, 方便安装和维修。

2 软起动器在国内的发展

软起动器于20世纪70年代末和80年代初投入市场, 填补了星-三角起动器和变频器在功能实用性和价格之间的鸿沟。采用软起动器, 可以控制电动机电压, 使其在起动过程中逐渐升高, 很自然地控制起动电流, 因此, 软起动器在市场上得到广泛应用, 并且软起动器所附带的软停车功能有效地避免水泵停止时所产生的“水锤效应”。由于中国工业技术一直较为落后, 变频器产业也刚刚起步, 国外变频器的成本较高。而国内鼠笼型异步电动机一般采用直接起动, 或用自耦、星三角起动器起动。上世纪90年代, 以单片机为核心、半导体可控硅为执行元件的智能化电机软起动器进入中国市场, 并在2000年以后开始加速发展, 目前市场规模约为20亿。

3 软起动器的工作原理

软起动以单片机作为中央控制器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早晚来改变触发角的大小, 从而改变晶闸管的导通时间, 最终改变电动机三相定子绕组的电压。由于电动机转矩与定子电压的平方成正比, 电流与定子电压成正比。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, 所以不同的初始相角可实现不同端电压, 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。

4 传统电动机起动与软起动的优缺点

传统电动机起动如直接起动方式具有起动简单, 造价低廉, 电动机响应快等特点, 在石油钻探行业中他广泛应用20 k W以下的小电机的起动。有些钻井队拥有大功率发电机, 单独的大容量变压器, 这种情况下使用直接启动很方便, 也不用电动机对电网的干扰。但是对于其他情况下大功率电机的起动, 过高的起动电流会对电网产生很大的冲击, 造成功率震荡。同时起动电流里的高次谐波还会引起继电器的误动作, 自动控制失灵等故障。而星形-三角形降压起动的方式, 虽然解决了起动电流大的问题, 但是由于其可靠性较低, 起动转矩不可控等缺点已逐渐被淘汰。

软起动器起动过程的优缺点。

主要优点有以下几点。

(1) 起动电压为无级调节, 线性上升, 有效避免了起动冲击电流, 且起动时间短于传统降压起动方式。

(2) 起动转矩虽然也随起动电流下降而下降, 但连续可调, 对负载的适应范围明显增大。

(3) 可适应频繁起动。一般每小时起动次数可允许6—0次, 且电机不至于过热。主回路为无触点电路, 故障率降低, 可靠性增强。

主要缺点是:

(1) 起动过程中会产生谐波, 对电网产生不利影响。

(2) 价格相对较高。

随着变频器技术的逐渐成熟, 变频器的价格不断降低, 变频器可能会逐渐取代软起动器, 但是我们不能否认软起启器已经并且还会在未来很长的时间内在电动机领域发挥很重要的作用。

参考文献

[1]秦曾煌.电工学[M].6版.高等教育出版社.

高压交流异步电动机的软起动 第7篇

关键词：软启动,电机,转矩,定子

近年来,大功率笼型异步电动机的应用越来越广泛,而大功率感应电动机的起动电流很大,一般为额定电流的4—7倍,启动时的大电流对电网产生冲击,有较大的线路压降,使电网电压波动,影响电网中其它用电设备的正常运行。传统的减压启动方式(如定子回路串电阻或电抗器降压启动等),是不能从根本上解决上述问题的。随着电力电子技术的发展,智能性软启动器得到广泛应用。软起动(soft start)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,国外称为Soft Starter。运用不同的方法,控制三相反并联晶闸管的导通角,使被控电机的输入电压按不同的要求而变化,就可实现不同的功能。它不仅实现了在整个启动过程中无冲击而平滑启动,而且可根据电动机负载特性调整启动过程中的参数,如启动时间等。此外还具有多种电动机的保护功能,从根本上解决了传统降压启动设备的弊端。

1 传统几种起动方式

电机起动技术虽然不是一个企业的核心技术,许多企业的电气工作者很少有时间来研究各种起动方法之间的差别,往往会造成不恰当的选择,有时甚至不得不做出第二次选择,给企业造成不应有的损失。三相笼型电动机传统的起动有全压起动和降压起动两种方法。

1.1 全压起动

全压起动也称为直接起动,起动时,电动机定子绕组承受额定电压。这种起动方法简单,也不需要复杂的起动设备,但起动电流大,过大的起动电流对电动机本身和电网电压的波动均会带来不利的影响。一般只适用于小功率的电动机使用(PN≤7.5KW)。电动机直接全压起动的危害性有以下几点:

1.1.1 引起电网电压波动,影响同电网其它设备的运行

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。

1.1.2 对电网的影响

对电网的影响主要表现在两个方面:

(1)超大型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击,常常会引发功率振荡,使电网失去稳定。

(2)起动电流中含有大量的高次谐波,会与电网电路参数引起高频谐振,造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。

1.1.3 伤害电机绝缘,降低电机寿命

(1)大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘,使绝缘加速老化、寿命降低。

(2)大电流产生的机械力使导线相互摩擦,降低绝缘寿命。

1.1.4 电动力对电机的伤害

大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力,会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。

1.1.5 对机械设备的伤害

全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍,这么大的力矩突然加在静止的机械设备上,会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。

1.2 降压起动

通过起动设备使定子绕组承受的电压小于额定电压,待电动机的转速达到某一数值时,再使定子绕组承受额定电压,使电动机在额定电压下工作。

1.2.1 定子回路串电阻或电抗器降压起动

电动机起动时,在定子回路串电阻或电抗器,这样就降低了加在定子绕组上的电压,从而减少了起动电流。

这种起动方法起动时能量损耗较多,效率较低,目前已被其它方法所代替。

1.2.2 自耦变压器降压起动

电动机起动时,自耦变压器一次绕组加全电压,降压后的二次绕组加在加在定子绕组上,电动机降压起动。当电动机转速接近稳定值时,自耦变压器被切除,电机全压运行,启动过程结束。定子串电阻起动,电动机的起动电流是电网的电流;自耦变压器降压起动电动机的起动电流与电网电流的关系则是自耦变压器一、二次电流的关系。当采用自耦变压器降压起动时的起动电压为UN/K。起动电流为Iqz/K2.起动转距Tqz/K2.电流冲击在两次以上。在电动机得到同样起动电流和起动转距的情况下,采用自耦变压器降压起动的电网电流将小于定子回路串电阻或电抗器降压起动的电网电流。此外,为了满足不同的负载,自耦变压器的二次绕组有不同的抽头供选用。通常有40%UN、60%UN、80%UN三种。自耦变压器降压起动适用于中小容量的低压电机,应用比较广泛。

1.2.3 星—三角降压起动

电动机起动时,先将三相定子绕组接成星形,待转速接近稳定时,再改接成三角形。采用星—三角降压起动时,虽然起动时的起动电压为0.577UN。起动电流为0.33Iqz.起动转距0.33Tqz.但电流冲击在两次以上。Y-△起动操作方便,起动设备简单应用较广泛。它只适用于正常运转时定子绕组接成三角形的电动机。

综上所述,当采用传统减压起动时,电流冲击和机械冲击的危害只有一定程度的降低,但不能消除。

2 软起动的工作原理及运行特点

三相交流异步电动机的起动转距Tst直接与所加电压的平方有关,只要降低电动机的端电压就会降低起动电流和转距。电动机软起动的工作原理是通过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,即为软起动,在软起动过程中,电机起动转矩逐渐增加,转速也逐渐增加。

2.1 软起动几种起动方式

2.1.1 斜坡升压软起动。

在起动过程中(如图1所示),电动机的起动转矩随电压增加,在启动时提供一个初始的启动电压US,US根据负载可调,将US调到大于负载静摩檫转距,使负载能立即开始转动。这时输出电压US开始按一定的斜率上升(斜率可调),电动机不断加速。当输出电压达到升速电压Ur时电动机基本达到额定转速。软起动在起动过程中自动检测达速电压,当电动机达到额定转速时,使输出电压达到额定值。

2.1.2 斜坡恒流软起动。

电动机在起动过程中限制其启动电流不超过某一设定值Im的软启动方式。其输出电压从零开始迅速增长,直到输出电流达到预先设定的电流限值Im,然后保持输出电流I不超过Im的条件下逐渐升高电压,直到额定电压值,使电动机的转速逐渐升高,直到额定转速。

这种起动方式的优点是起动电流小,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。

2.1.3 阶跃起动。

在电动机的起动开始,让晶闸管在极短的时间内全导通后回落,再按原设定的值线性上升,进入恒流启动,该启动方法适用于重载并需克服摩檫的起动场合。这种起动方式可以减少起动时的振动。

2.2 软起动的特点

(1)能使起动电压以恒定斜率平稳上升,起动电流小,对电网无冲击电流,减少了负载的机械冲击。

(2)起动电压上升斜率可调,保证起动电压的平滑性,起动电压可依据不同的负载在30%~70%额定电压范围内连续调节(如图2所示)。

(3)根据不同的负载设定起动时间。

(4)具有可控硅短路、断相、过热及欠电压保护。

3 软起动的应用

现在市场上有多种型号的软启动器,晶闸管串联式(固态)软起动装置、电抗器式(磁控)起动装置、开关变压器式高压电动机软启动器、变频器变频装置用于电机软起动的情况也越来越多,当前这四种产品是大型电机起动市场的主流产品,液态起动装置则应用在小型(5000kW以下)电机上较多。不同的产品功能也不尽相同。原则上,异步电机凡不需要调速场合都可使用。适用各种泵类负载和风机类负载,需要软启动和软停车的场合。对于长期处于轻载运行的电动机,有轻载节能的效果。

4 结束语

软起动技术现已广泛用于冶金、钢铁、石油化工等各行各业。大型电动机价格昂贵,在各行业的生产运行中起核心作用,对它进行多方呵护是非常必要的。软起动装置虽然工作时间短,但其重要作用不可轻视,应该引起我们电气技术工作者的高度重视。从电机系统节能的角度看,使用软起动可以取消独立供电变压器,具有很大的节电效果。所以选择智能性启动设备是必然发展方向。

参考文献

[1]周定颐、李光中编。电机及电力拖动。北京:机械工业出版社,2007.

[2]樊宝德朱焕勤编。油库电工。北京:化工出版社,2007.

异步电动机软起动控制系统的建模 第8篇

异步电动机由于其成本低,可靠性高、需要的维护少等优点在生产、生活中得到广泛的应用。一般来说,希望电动机有足够大的起动转矩和比较小的起动电流。但由于异步电动机直接起动时,起动电流会产生一个浪涌,对电网产生冲击,使电网电压降低。电网电压的降低,不仅要使异步电动机本身的起动转矩减小,还可能导致起动失败,并影响了其他用电设备的正常运行。对于频繁起动的电动机,还会造成电动机过热,影响使用寿命。因此,较大容量的异步电动机是不允许直接起动的。因此,如何改善异步电动机的起动性能是一个非常重要并有实际经济意义的课题。

2 系统建模

在中搭建的三相异步电动机系统仿真模型如图所示:主要由三相正弦交流电压源模块,晶闸管组,晶闸管触发脉冲发生模块,触发角控制模块与输出信号测量模块等构成。

3 功能模块分析

3.1 电源模块

如图2所示,内部为三个理想的220V正弦交流电压源,相位依次相差120°,星形连接。也可直接使用Sim Power System下电源模块库中的Three-phase Sources模块并设置相关参数得到。

3.2 晶闸管组

利用Simulink中的Universal Bridge模块改造搭建而成反并联的晶闸管组。设置晶闸管的缓冲电阻为100kΩ,通态电阻为1mΩ,通态压降为0.7V。与电源模块类似地,也可直接使用六个Sim Power System下电力电子模块库中的Thyristor(晶闸管模块分别两两反向并联得到。但经过测试,直接使用Thyristor模块两两反向并联得到的晶闸管组的输出波形并不是非常的理想。因此选择前者。

3.3 晶闸管触发脉冲发生模块

在Simulink中有可产生同步脉冲的Synchronized 6-pulse Generator模块,但在利用该模块搭建晶闸管触发脉冲发生模块并进行测试却得不到正确的结果。测试发现,该模块通常情况下适用于三相桥式整流电路,且该模块是将线电压的过零点作为触发脉冲的控制角的参考点,而非相电压过零点。

晶闸管触发脉冲发生模块主要由脉冲发生器,延迟环节与选择开关等组成。脉冲发生器产生频率为50Hz,幅值为1,占空比为22.2%(对应电角度80°)的方波,作为产生各个晶闸管触发脉冲(宽脉冲)的基准。

延迟环节中的第一个延迟环节使该环节的输出信号比输入信号延迟0.0033s,即使触发脉冲延迟60°,而下面每个延迟环节比上一个延迟环节推后0.0033s,换言之,6个选择开关输入的脉冲信号自上至下依次延迟60°。

选择开关的工作原理为:当第2路输入信号大于设定的门槛值(此处设置为0)时,则输出端输出第1路输入信号(为1);否则,输出第3路输入信号(为0)。

3.4 触发角控制模块

晶闸管触发角控制模块如图3所示,输入给定的触发角初始值与限定的变化率的值。后者经积分环节输出斜坡信号,然后与给定的触发角的初始值作差,经饱和环节限幅得到当前的触发角的值。触发角瞬时值信号输入晶闸管触发脉冲发生模块,转换为对应的脉冲应延迟的时间提供给晶闸管触发脉冲发生模块使用。

Matlab/Simulink已成为目前世界上应用最广泛的工程仿真应用软件之一。该文介绍了仿真软件Matlab/Simulink,并用Matlab软件中的Simulink搭建了三相异步电动机软起动控制系统仿真模型,实现了该仿真模型输入不同的异步电动机参数就可以仿真不同的异步电动机。

摘要：该文介绍异步电动机软起动过程,分析了异步电动机软起动控制的基本原理,应用Matlab中的Simulink搭建了基于交流调压方式的三相异步电动机软起动控制系统的仿真模型。

关键词：Simulink,三相异步电动机,软起动

参考文献

[1]Wapcaplet in Blender.Illustration of a simple electric motor[EB/OL].(2006-03-31)[2011-06-14].http://en.wikipedia.org/wiki/File:Electric_motor_cycle_3.png.

[2]Mtodorov369.The animation depicts AC induction electric mo tor with squirrel cage[EB/OL].(2008-07-26)[2011-06-14].http://en.wikipedia.org/wiki/File:Induction-motor-3a.gif

[3]Wikimedia Foundation,Inc.Induction motor-Wikipedia,thefree encyclopedia[EB/OL].(2011-03-02)[2011-03-05].http://en.wikipedia.org/wiki/Induction_motor.

[4]范正翘.电力传动与自动控制系统[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.