电动机起动分析论文

电动机起动分析论文（精选11篇）

电动机起动分析论文 第1篇

近年来,自起动永磁同步电动机以高效率、高功率因数等优点受到广泛关注,尤其在高能耗行业使用越来越受到重视,因此,现阶段对自起动永磁同步电动机进行深入研究势在必行。本文以6 kV、315 kW高压永磁自起动同步电动机为例,分析了永磁同步电动机的起动过程、牵入同步过程、以及牵入同步转速后的过载能力状况。详细研究了起动笼条的结构、材料、笼型以及转子铁心和永磁体排列方式的变化等因素对起动性能带来的影响。

1求解模型及定解条件

1.1求解数学模型

采用场路耦合的有限元法研究自起动永磁同步电动机的瞬态起动性能,这种方法考虑了磁路饱和与涡流的影响,计算结果较为精确[1,2,3]。将自起动永磁同步电动机模型做二维近似处理,忽略位移电流,因此自起动永磁同步电动机内电磁场的瞬态边值问题可用麦克斯韦方程表述:

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式中,A为矢量磁位,Ω为求解区域,Γ1为定子外圆和转子内圆边界,Γ2为永磁体边界圆,Js为永磁体等效电流密度,μ为磁导率,JZ为励磁电流密度,σ为材料电阻系数[4,5]。

1.2求解的物理模型

永磁电机运行时所需的磁通由永磁体提供,根据6 kV、315 kW样机的具体需求,永磁体的排列方式选用内置切向结构。12块永磁体在转子上沿圆周均匀分布,组成6个极;在永磁体靠近气隙的位置安装不导磁槽楔,用来防止运行过程中永磁体的甩落;同时在永磁体与转轴之间安装了隔磁套环,可以起到减小漏磁的作用。自起动永磁同步电动机的二维结构模型如图1所示。

1-定子铁芯;2-绕组;3-实心转子;4-隔磁套筒;5-永磁体;6-起动笼条

1.3定解条件

由于永磁体的存在,导致自起动永磁同步电动机在起动过程中存在转矩脉动变化,因此为了便于分析,将起动过程中的某一瞬态,认为是电动机处于异步转速下的稳定运行状态。

2影响起动性能因素分析

根据永磁同步电动机的平均转矩-转速曲线可以大致判断出电动机牵入能力的优劣,如图2所示。在接近同步转速时,如果曲线能够保持一定的陡度,则说明永磁电动机具有较高的牵入同步能力,否则说明永磁电动机的牵入同步能力不足。

起动永磁同步电动机的结构对牵入能力也有一定的影响,其中永磁体对电动机的影响非常特殊。使用剩磁密度和磁能积较高的永磁体能产生较高的反电动势,而反电动势的增加将会影响永磁电动机牵入同步能力,主要表现在两个方面:一是使电动机的电磁转矩增大,有利于提高牵入同步能力;另一方面是引起永磁体的制动转矩增大,使得平均转矩降低,造成牵入同步开始时的转差率增大,导致牵入能力下降。因此设计时需要考虑到永磁体对牵入同步能力影响的两面性,一味选取磁能积高的永磁体并不一定能提高电动机性能[6,7,8]。

起动笼条对自起动永磁同步电动机牵入性能的影响也很重要。起动笼条的改变会引起转子电阻值的变化,转子电阻越小,在接近同步速时,牵入转矩就越大,从自起动永磁同步电动机的牵入能力来考虑,较小的转子电阻能够获得较好的牵入性能。但是,自起动永磁同步电动机在低速自行起动时,需要足够大的起动转矩来克服同步制动转矩和负载转矩,而适当增大转子电阻,可以获得较大的起动转矩,因而转子电阻不允许太小[9]。这个矛盾问题的存在,使得在选取转子起动笼条时要慎重考虑,研究表明采用双笼或者复合笼结构可以取得优良的效果。

3仿真结果分析

3.1起动性能分析

采用瞬态场对永磁电动机启动过程中的磁场进行分析,起动过程中的磁场分布如图3所示。

由图3可以看出:在0.2 s时,永磁同步电动机处于起动状态,由于集肤效应的作用,磁力线明显集中在转子表层;当1.0 s时,电动机已进入稳定运行状态,集肤效应消失,磁力线分布呈现出极好的对称性,并且均匀的分布在转子内。

为方便计算,本文先将起动笼条数增加到12根,然后,对电动机运行时的转矩以及转速随时间的变化情况进行数值仿真,其结果如图4所示,由图可以看出,转矩及转速波动频率较高。

3.2不同转子结构的起动性能分析

为了深入分析采用Halbach阵列永磁体的新型结构时电动机的起动性能,本文分别对采用切向永磁体、混合式永磁体、以及Halbach阵列永磁体的电动机进行了仿真,并将结果进行对比分析。

图5为不同充磁方向的磁力线分布图。从图5中发现,Halbach阵列结构的电动机磁力线最为集中,而且转子隔磁套环处没有磁力线通过,可见将Halbach阵列结构运用在自起动高压永磁同步电动机中可以起到集中磁密的作用,而且能够降低高压永磁电动机的体积和重量,这对提高电动机的功率密度极为有利。而对于切向永磁体和混合式永磁体的电动机,在不考虑成本和工艺的情况下,混合式永磁体的气隙磁通分布要优于切向永磁体,漏磁更少而且磁力线分布更加紧密。

图6为气隙处磁密和各次谐波磁密的分布图。对比3幅波形图,Halbach阵列与混合式永磁体结构电动机的气隙磁密波形的正弦性明显优于切向式永磁体结构。对于混合式永磁体结构的电动机,其气隙磁密在一个周期内出现了正负波形不对称的现象,在正半周期内,波形具有较好的正弦性,但是在负半周期内,波形出现了“内凹”现象,这是由于切、径向永磁体相互作用的结果。从谐波图形来看,采用Halbach阵列后,电动机的谐波大大减少,三次谐波的幅值几乎为零,五次谐波的幅值也明显低于切向永磁体和混合式永磁体结构;混合式永磁体与切向式永磁体的三次谐波幅值相差无几,但前者的五次谐波幅值高于后者。

图7给出了Halbach阵列自起动高压永磁电动机起动过程中转速随时间的变化关系,从图7中曲线可以看出,与使用切向式永磁体的原结构高压永磁电动机相比,采用Halbach阵列永磁体结构时,电动机的起动性能更加优良,从零转速加速到牵入同步速仅需0.5 s,时间上缩短了0.1 s。而且在电动机起动时,转速曲线爬升的陡度更大,从起动到牵入的过渡过程更为平稳,可见改进后的电动机具有更好的起动能力和牵入能力。

4结论

通过建立二维电磁场求解模型,对自起动永磁同步电动机在不同转子结构下起动性能进行分析研究,得出如下结论。

1) 将Halbach阵列永磁体新型结构应用在自起动高压永磁电动机中合理可行的;

2) 采用Halbach阵列永磁体结构具有集中磁密的作用,而且能够降低高压永磁电动机的体积和重量,提高电动机的功率密度;

3) 与切向永磁体以及混合式永磁体相比,采用Halbach阵列永磁体结构能够明显改善气隙处的磁密波形,有效抑制谐波;

4) 采用Halbach阵列永磁体新型结构时,自起动永磁同步电动机从零转速加速到牵入同步速仅

需0.5 s,时间上缩短了0.1 s,表现出优良的起动性能和牵入能力。

参考文献

[1]邱捷,励庆孚.实心转子永磁同步电动机的动态转子参数及起动特性的计算[J].中国电机工程学报,1999,19(6):6-10.

[2]曾林锁,赵建军,阎秀恪.实心转子同步电动机起动过程的研究[J].华北电力大学学报,2005,32(z1):52-54.

[3]贾宏新,符荣,窦满锋.自起动永磁同步电动机稳态运行鼠笼电流分析[J].电机与控制应用,2010,37(4):13-16,67.

[4]赵猛,邹继斌,胡建辉,等.异步起动永磁同步电动机起动特性研究[J].电工技术学报,2007,22(7):145-149.

[5]王秀和,丁婷婷,杨玉波,等.自起动永磁同步电动机齿槽转矩的研究[J].中国电机工程学报,2005,25(18):167-170.

[6]PERALT A,SANCHEZ E,SMITH A C.Line-start permanent-magnet machines using a canned rotor[J].IEEE Trans.Indus-try Applications,2009,45(3):903-910.

[7]KNIGHT A M,MCCLAY C I.The design of high-efficiency line-start motors[J].Industry Applications,IEEE Transactions on,2000,36(6):1555-1562.

[8]WON-HO K,KI-CHAN K,SEUNG-JOO K,et al.A studyon the optimal rotor design of lspm considering the starting torqueand efficiency[J].IEEE Transactions on Magnetics,2009,45(3):1808-1811.

某型涡扇发动机起动控制器仿真分析 第2篇

某型涡扇发动机起动控制器仿真分析

分析某型涡扇发动机起动过程和起动控制装置工作原理,使用AMESim建立了该型涡扇发动机起动控制器的仿真模型,使用试验数据对仿真模型进行验证.在此基础上深入分析起动控制器可调部件参数变化对起动过程供油量的`影响.论文结论可用于该起动控制器的产品调试和性能调整,并为起动控制装置的改进和改型提供依据.

作 者：祁新杰 郭迎清 李光耀 QI Xinjie GUO Yingqing LI Guangyao 作者单位：西北工业大学动力与能源学院,陕西西安,710072刊 名：机床与液压 ISTIC PKU英文刊名：MACHINE TOOL & HYDRAULICS年，卷(期)：201038(3)分类号：V233关键词：涡扇发动机 起动过程 起动控制器 仿真

发动机起动后熄火故障诊断与分析 第3篇

【关键词】起动后熄火；基准电压；基本喷油量

1.发动机起动后熄火故障与发动机无法起动故障区别

發动机起动后熄火故障是汽车发动机常见的故障之一，这种故障与发动机无法起动故障有些类似，都是起动发动机后，发动机不能自行运转。这两种故障现象一定要区分开，否则会给你带入误区，不能快速排除故障。所以在汽车出现故障之后，我们要仔细查看出现的故障现象，认真分析故障原因，准确制定排除故障的方法。

发动机无法起动故障是起动后发动机转速达不到自行运转转速（自行运转转速小于怠速转速），导致起动后发动机不能正常运转。发动机起动后熄火故障是起动后发动机转速达到了怠速转速，但几秒种后发动机熄火。

引起这两种故障的的故障原因是有很大区别的，无法起动的故障原因包括以下几方面：喷油量控制、点火正时与点火能量、进气控制、机械机构、起动系统等。起动后熄火故障与无法起动故障根本区别在于发动机可以达到怠速运转状态，但持续的时间仅几秒。由于发动机起动到怠速运转的时间比较短；因此不细心观察，很难分辨故障现象。

2.发动机起动后熄火故障分析

发动机在达到怠速运转前，要经历两个阶段，第一个阶段是起动阶段，第二个阶段是起动后阶段。发动机电控系统对起动阶段与怠速运转阶段的喷油量控制、点火时刻控制是完全不同的。起动阶段是依据转速传感器（曲轴位置传感器）信号、冷却液温度传感器信号确定基本喷油量，怠速运转阶段依据发动机转速传感器信号、空气流量计信号或进气管绝对压力传感器信号和进气温度传感器信号确定基本喷油量。

起动后熄火故障已经完成了起动阶段和起动后阶段，仅是在怠速阶段由于混合气失准，导致发动机熄火。因此可以判断，转速传感器、冷却液温度传感器、凸轮轴位置传感器、点火系统、起动系统、发动机机械没有故障，常见的故障原因有空气流量计故障、进气压力传感器故障、进气系统漏气（进气管裂纹、真空管损坏等）、汽车处于防盗状态（大众轿车）等。这些部件都影响怠速时基本喷油量的计算，如果部件损坏将导致怠速时空燃比失准，混合气过稀或过浓，使发动机燃烧状况变差，甚至熄火。大众系列部分轿车，一旦汽车处于防盗状态，可以起动发动机，但几秒后熄火，这是厂家设定的。

3.发动机起动后熄火故障具体案例

3.1丰田凯美瑞发动机起动后熄火故障

故障现象：08款凯美瑞，行驶里程是98000公里。在高速公路行驶时，发动机突然加速无力，然后熄火，再次起动发动机，能起动成功，但在怠速运转两三秒后，发动机熄火。

故障诊断：检查故障现象，起动发动机，但很快就熄火，再次起动，并加大油门，发动机仍然是两三秒以后熄火。接上检测仪读取故障码，无故障码。

接上燃油压力表，检测燃油系统压力为320kPa，正常，且燃油系统无泄压的情况。起动发动机，检查各缸火花塞的工作情况，跳火强烈常。通过诊断仪观察发动机起动时的点火正时，起动时为13°～14°BTDC，正常。

既然点火系统正常，燃油系统压力正常，就可能是喷油量问题。于是在起动发动机的同时，向进气管喷入适量的化清剂，发动机能正常运转。这证明了喷油量偏少的事实。用诊断仪的快照功能录下故障车辆起动前后的动态数据，分析发现故障车辆起动后怠速时喷油脉宽为1.92ms，再比较正常车辆启动后怠速的喷油脉宽为2.94ms。根据发动机控制原理，喷油量减少应与空气流量传感器提供给发动机ECU的参数有关，检查空气流量计（MAF）的数据，故障车辆仅0.68g/s，而正常车辆为4.64g/s，说明故障车辆的空气流量传感器数据异常。断开空气流量计插头，起动发动机，怠速运转正常。

故障排除：更换空气流量计，发动机工作正常，故障排除。

故障分析：发动机运转时，基本喷油量由进气量、转速确定。空气流量计检测到的进气量为0.68g/s，正常车辆进气量数据为4.64g/s。检测到的进气量明显少于实际进气量，发动机ECU依据空气流量计数据，确定喷油量，导致喷油量少，混合气过稀，发动机熄火。

3.2通用五菱发动机起动后熄火故障

故障现象：上海通用五菱汽车，安装德尔福电喷发动机。发动机刚大修，起动后会立刻熄火。

故障诊断：连接故障诊断仪读取故障码，显示进气压力传感器有故障。对进气压力传感器进行检测。用万用表测量进气压力传感器线束端电压，进气压力传感器的5V基准电压没有。因为没有基准电压，所以进气压力不工作，无信号电压输出，进气压力传感器元件并未破损。该传感器的5V基准电压是由发动机ECU提供，发动机ECU同时还给节气门位置传感器提供基准电压。于是拔下节气门位置传感器插头，测量3根线电压分别为5V、0V及0V。插上节气门位置传感器插头后，输出信号电压在节气门全关时为0.32V：随着节气门开度的增大，输出信号电压数值连续升高到4.33V。节气门位置传感器输出信号电压正常，发动机 ECU正常，能够给传感器提供5V基准电压。因此怀疑进气压力传感器的5V基准电压线路可能有断路故障。

沿着进气压力传感器插头的线往前查找，在距离插头10cm处（刚进入大线束的拐弯处）发现线路断点，导线断路。

故障排除：将断线接好，起动发动机，发动机运转平稳。

故障分析：进气压力传感器是需要发动机ECU提供基准电压，才能正常工作的传感器。由于安装发动机时操作不当，导致刮断线路，引起进气压力传感器不工作。发动机ECU接收不到进气压力传感器信号，无法确定怠速时基本喷油量，致使怠速时混合气过稀，发动机熄火。

引起发动机起动后熄火故障常见原因是混合气问题。具体的故障诊断流程是：首先用检测仪查看是否有故障码，有故障码诊断就容易一些。根据故障码内容，对相应的部件工作性能进行检测，例如使用检测仪检测到故障码：P0105空气压力传感器线路不良或无讯号输出。根据故障码内容可以判断，改故障应该检测进气压力传感器线束端的基准电压、搭铁电压。关闭点火开关，断开进气压力传感器插头，将点火开关转到“ON”位置即运行档 ；测量基准电压导线与搭铁线之间电压，正常直流电压值在4.5-5.5V范围内。如果电压为0v左右，那么要测量进气压力传感器线束端子中基准电压与蓄电池负极之间电压，测量电压值在正常范围4.5-5.5v内，说明线束端子中搭铁线断路或发动机ECU中的搭铁线路断路；测量进气压力传感器线束端子中基准电压与蓄电池负极之间电压，测量电压值在0V左右，应检测进气压力传感器基准电压线束端子与发动机ECU导线端子中进气压力传感器端子之间电阻，电阻值为无穷大，线路断路，电阻值为0Ω，发动机ECU没有输出基准电压发动机ECU内部故障。

其次，如果没有故障码，查看数据流，由于起动时间比较短，可以用检测仪的特殊功能查看起动时的数据，或者用万用表检测起动时相关传感器信号电压与正常车辆电压对比，判断是否有故障；最后，检测相关线路，检查导线是否断路、短路。

4.结论

随着汽车电子技术的飞速发展，给汽车维修业带来了前所未有的冲击。汽车产品中大量采用电子技术，引起了汽车维修技术划时代的变革。传统的维修技术对当代的汽车维修已经无从下手。时代在召唤新型的汽车故障诊断技术、维护修理技术，即新的诊断维修观念、新的检测方式和新的维修方法，同时也在召唤着新型的汽车维修技术培训模式以及相关教材。发动机故障有很多种，故障现象有些差别很大，有些差别很小。平时一定要留心观察，找到它们的差别，这样排除故障才能有的放矢、事半功倍。 [科]

【参考文献】

鼠笼型电动机的起动分析 第4篇

a.起动机转矩Mq必须大于负载转矩Mx;

b.起动电流对电网的影响;

c.起动过程中电动机内的能量损耗。

1 鼠笼型电动机的起动电阻

鼠笼型电动机转子电阻很小, 转子在起动瞬间的漏感抗比较大, 所以起动电流虽大, 但有功分量很小, 所以起动转矩就比较小。为了改善鼠笼电动机的起动特性, 研制出双鼠笼电动机, 深槽式鼠笼电动机及高转差率 (即高阻鼠笼) 鼠笼电动机。但是应当指出:改善鼠笼电动机的起动特性, 总是以某种程度牺牲其运行特性为代价的。

在同容量转速的情况下, 普遍鼠笼电动机的效率要比双鼠笼电动机高些, 而且电动机重量也轻很多。普通鼠笼电动机比高转差率鼠笼电动机的效率要高很多。因此在选用电动机时, 只要起动转矩合于要求, 应尽量采用普通鼠笼电动机为好。

我国不生产容量在100KW以上的普通鼠笼型的系列产品, 生产的都是深槽和双鼠笼型的;因为前者起动电流太高, 起动转矩太低, 是多数情况不适用的缘故。高转差率的电动机一般都用在起动力矩要求很大, 且经常起动的场合, 如电钻、冲床、锻压机械等, 不适用于长时带负载稳速运行。

2 起动时冲击电流对电网的影响

鼠笼电动机一般采用直接起动 (全压起动) , 起动电流约为额定电流的5~8倍。任何供电网都是有内阻的 (变压器阻抗、线路阻抗等) , 电网容量越小, 电源的阻抗越大。在大电流的冲击下, 电网电压将有较大幅度的降落, 这不仅影响起动电动机的起动, 而且会影响接在同一电网上的其他用户的正常工作。所以在考虑鼠笼电动机起动问题时必须从保证电网电压水平的角度出发。一般在煤矿中规定:当动力线与照明线分开供电时, 允许在起动时母线电压降至电网额定电压Ue的70~80%;当动力、照明混合供电时, 如起动频繁, 母线电压不得降低到Ue90%以下, 起动次数少而且起动时间很短时, 可允许降至Ue85%。

当起动时的电网电压降落超过上述限额时, 就要采取措施。一般是采用降压起动的办法, 用电阻、电抗器, 或自耦变压器 (俗称起动补偿器) 降压, 以减小起动电流, 但同时起动力矩也降低了。只要起动力矩Mq大于Mx就可以, 如果小于Mx, 需改用绕线式电动机。

3 起动过程的能量损耗

起动过程中转子回路的能量损耗包括铜损和铁损两部分。在起动过程中电机的磁场Φ和正常工作时的Φ差不多, 只是转子频率较高, 故转子铁损会有所增大;但即使在50Hz下, 铁损也只占很小比重。起动时的转子电流比正常时高好多倍。铜损是与电流平方成正比例的, 因此起动过程中转子的发热主要是由铜损引起的。所以讨论时铁损可忽略不计, 只考虑铜损的影响。

由定子穿过气隙传递到转子回路的电磁功率P0=Mω0, 其中一部分传到电动机轴上做为机械功率输出P=Mω, 另一部分则做为铜损消耗在转子绕组中。

转子回路中的能量损失包括两部分, 一部分是由于负载转矩引起的, 一部分是由于系统机械惯量引起的。在空载起动情况下, 转子回路中的能量损失等于拖动系统所贮存的动能。当拖动系统的转动惯量很大时, 转子回路的能量损失将很大。所以在拖动系统惯量大或者起动比较频繁的情况下, 就要认真考虑这个问题, 否则会造成转子鼠笼导条或端环由于过热而开焊或烧断。

当Mx≠0时, 转子回路又增加损失△AR1。△AR1与起动时间有关, 起动时间愈长, 这部分损失就愈大。Mx为恒定值的情况。损失△AR1与面积成比例。当tq增加一倍时, 面积也近似增加一倍, 所以△AR1也将增加一倍。

虽然负载转矩的大小对起动时间会有影响, 但拖动系统的起动过程主要决定于系统的机械惯量。惯量愈大, 加速愈慢, 起动时间愈长。所以机械惯量大不仅△AR1增大, 而且使△AR1也增大, 这样就更加重了转子的发热。因此在考虑回路在起动过程中的能量损失时, 主要应着眼于拖动系统的机械惯量上。

关于定子绕组在起动过程中的能量损耗:

如果r1/r′2的比值小, 在定子绕组中的能量损失就小。

通过分析得到两个重要结论: (1) 鼠笼电动机在起动过程中的转子能量损失主要决定于拖动系统的机械惯量; (2) 定子绕组的能量损失与r1/r′2之值有关。拖动系统的机械惯量包括电动机转子本身的转动惯量, 所以即使电动机轴上不带机械负载, 其起动次数也是有限制的, 主要取决于转子本身的转动惯量。因此在截煤机、装岩机、起重机、各种绞车等起动频繁的生产机械上使用的鼠笼电动机都有结构上的特点。如为了减小转子本身的惯量, 转子做成细长的 (一般电动机转子不是细长的, 因为通风不好, 而且费材料) , 它们的转子电阻较大 (或者就是高转差率电动机) , 以使定子绕组的发热减少。它们的机械特性都具有较高的起动转矩和过载倍数, 以减少起动时间, 减少转子本身的能量损失。

桥式起动机变频调速改造 第5篇

关键词:桥式起动机;变频器;改造

中图分类号:U260.6文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)10-0153-01

随着国民经济的发展,工厂、仓库、料场等不同场合广泛采用桥式起重机吊运货物,有些企业因为工艺的需要,需要调节被吊物品的上升、下降、前后移动的速度。往往采用变速箱,绕线式电机转子串联电阻或者采用变极电机进行调速,但这些调速机构各存在自身的缺点。变速箱调速机构庞大,并且不能实现远程调速;转子串联电阻调速存在启动转矩小,效率低,由于工作环境差,粉尘和有害气体对电机的集电环、电刷和接触器腐蚀性大,电刷容易磨损,加上频繁运行,实际过载率高,由于冲击电流偏大,容易造成电动机触头烧损、电刷冒火、电动机及转子所串电阻烧损和断裂等故障;电机变极调速不能实现无极调速,调速范围受到限制。而变频技术近几年来得到迅速的发展,功能越来越多、性能越来越先进、价格越来越低。变频器不单体积小、改造简单、能实现无级调速及远程调速,而且还起到节能的作用。

1桥式起动机变频调速改造

热镀锌厂为了控制热镀件镀层的厚度以及热镀层的质量,控制生产成本,通常在镀件放入和吊出高温熔化的锌池需要控制其速度。速度太快或者太慢都会影响热度件的成品率及镀层的厚度,同时因加工工件较重、惯性大;为了确保人员及生产的安全,起动机吊有重物时前后移动的速度也不能太快,速度应该可控。为了实现速度连续可调,桥式起动机采用变频技术改造收到了良好的效果。

该桥式起动机左右移动电机功率为1.5kW;升降电机有两台,其中快升快降电机功率为5.5kW,慢升慢降电机功率为2.2kW,最大起吊重量5T;前后移动电机共两台,功率都为2.2kW,所有电机都带有机械变速机构。改造中保留原有的机械变速机构,增加升降和前后移动电机变频调速控制。考虑变频器发生故障时桥式起动机仍能运行,保留原来工频运行控制线路,即起动机既能工频运行又能变频运行。

变频器选型:由于升降电机起吊货物带有冲击性,升降操作频繁,冲击电流较大,并且启动力矩要求足够大。所以控制升降电机的变频器采用带有矢量控制的爱默生EV3000系列变频器,输出功率比电机输入功率大一级,规格为380V/7.5kW。前后移动电机因为其驱动装置只做前后平移,启动力矩及冲击力矩不大,可以采用爱默生通用变频EV2000系列,规格为380V/5.5kW,功率与电机大小一致就可以。

变频器安装,接线,参数设定注意事项:

①变频器应垂直安装,留有通风空间,侧面间隔要大于100mm,上下间隔要大于150mm。变频器功率越大,通风散热空间应越大。并控制环境温度不超过40℃,需要时应加装排气扇。

②用变频器控制普通三相交流异步电机转速时,电机的温升及噪声会比直接用市电(工频50Hz)时高;长期在低速(运行频率<30Hz)重载运转时,因电机风叶转速低,应注意通风冷却,适当减低负载或者使用变频电机,以免电机温升超过允许值而烧毁电机。

③严禁将电源输入线直接接到变频器的输出端子(UVW),否则可能会引起输出模块及控制模块的损坏。

④变频器装置应可靠接地,接地线应采用直径3.5mm2以上的铜芯线,且接地电阻要小于10Ω。以抑制射频对周围设备的干扰,防止变频器因漏电而引起电击,危及人身的安全。

⑤连接控制端子的电缆应采用多芯屏蔽电缆或绞合线。电缆屏蔽层应连接到变频器的接地端子PE,且只能单端接地,布线时控制电缆应远离主电路和强电电路,并且不能与之平行放置,避免电磁感应造成变频器误动作。

电气改造:原来控制横梁前后移动的电机只有工频运行,现在改为变频和工频两个速度运行,升降电机原来由工频运行的两台电机来实现快速升降和慢速升降两个固定的速度,现增加一档变频控制的中速档。合共三档速度。控制横梁前后移动的电机1YD和2YD其二次控制部分工频和变频运行接触器线圈11KM和12KM在电气线路方面要采取触点互锁并带机械互锁,控制货物快升快降的电机SKYD其二次控制部分工频和变频运行接触器9KM和10KM在电气线路方面也要采取触点互锁并带机械互锁。而控制电机正反转的接触器只在电气方面实现互锁就可以,下面讲述控制电路的工作原理。

①分别压下SB3,SB4按钮可使电机3YD正传和反转,从而使被吊货物左右移动,松开按钮则左右移动停止。控制电机正反转的接触器线圈3KM,4KM在注意要在电气线路上进行触点互锁。

②分别按下按钮SB1,SB2可实现桥式起动机快速前进和后退。分别按下按钮SB11,SB12可通过变频调速实现桥式起动机慢速前进和后退,松开按钮电机停止运转。按下SB11,时间继电器KT1得电,其失电延时常开触点KT1接通12KM接触器,另一常开触点KT1接通变频器的正转运行信号FWD,使电机正转慢速运行,这时横梁在电机驱动下按变频器设定速度慢速前进,松开SB11停止前进。同理按下SB12,时间继电器KT2得电,其失电延时常开触点KT2接通12KM接触器,另一常开触点KT2接通变频器的正转运行信号REV,使电机反转慢速运行,这时横梁在电机驱动下按变频器设定速度慢速后退,松开SB12停止后退。KT1,KT2线圈采用触点互锁。因控制横梁前后移动的电机其传动机构没有带刹车装置,所以该变频器增加一套能耗制动装置,以减少刹车时间。控制前进后退的变频器其输出接触器接通后要延时断开,使电机停止时的反电势能量通过变频器的刹车电阻释放。

③按下SB5,接触器5KM得电,快速升降电机SKD运行于工频状态,被吊货物快速上升,松开SB5停止上升;同样按下SB6,接触器6KM得电,快速升降电机SKD运行于工频状态,被吊货物快速下降,松开SB6停止下降。而按下SB7,接触器7KM得电,慢速升降电机SMD运行于工频状态,被吊货物慢速上升,松开SB7停止上升;同样按下SB8,接触器8KM得电,慢速升降电机SMD运行于工频状态,被吊货物慢速下降,松开SB8停止下降。同样按下SB9,微型继电器KA1得电,其一对常开触点接通5KM接触器,另一对常开触KA1接通10KM接触器使其得电吸合,同时10KM常闭触点断开9KM,10KM的常开触点闭合使变频器运行输出,这时快速升降电机转为变频调速运行,电机按设定速度上升,松开按钮电机停止上升。同样按下SB10,微型继电器KA2得电,其一对常开触点接通6KM接触器,另一对常开触点接通10KM接触器使其得电吸合,同时10KM常闭触点断开9KM,10KM的常开触点闭合使变频器运行输出,这时快速升降电机转为变频调速运行,电机按设定速度下降,松开按钮电机停止下降。考虑升降机构要根据生产工艺经常调整其上升和下降速度,故增加变频调速电位器R2,调节U2变频器的外接电位器R1可改变电机的运行速度。因升降电机内部带有刹车机构,所以变频器不再外加能耗制动装置。

参考文献:

[1] 爱默生网络能源有限公司.EV2000系列通变频器用户用手册[DB/OL]. www.emersonnetworkpower.com.cn,2008-6-12.

异步电动机起动技术分析 第6篇

1 异步电机的数学模型与参数分析

基于等效电路的异步电机的数学模型如下图1所示, 图中r1、x1σ分别是定子的电阻和漏抗;r2′和x2σ′分别为电动机转子电阻和漏抗的折算值, rm和xm分别为励磁电阻和励磁电抗;U觶1为无穷大电网相电压有效值;s为转差率。通过异步电机数学模型, 我们来研究异步电机启动时的各项参数。

异步电机刚起动时, 转子转速为0, 转差率为1, 此时的异步电机的机械特性方程可简化为:

由上式可得, 异步电机起动时有:

由式1) 可知起动转矩正比于定子端电压的平方;由式2) 可知, 由于电机起动时x1σ和x2σ′变小, 则Zk变小, 电流变大;由式3) 可知, 起动电流正比于定子端电压;所以起动电压较低时, 电流较小, 起动转矩也较小, 如果起动电压较高, 则起动转矩较大, 但同时有很大的冲击电流。综上分析可知, 若将电机直接加于电网, 当异步电机起动时, 电压从零到电网电压的突变将会产生很大的冲击转矩和冲击电流, 对电网和设备都有很大的不利影响。

2 异步电机起动方法

异步电机的起动方法一般有四种, 全压起动 (也称直接起动) 、机电式降压起动、软起动和变频起动。全压起动是电机最简单的起动方式, 起动时通过空气开关或接触器将电机直接接到电网上, 等于直接给电机加上一个额定电压。这种起动方式具有起动设备简单、起动速度快的优点。但它的起动电流非常大, 空载时可达到额定电流的4~7倍, 带载可达到8~10倍或更大。这么大的冲击电流会给连接的电系统带来很大的问题。此外, 全压起动还会产生一个很大的起动转矩。这个高的起动转矩会对电机的机械系统造成很大的破坏。

机电式降压起动可以分为以下三种类型:1) 自耦变压器降压起动;2) 星———三角降压起动;3) 电枢回路串电阻 (电抗) 降压起动。

自耦变压器降压起动, 是用带中心抽头的变压器来降低系统的起动电压。变压器的高压侧跟电网相连, 低压侧跟电机相连。一般通过不同的中心抽头来实现选择不同的电压比, 从而适应要求不同起动转矩的负载, 在电机起动完毕后将其切除。由于采用自耦变压器起动既限制了电动机的起动电流, 满足了电网压降的要求, 同时在绝大多数场合能够保证电动机的起动力矩, 所以, 长期来被广泛采用。但是, 用于起动的自耦变压器是有级调节的 (不能全程改变电压) 。在改变电压级别和切除自耦变压器时, 仍存在对电机的二次冲击。

星———三角降压起动, 这种起动方法适用于运行时定子绕组采用三角接法的电机, 特别是那些电压低于1000V的电机。定子有6个接头引出端, 接到转换开关上, 起动时采用星型接法, 起动完毕后再切换到三角接法。起动时定子绕组采用星型接法, 这种接法使电机起动时, 每相绕组所承受的电压降到正常工作时的1/3, 电流为直接起动时的1/3, 但同时起动转矩也为直接起动的1/3。当定子绕组的接法从星型转换成三角接法时, 通常会产生一个瞬间电流, 这个电流等于或大于直接起动时的峰值电流。但是, 如果转换速度够快的话, 这种情况也可以避免, 不会对电机造成很大的影响。这种起动方式的局限是它要求电机定子必须接出6个接头, 所以, 对于那些只有3个接出端子的电机是不适合用这种起动方式的。

电枢回路串电阻 (电抗) 降压起动, 是在电枢回路中串联电阻。随着起动电压的降低, 起动转矩和电流也会相应降低。然后在起动过程中逐步切除起动电阻, 电阻的切除方法可借助自动控制装置来实现。这种方法的关键是起动电阻的选择, 只要合理选择起动电阻, 系统就能安全顺利起动。和前面所提到的两种降压方法一样, 在切除电阻的瞬间, 主电路会产生一个有害的瞬间电流和转矩。这是一种有级调速方法, 串接在电枢回路的电阻会引起能量损耗。如果把电阻换成电抗会减少这种损耗, 但这种减小只是相对的, 这也是这种起动方式的缺点。

软起动是使用调压装置在规定的起动时间内, 自动地将起动电压连续、平滑地上升, 直到达到额定电压。软起动按其所用材料和工作原理的不同可分为以下3种类型:液阻式软起动、磁控式软起动和电子式软起动。液阻式软起动方式是在电机定子回路内串联电阻, 因为该电阻是由离子导电的电解液构成, 所以也叫液阻, 在异步电机起动过程中, 让液阻的阻值不断减小, 起动完成后完全切除电阻。阻值可以无级控制和热容量大是液阻的两大优点, 也是它可以应用于软起动的主要原因, 再加上成本低、不产生谐波, 使液阻式软起动器得到了广泛的应用。但由于它需要一套伺服机构, 移动速度较慢, 难于实现起动方式的多样化。同时存在着起动时产生电流冲击、装置体积大等缺点。磁控式软起动主要是用PLC控制系统来控制电机的起动电压, 实现电机起动时的电压能够平滑地上升直到额定值, 磁控式软起动有很多优点但缺点是体积和噪声比较大。电子式软起动器一般采用晶闸管调压电路, 是在20世纪70年代初开始发展起来的另外一种起动技术, 这种方法利用控制器和电子主回路来降低起动电压, 有着很好的起动特性。随着电力电子技术的发展, 电子式软起动器得到了飞跃的发展, 因为其优越的性价比而在当今的工业界中得到了广泛的使用和好评。

变频起动是通过改变电动机的供电频率来改变电动机的速度, 在频率改变的同时, 电压也在改变, 这种起动方式也降低了电动机的端电压和起动电流, 变频起动是一种很成熟的起动技术, 有着最好的起动性能, 起动中能够在限制电流的情况下获得足够大的起动转矩, 是目前最好的起动方法, 多用于电机需要调速的场合。

3 结束语

本文通过构建异步电机数学模型, 分析了异步电机起动时的转矩、电压、电流等重要参数, 重点分析了异步电机的各种起动方法并比较其特点, 并根据实际推荐各种方法的应用。

摘要：本文主要从异步电动机数学模型出发, 进行参数分析并研究异步电机各种起动技术。通过对比分析各种起动技术的特点, 并推荐它的应用场合。

起动机空转的故障分析 第7篇

一、起动机空转的原因分析及判断故障

1.起动机单向离合器打滑

现象:起动发动机时, 起动机高速空转而发动机却不转, 当切断起动电源后, 起动机也随之停转。

检查判断:检查单向离合器是否打滑, 将驱动齿轮夹紧在虎钳上, 再用扭力扳手按传动扭矩的方向扳转, 小型起动机的单向离合器应能随26N·m的转矩不打滑, 磨擦片式和弹簧式单向离合器应能承受120N·m的转矩不打滑。

2.起动机电磁开关提前供电 (电磁开关触头接触过早)

此故障表现为起动机的转速很高, 有明显的齿轮撞击声。当点火开关停止供电后起动机不随之停转, 而是继续运转几秒钟以后才停转。

3.

驱动齿轮与发动机飞轮齿圈磨损过度或飞轮齿圈轮齿折断此故障与2所表现的现象基本相同。不过, 在磨损不太严重的情况下偶尔也能起动发动机。如将起动机拆下, 可明显地看到驱动齿轮与飞轮的磨损情况。如飞轮齿圈轮齿折断且折断部分正与起动机驱动齿轮处于啮合位置, 也会出现这种现象。此时, 要摇转发动机一定角度后, 重新起动, 如故障排除为飞轮齿圈轮齿折断。

4.起动机电枢轴与电枢铁芯脱节

此故障与1故障的现象基本相同, 但空转的原因是起动机电枢铁芯脱节。当起动机工作时, 在磁场力的作用下只是电枢铁芯在转动而轴不转, 无扭矩传递给发动机, 造成起动机空转。

检查判断:将起动机拆下分解, 将电枢 (连同驱动齿轮) 夹牢在虎钳上 (不同损坏电枢绕组) , 用管钳夹住齿轮沿传递扭矩的方向转动, 同时仔细观察电枢与电枢铁芯的相对位置无变化、即可判定电枢铁心是否脱节。

5.发动机飞轮齿圈与飞轮松旷

这是起动机空转的一种特殊故障, 其现象与1和5的基本相同。从现象表面上看是起动机不能起动发动机, 而实质是发动机本身的问题。发动机飞轮齿圈与飞轮在正常情况下是紧配合, 当其松旷时, 起动机只是带动齿圈转动而发动机不转。

故障检查:将起动机拆下, 用大起子拨动齿环, 可明显地看到齿圈还在转动而发动机不动。

6.在起动机修理过程中, 新换的磁场、电枢绕组及电刷架与原起动机相应部件的电流方向不一致。

这属于人为故障, 因为起动机的旋转方向取决于通过磁场与电枢绕组的电流方向, 两者若改变其中之一, 起动机的旋转方向也将改变。因此, 在修理起动机更换电刷架时, 一定要注意绝缘和搭铁刷架与原来的互错角度是否相同, 否则不能更换。

二、起动机空转的故障修理

1.单向离合器打滑的修理

(1) 弹簧式单向离合器

这种单向离合器打滑一般是因弹簧折断或首末端紧缩量消失导致的, 此时应更换弹簧。

(2) 滚柱式单向离合器

滚柱式单向离合器当斜形槽或滚柱磨损时造成滚柱无法卡牢而导致打滑, 当十字体或滚柱磨损严重时一般应更换新件。

(3)

磨擦片式单向离合器的驱动齿轮上的定位卡簧脱落, 花键套前端螺毒松动, 弹簧垫圈破裂, 从动片损坏或磨擦片沾有油污时, 均可导致单向离合器打滑, 应根据具体情况予以修理。

2.电磁开关提前供电的修理

修理时, 如未发现明显的因零件损坏引起提前供电, 则可调整固定拨叉的偏心螺钉或增加垫圈的办法, 加大铁芯与开关的相对行程, 即要排除电磁开关提前供电的故障。

3.起动机电枢轴与电枢铁芯脱节的修理

用交流弧焊机从驱动端 (即花键轴的一端) 将轴与铁芯焊牢后即可使用。但焊接时间不要太长, 以免烧坏绝缘。

导致起动机空转的故障分析 第8篇

一、起动机空转的原因及判断故障方法

1.起动机单向离合器打滑。启动发动机时, 起动机高速空转而发动机却不转, 当切断启动电源后, 起动机也随之停转。检查单向离合器是否打滑, 可将驱动齿轮夹紧在虎钳上, 再用扭力扳手按传动扭矩的方向扳转, 小型起动机的单向离合器应能承受26N·m的扭矩不打滑, 摩擦片式和弹簧式单向离合器应能承受120N·m的扭矩不打滑。

2.起动机电磁开关提前供电 (电磁开关触头接触过早) 。此故障表现为起动机的转速很高, 有明显的齿轮撞击声。当开关停止供电后, 起动机不随之停转, 而是继续运转几秒钟以后才停转。

3.驱动齿轮与发动机飞轮齿圈磨损过度或飞轮齿圈轮齿折断。此故障与上一项所表现的现象基本相同。不过, 在磨损不太严重的情况下, 偶尔也能将发动机启动。如将起动机拆下, 可明显地看到驱动齿轮与飞轮的磨损情况。

如飞轮齿圈轮齿折断, 且折断部分正与起动机驱动齿轮处于啮合位置, 也会出现这种现象。此时, 要转动一定角度后重新启动。

4.起动机拨叉损坏、错位或铁芯从尾部脱出。当出现此故障时, 起动机的电器部分工作正常, 只是机械部分不能正常工作。当启动发动机时, 起动机电磁开关的主触点已经接通, 而拨叉不能推动驱动齿轮啮合飞轮齿圈, 造成起动机高速空转。听不到齿轮撞击声是此故障的主要特征。

5.起动机电枢轴与铁芯脱节。此故障与第1项故障的现象基本相同, 但空转的原因是起动机电枢与铁芯脱节。当起动机工作时, 在磁场力的作用下只是电枢铁芯在转而轴不转, 无扭矩传递给发动机。

检查时, 将起动机拆下分解, 将电枢 (连同驱动齿轮) 夹牢在虎钳上 (不要损坏电枢绕组) , 用管钳夹住齿轮沿传递扭矩的方向转动, 同时仔细观察电枢轴与电枢铁芯的相对位置有无变化, 即可判定电枢与铁芯是否脱节。

6.发动机飞轮齿圈与飞轮松旷。这是起动机空转的一种特殊故障, 其现象与第1项和第5项的基本相同。从表面上看是起动机不能启动发动机, 而实质是发动机本身的问题。发动机飞轮齿圈与飞轮在正常情况下是紧配合, 当其松旷时, 起动机只是带动齿圈转动而发动机不转。

检查时, 将起动机拆下, 用大起子拨动齿环, 可明显地看到齿圈在转动而发动机不动。

7.在起动机修理过程中, 新换的磁场、电枢绕组及电刷架与原起动机相应部件的电流方向不一致。这属于人为故障, 因为起动机的旋转方向取决于通过磁场与电枢绕组的电流方向, 两者若改变其中之一, 起动机的旋转方向也将改变。因此, 在修理起动机更换电刷架时, 一定要注意绝缘和搭铁刷架与原来的互错角度是否相同, 否则不能更换。

二、起动机空转的故障修理

1.单向离合器打滑的修理

(1) 弹簧式单向离合器。这种单向离合器打滑一般是因弹簧折断或其首末端紧缩量消失导致的, 此时应更换弹簧。

(2) 滚柱式单向离合器。滚柱式单向离合器当斜形槽或滚柱磨损时, 造成滚柱无法卡牢而导致打滑, 当十字体或滚柱磨损严重时一般应更换新件。

(3) 摩擦片式单向离合器的驱动齿轮上的定位卡簧脱落, 花键套前端螺母松动, 弹簧垫圈破裂, 从动片损坏或摩擦片沾有油污时, 均可导致单向离合器打滑, 应根据具体情况予以修理。

2.电磁开关提前供电的修理

修理时, 如未发现明显因零件损坏引起提前供电, 则可用调整固定拨叉的偏心螺钉或增加垫圈的办法, 加大铁芯与开关的相对行程, 即可排除电磁开关提前供电的故障。

3.起动机电枢轴与电枢铁芯脱节的修理

用交流弧焊机在驱动端 (即花键轴的一端) 将轴与铁芯焊牢后即可使用。但焊接时间不要太长, 以免烧坏绝缘。

发动机起动过程中活塞漏气模拟分析 第9篇

发动机在低温下起动困难除了进气温度低, 燃油雾化不良等因素外, 一个重要的原因是漏气量大。在柴油机冷起动过程中, 由于活塞平均速度和活塞环温度都较低, 导致漏气损失较大[2], 资料表明柴油机起动漏气约占进气总量的10%[2]。如此大的漏气量, 要将本来温度低的进气压缩到燃油着火温度, 是一个大的挑战。为了降低漏气量, 人们给柴油机采取了各种的起动措施, 如研制可变压缩比活塞[3]、设计缸内喷机油装置以及设计高压缩比柴油机[1]等。如马修真教授设计了一种电控缸内喷机油起动装置, 该装置可随环境温度来改变机油喷量;俄罗斯和乌克兰设计一种机械式缸内喷机油装置, 起到兼顾提高压缩比和减少漏气的作用;泰莱达因·大陆汽车公司研制变压缩比活塞, 可将压缩比提高到22, 通过提高压缩比可以弥补漏气带来的压力和温度损失。我们采用AMESim建立单缸机及活塞漏气模型, 分析了转速对漏气的影响。

1 活塞漏气过程及计算模型

缸内气体经过环的运动表面, 包括环的开口间隙和环岸 (环的上部和下部) 漏气气缸[4], 见图1、图2。

如果按照实际漏气过程来建立一维模型, 将非常复杂。为简化建模, 可将活塞漏气过程作为几个腔和方形孔的组合体[5], 见图3。假设活塞环间隙是漏气的唯一途径, 气体流动假设为一维非稳态可压缩的绝热流, 腔间的气体流量可根据压比和滞止条件计算出[5], 其计算公式如下:

式中, Mb为漏气量;Ae为流通面积;Cd为管口流量系数, 对方形小孔可假设为0.65;r为比热 (cp/cv) 。

将式 (2) 代入式 (1) 整理后得:

每一腔的压力和质量变化遵循理想气体定律:

式中, Twall为平均壁面温度。

由以上公式 (3) 和公式 (4) 知, 通过数值积分可获得每个腔的压力变化过程, 更主要的是可计算出流出气缸的质量和流入曲轴箱的质量。

2 活塞-活塞环漏气模型建立与验证

按照起动试验规范要求[7], 起动前要求发动机温度与环境温度基本一致, 且起动过程的转速低, 进气量小, 起动时间短 (最长不超过15 s) , 且中冷器和增压器是一个阻力元件[2]。基于上述条件, 对模型简化如下:

a.不考虑多次循环对壁面温度提升的影响, 认为拖动过程中, 燃烧室壁面温度为环境温度。

b.不考虑进气管、排气管、进气歧管、排气歧管的传热。

c.不考虑中冷器与增压器的阻力作用。

d.不考虑缸套、活塞和活塞环由于温度变形对漏气带来的影响, 认为活塞环开口间隙是漏气的唯一途径, 气体流动假设为一维非稳态可压缩的绝热流。

以某型柴油机的气缸活塞组作为研究对象, 其活塞组见图4, 采用两道气环和一道油环, 气环采用的是矩形开口间隙。

基于上述简化, 单缸机及漏气AMESim模型见图5。虚线方框为活塞漏气及气量的循环积分模型;节流孔模块2和5分别模拟第一道环漏气面积 (4.515 mm 3) 和第二道环漏气面积 (6.02 mm 3) ;容积腔3和6分别模拟两密封环与气缸壁面间的容积 (0.000 34 L) 和曲轴箱的容积 (5 L) 。建立单个循环的积分计算模块, 可以通过模块7, 8和9读出每个循环的累计流入气缸的空气量、气缸的漏气量和流入曲轴箱的漏气量。

为了验证模型的准确性, 在整机试验台架上进行了发动机倒拖测试。由于漏气测试仪不能记录瞬态漏气量, 因此我们通过缸压曲线对比来验证模型的准确性。试验过程如下:按照起动试验要求[7], 发动机的机油、冷却液温度和燃油温度与环境温度不相差2℃, 切断供油, 用电力测功机以350 r/min起动转速拖动发动机15 s, 记录以曲轴转角为横坐标的缸压曲线。

图6为拖动转速为350 r/min, 环境温度为25℃下缸压曲线的试验值与模拟结果对比。可见整个过程仿真的压力变化过程很好地反应实际的缸压变化。说明所建模型具有较高的准确性。

3 漏气量的仿真分析

利用所建的单缸机及漏气模型, 可以分析环的开口面积、环数量、环腔容积和压缩比等参数对漏气的影响。如果在发动机定义模块中引入滞燃期模型, 还可以分析漏气对缸内燃烧的影响[6]。我们分析了在不喷油的条件下, 转速对漏气量的影响。

在环境温度25℃不变条件下, 分别计算转速为350, 300, 250, 200 r/min活塞漏气量情况, 结果见图7、图8、图9和图10。由图可见知, 在0~260℃A进气过程中, 缸压与环腔压力基本相等, 漏气量为0, 而进气量积分在180~260℃A有一个进气减少过程, 这是因为进气迟闭角导致缸内气体倒流。在260~360℃A的压缩过程中, 缸压大于环腔压力, 累计漏气量陡然增大。由于此后阶段进气门均关, 因此, 进气量积分不变。此阶段的漏气量大小直接关系到压缩温度和压力是否满足着火条件, 在不同转速下的漏气量的影响见表1。转速对漏气量有很大的影响, 转速每降低50r/min, 循环漏气量增加0.03 g, 漏气量占进气量百分比要提高3.74%, 最大爆压降低0.112 MPa。在360~540℃A膨胀过程中, 缸压大于环腔压力, 漏气量继续增加。但在440~520℃A, 有一个累计漏气量减少过程。从图9可知, 因为排气门开提前, 缸压小于环腔压力, 出现气体倒流入。此阶段为膨胀做功过程, 对起动着火影响很小, 其漏气量不影响压缩着火。

综上所述, 发动机转速对漏气的影响很大。转速越高, 漏气过程作用时间越短, 漏气量就越小, 最大爆压就越大。

4 结论

a.建立了柴油机单缸及漏气AMEsim模型, 通过试验测试, 验证模型准确性, 分析进气阶段、压缩阶段和排气阶段的漏气、环腔压力和缸压的变化。

b.转速对漏气的影响很大, 转速每降低50r/min, 循环漏气量增加0.03 g, 漏气量占进气量百分比要提高3.74%, 最大爆压降低0.112 MPa。按照柴油机起动最低缸压1.7 MPa要求, 起动转速应为大于200 r/min。

摘要：采用AMESim建立了柴油机单缸机及活塞漏气模型, 假设气体流动为一维非稳态可压缩的绝热流, 采用方形小孔流量计算方法, 分析了不同转速下的活塞漏气和缸压变化。通过分析表明, 转速每降低50 r/min, 循环漏气量增加0.03g, 漏气量占进气量百分比提高3.74%, 最大爆压降低0.112 MPa。按照柴油机起动最低缸压1.7 MPa要求, 起动转速应为大于200 r/min。

关键词：柴油机,起动过程,起动转速,漏气

参考文献

[1]马修真, 王忠巍, 王冬.基于改变压缩比的新型柴油机冷起动辅助装置[J].大连:大连铁道学院学报, 2004, (3) :35-39.

[2]李德桃.柴油机冷起动的基础研究和改善措施[M].北京:科学出版社, 1998.

[3]袁雄.汽车低温起动[M].北京:金盾出版社, 1992.

[4]王选成, 孙嘉林, 王书义.漏气率对柴油机性能的影响[J].内燃机学报, 1994, (2) :165-168.

[5]Timothy P Gardner, Naeim A.Henein.Diesel Starting-A Mathematical Model.SAE Paper 880426.

[6]Zhiping Han, Naeim A.Henein.A New Lgnition Delag Formulation Applied to Predict Misfiring During Cold Starting of Diesel Engines.SAE Paper 2000-01-1184.

[7]JB/T 97773.2-1999.柴油机起动试验方法[S].

软起动器在异步电动机上的应用 第10篇

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].

汽油发动机起动困难原因分析与探讨 第11篇

燃料供给系统障碍原因主要有:油管堵塞或漏油;燃油压力调节器、燃油泵、喷油器、冷却温度传感器等发生故障。

1.1 油路不通或漏油导致

油管堵塞造成汽油供应不足, 从而致使发动机起动困难。油路堵塞原因一般是由于汽油中的杂质堵塞油路或汽油滤清器滤网, 或者是油箱通气系统堵塞进尔影响供油顺畅。

1.2 燃油压力调节器失效影响

燃油压力调节器的两个功能是:调节供油系统燃油压力使系统与进气岐管压力之差保持恒定;缓冲燃油泵供油时产生的压力波动和喷油器断续喷油引起的压力波动。燃油压力调节器调节的系统油压与进气岐管压力差过大, 就会造成喷油量过大, 甚至造成混合气过浓;相反则会造成供油量不足。无论是喷油量过大还是喷油量不足均可造成起动困难。

1.3 汽油泵油压不足导致

汽油泵安装在油箱内, 直接影响系统油压变化, 汽油泵常见故障是泵油压力过高或过低。其泵油压力的高低直接影响系统油压的高低, 由于燃油压力调节器的作用, 系统油压高对喷油量影响不大, 系统油压低则影响喷油器的喷油量, 从而导致发动机的起动困难。

1.4 喷油器的障碍

喷油器的作用是将汽油泵输出的压力以一定的射程和分布面积以雾状形式喷入进气歧管, 以利于可燃混合气的形成、燃烧。如果喷油器调压弹簧失效, 针阀和阀座被污物堵塞会造成针阀与阀座密封不严, 都会造成喷油器漏油, 喷油过量。如果电磁线圈接触不良, 喷油器将不能正常工作, 造成喷油时间不正时或喷油时间不够;如果电磁线圈短路, 将会引起喷油器的喷油量变大, 如果喷油器喷油嘴堵塞或磨损过甚, 将会影响喷油器的射程、喷射锥角, 导致燃油雾化不良, 均会造成起动困难。

1.5 冷却液温度传感器障碍

发动机电子控制系统的水温感应塞把发动机水温通过仪表板上的水温表显示出来。ECU从水温传感器变化的电阻测得其变化的电压, 从而决定喷油脉宽。当冷却液温度传感器发生故障时, ECU能检测到故障信息, 并使发动机进入故障应急状态下运行。此时发动机便会出现起动困难, 油耗增加, 排放超标等现象。

2 由点火系统障碍导致

点火系统影响发动机起动困难的原因有:电池电压不足、点火线圈故障、火花塞故障、起动信号电路故障等。

2.1 电瓶电压不足

电瓶是是汽车发动机起动的电源, 电瓶电压直接影响点火系统能否正常工作, 进而影响发动机能否成功起动。如果电瓶存电不足时, 输出电流不足以让起动机带动发动机转动, 便造成发动机不能起动。

2.2 点火线圈障碍

点火线圈是发动机高压电的产生装置。在发动机不点火情况下, 点火线圈初级绕组导通, 若点火线圈有故障, 如初、次级绕组短路或初、次级绕组接触不良, 这样便造成点火线圈产生高压电不足, 从而造成发动机起动困难。

2.3 火花塞障碍

火花塞是直接点燃发动机可燃混合气的元件, 是极易损坏的部件之一。火花塞常见故障有:火花塞电极跨连, 火花塞烧蚀, 火花塞不跳火。

1) 火花塞跨连会对发动机功率产生不良影响, 导致发动机功率下降, 严重时造成发动机常温起动困难。火花塞电极跨连产生的原因, 主要是两电极之间被积炭、碳黑、燃烧残渣等物连接, 因而导致高压脉冲短路, 给发动机的工作带来不利的影响, 同时也加剧了火花塞的损耗。导致火花塞电极跨连的具体成因, 多为以下几点:

(1) 混合气中不完全燃烧的产物在燃烧室内形成游离碳, 往往会在运动中进入两极间, 从而形成跨 (下转第233页) (上接第231页) 连。

(2) 燃烧室内呈黏性紧密状态的半固体或固体的结焦物、固体沉渣沉积物等, 长期积聚在燃烧室内, 往往会在发动机工作时致使火花塞电极跨连。

2) 火花塞不能跳火, 既消耗发动机的机械能, 又浪费燃油, 严重时还可使发动机起动困难或不能正常运转。导致火花塞不跳火的原因有以下几点:

(1) 火花塞电极间隙调整不当。间隙太小时, 不仅限制了火花与混合气的接触面积, 而且由于电极的“消焰”作用, 抑制了火焰核的成长。尽管跳了火, 但火花微弱, 混合气着火困难。间隙过大时, 点火系提供的能量又不足以使火花塞电极间跳火, 造成发动机难以起动。

(2) 火花塞电极表面积油。此时, 火花塞电极表面往往附着一层油膜。这是由于润滑油或汽油控制不当所造成的。火花塞表面积存的机油, 一般是从气门导管或活塞与缸壁间的间隙中窜入而形成的;火花塞表面积存的汽油, 则多是混合气过浓所致。火花塞电极表面无论是积存机油, 还是汽油或水分时, 都有可能使电极短路不跳火。

(3) 火花塞积炭。中心电极向周围漏电而不向侧电极跳火, 进而烧坏绝缘体, 造成火花塞损坏。

(4) 电极损坏。火花塞电极受电火花的长时间电蚀, 导致电极断损脱落而无法跳火。

(5) 如果火花塞绝缘体电阻值太低, 也可削弱电极间隙上的点火电压, 使火花变弱甚至失去点火功能。

3 由转速信号系统故障导致

发动机转速和曲轴位置传感器在发动机工作时负责检测其转速信号、提供曲轴位置信号, 并作为控制系统进行各项控制的主要依据。如果传感器或其线路出现故障, 电控单元不能接收到速度信号和曲轴位置信号, 就不能正确地控制燃油喷射和点火正时, 从而出现火花塞不跳火的现象, 导致发动机启动困难。

综上所述, 引起发动机启动困难的原因是多种多样的, 只要我们在故障的诊断时, 采用的方法得当, 检修时做到不放过任何一种可能, 并根据实际, 采用科学的检测方法, 其故障是不难排除的。S

摘要：发动机启动困难原因很多, 如何在日常行驶、维修的过程中快速查找原因并解决问题, 是很多车主和维修人员必须要面对的问题。

关键词：发动机启动困难,导致原因风险

参考文献

[1]赵宏.电喷发动机起动困难的原因分析[J].城市车辆, 2008 (06) .