交流异步电机软起动及优化节能操纵技术全面分析与研究Word文档下载推荐.docx
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直接起动的危害
直接起动是最简单的起动方式,起动时通过闸刀或接触器将电动机直接接到电网上。
直接起动的优势是起动设备简单,起动速度快。
可是直接起动的危害专门大;
①电网冲击:
过大的起动电流(空载起动电流可达额定电流的4~7倍,带载起动时可达8~10倍或更大),会造成电网电压下降,阻碍其他用电设备的正常运行,还可能使欠压爱惜动作,造成设备的有害跳闸。
同时过大的起动电流会使电机绕组发烧,从而加速绝缘老化,阻碍电机寿命。
②机械冲击:
过大的冲击转矩往往造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损,致使击穿烧机;
转轴扭曲,联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。
③对生产机械造成冲击:
起动进程中的压力突变往往造成泵系统管道、阀门的损伤,缩短利用寿命;
阻碍传动精度,乃至阻碍正常的进程操纵。
所有这些都给设备的平安靠得住运行带来要挟,同时也造成过大的起动能量损耗,尤其当频繁起停时更是如此。
因此对电动机直接起动有以下限制条件:
①生产机械是不是许诺拖动电动机直接起动,这是先决条件;
②电动机的容量应不大于供电变压器容量的10~15%;
③起动进程中的电压降△U应不大于额定电压的15%。
关于中、大功率的电动机一样都不许诺直接起动,而要求采纳必然的起动设备,方可完成正常的起动工作。
老式降压起动方式的适用处合及性能比较:
降压起动的目的是减小起动电流,但它同时也使起动转矩下降了。
关于重载起动,带有大的峰值负载的生产机械,就不能用这种方式起动。
传统的降压起动有以下几种方式:
(1)星形/三角形转换器:
这种方式适用于正常运行时定子绕组采纳△接法的电动机。
定子有六个接头引出,接到转换开关上,起动时采纳星形接法,起动完毕后再切换成△接法。
起动电压为220V,运行电压为380V。
这种起动设备的优势是起动设备简单,起动进程中消耗能量少。
缺点是有二次电流冲击,设备故障率高,需要常常保护,因此不宜利用在频繁起动的设备上。
在转换进程中,由于瞬变电势和电动机剩磁产生的电势往往与电源电压有相位差,严峻时会产生电压相加,引发过大的冲击电流和电磁转矩,因此大大地限制了它的使 用。
由于起动电压为运行电压的,故其起动转矩为额定转矩的1/3,只能用在空载或轻载(负载率小于1/3)起动的设备。
在电动机轻载或空载运行时,也可利用该起动设备作降压运行,以提高电动机的功率因数和效率。
(2)自耦变压器降压起动:
三相自耦变压器(也称补偿器)高压边接电网,低压边接电动机,一样有几个分接头,可选择不同的电压比,相关于不同起动转矩的负载。
在电动机起动后再将其切除。
其优势是起动电压能够选择,如、或,以适应不同负载的要求。
缺点是体积大,重量重,且要消耗较多有色金属,故障率高,维修费用高。
(3)磁控软起动器:
磁控软起动器是利用控磁限幅调压的原理,在电动机起动进程中电压可由一个较低的值滑腻地上升到全压,使电动机轴上的转矩匀速增加,起动特性变软,并可实现软停车。
但其起控电压在200V左右,用户不可调整,会有较大的电流冲击,且体积较大。
(4)关于高压电机,可在定子线路中串联电抗器或水电阻实现降压起动,待起动完成后再将其切除。
但电抗器本钱高,水电阻损耗又大。
(5)关于绕线式异步电动机,可在转子绕组串接频敏变阻器或水电阻实现起动,待起动完成后再将其切除。
但频敏变阻器本钱高,而水电阻损耗又大。
其他还有延边三角形起动,定子串电阻起动等方式。
值得指出的是:
尽管各类老式降压起动方式各有其优缺点,但它们有一个一起的优势:
确实是没有谐波污染。
新型的电子式软起动器
随着电力电子技术和微机操纵技术的进展,国内外接踵开发出一系列电子式起动操纵设备,用于异步电动机的起动操纵,以取代传统的降压起动设备。
新型的电子式软起动器的主回路一样都采纳晶闸管调压电路,调压电路由六只晶闸管两两反向并联组成,串接于电动机的三相供电线路上。
当起动器的微机操纵系统接到起动指令后,便进行有关的计算,输出晶闸管的触发信号,通过操纵晶闸管的异通角β,使起动器按所设计的模式调剂输出电压,以操纵电动机的起动进程。
当起动进程完成后,一样起动器将旁路接触器吸合,短路掉所有的晶闸管,使电动机直接投入电网运行,以幸免没必要要的电能损耗。
所谓“软起动”,事实上确实是依照预先设定的操纵模式进行的降压起动进程。
目前的软起动器一样有以下几种起动方式:
(1)限流软起动:
限流起动顾名思义确实是在电动机的起动进程中限制其起动电流不超过某一设定值(Im)的软起动方式。
要紧用在轻载起动的负载的降压起动,其输出电压从零开始迅速增加,直到其输出电流达到预先设定的电流限值Im,然后在维持输出电流I
这种起动方式的优势是起动电流小,且可按需要调整,(起动电流的限值Im必需依照电动机的起动转矩来设定,Im设置过小,将会使起动失败或烧毁电机。
)对电网电压阻碍小。
其缺点是在起动时难以明白起动压降,不能充分利用压降空间,损失起动转矩,起动时刻相对较长。
(2)电压钭坡起动:
输出电压由小到大钭坡线性上升,将传统的降压起动变有级为无级,要紧用在重载起动。
它的缺点是起动转矩小,且转矩特性呈抛物线型上升对起动不利,且起动时刻长,对电机不利。
改良的方式是采纳双钭坡起动:
输出电压先迅速升至U1,U1为电动机起动所需的最小转矩所对应的电压值,然后按设定的速度慢慢升压,直至达到额定电压。
初始电压及电压上升率可依照负载特性调整。
这种起动方式的特点是起动电流相对较大,但起动时刻相对较短,适用于重载起动的电机。
(3)转矩操纵起动:
要紧用在重载起动,它是按电动机的起动转矩线性上升的规律操纵输出电压,它的优势是起动滑腻、柔性好,对拖动系统有利,同时减少对电网的冲击,是最优的重载起动方式。
它的缺点是起动时刻较长。
(4)转矩加突跳操纵起动与转矩操纵起动一样也是用在重载起动的场合。
所不同的是在起动的刹时用突跳转矩,克服拖动系统的静转矩,然后转矩滑腻上升,可缩短起动时刻。
可是,突跳会给电网发送尖脉冲,干扰其它负荷,利历时应专门注意。
(5)电压操纵起动是用在轻载起动的场合,在保证起动压降的前提下使电动机取得最大的起动转矩,尽可能地缩短起动时刻,是最优的轻载软起动方式。
停车方式有三种:
一是自由停车,二是软停车,三是制动停车。
软起动器带来的最大益处是软停车和制动停车,软停车排除拖动系统的反惯性冲击,关于水泵确实是“水锤”效应;
制动停车那么在必然场合代替了反接制动停车功能。
软起动器与传统降压起动器的比较软起动器与传统降压起动器的性能。
软起动器的适用处合
(1)生产设备周密,不许诺起动冲击,不然会造成生产设备和产品不良后果的场合;
(2)电动机功率较大,假设直接起动,要求主变压器容量加大的场合;
(3)对电网电压波动要求严格,对压降要求≤10%UN的供电系统;
(4)对起动转矩要求不高,可进行空载或轻载起动的设备。
严格地讲,起动转矩应当小于额定转矩50%的拖动系统,才适合利用软起动器解决起动冲击问题。
关于需重载或满载起动的设备,假设采纳软起动器起动,不但达不到减小起动电流的目的,反而会要求增加软起动器晶闸管的容量,增加本钱;
假设操作不妥,还有可能烧毁晶闸管。
现在只能采纳变频软起动。
因为软起动器调压不调频,转差功率始终存在,不免过大的起动电流;
而变频器采纳调频调压方式,可实现无过流软起动,且可提供~2倍额定转矩的起动转矩,专门适用于重载起动的设备。
可是变频器的价钱就要比软起动器的价钱高得多了。
3异步电动机经济运行和优化节电操纵技术
异步电动机降压节电技术概述
关于满载或重载运行的电动机,降低其端电压将会造成严峻后果,随着端电压的降低,电动机的磁通和电动势随之减小,铁耗无疑将下降。
但与此同时,随电压平方转变的电动机转矩也迅速下降而小于负载转矩,电动机只能依托增大转差率,提高电磁转矩以达到与负载转矩相平稳的状态。
转差率的增大,引发转子电流增大,同时引发定子和转子电压间的相角增大,致使定子电流增大,从而使定子和转子铜耗增加值大大超过铁耗的下降值,这时电动机绕组温升将会增高,效率将会下降,乃至发生电动机烧毁事故。
因此,一样规程都规定了电动机正常运行时电压转变范围不得超过额定电压的95%~110%。
但是关于轻载运行的电动机,情形就截然不同,使供电电压适当降低,在经济上是有利的。
这是因为在轻载运行时,电动机的实际转差率大大小于额定值,转子电流并非大,在降压运行时,转子电流增加的数值有限。
而另一方面,却由于电压的降低,使空载电流和铁损大幅减少。
在这种情形下,电动机的总损耗就可降低,定子温升,运行效率和功率因数同时取得改善。
由此可见,电动机的运行经济性与电动机负载率同运行电压是不是合理匹配关系极大。
理论分析说明电动机的力能指标(运行效率与功率因数)与其端电压之间存在如下的数量关系[2]:
500)"
v:
shapes="
_x0000_i1026"
>
……………………………………
(1)
_x0000_i1027"
…………………………………………………
(2)
SN和S—电动机额定工况和降压运行的转差率;
_x0000_i1028"
和500)"
_x0000_i1029"
—电动机额定工况和降压运行的功率因数;
ηN和η—电动机额定工况和降压运行的效率;
KU—电动机的调压系数,KU=U/UN;
UN和U—电动机额定电压和降压运行时的实际电压;
K1—电动机的空载电流系数,K1=Io/IN;
IN和Io一电动机的额定电流和空载电流。
从式
(2)不难看出:
并非是所有的降压行为都能达到节电的目的,只有当电压降低程度大于转差率及功率因数上升程度时,才能使运行效率提高。
事实上,电动机效率随电压降低而转变的关系呈马鞍形曲线,对应于每一个输出功率(或负载系数),必然存在一个最正确调压系数Kum,当Ku=Kum时,电动机的损耗最低,效率最高。
Kum称为电动机的最正确电压调剂系数。
不同负载下最正确电压调剂系数Kum可按电动机的负载系数β由下式确信[1]:
_x0000_i1030"
……………………………………………………(3)
式中:
500)"
_x0000_i1031"
—电动机额定负载时的有功损耗(kW);
Po—电动机的空载损耗(kW);
K—计算系数,K=(Po-Pfw)/ΣPN;
Pfw—电动机的机械损耗(kW);
β—电动机的负载系数,β=P2/PN·
100%
P2—电动机的输出功率;
PN—电动机的额定功率。
文献[1]给出了轻载电动机采纳降压节电方法后,节约电能的计算公式为:
节约的有功功率
_x0000_i1032"
………………………………………(4)
节约的无功功率:
_x0000_i1033"
…………………………………………(5)
节约的电能:
_x0000_i1034"
…………………………………………………(6)
式中:
QN—电动机带额定负载时的无功功率(Kvar);
Qo—电动机的空载无功功率(Kvar);
KQ—无功经济当量,当电动机直连电机母线KQ=~,二次变压取KQ=~,三次变压取KQ=~;
Tec—电动机年运行时刻(h)。
优化节电的操纵依据
(1)功率因数()操纵法:
最先显现的异步电机优化节电器为№La功率因数操纵器,其原理是通过检测电动机运行中的值,与预先设定的基准值比较,当实际值低于设定值时,说明电动机为轻载,通过降低电动机的端电压来提高,直到实际的测量值达到设定值为止,实现了节电;
数值高说明是重载,那么升高电机端电压,以保证轴上的输出功率。
这是一种间接节电法:
操纵对象是电动机的功率因数,而目的是节电。
由于交流异步电机的最正确功率因数在全工作范围内呈曲线转变;
不同制造厂生产的同一规格的异步电机的功率因数呈必然的离散性;
同一台电机在其新旧寿命期,在同一工况下的功率因数也呈现必然的离散性,这就给设计和调整带来必然的困难。
故这种方式是不能达到最正确节电成效的,而且理论与实践都已证明,太高的功率因数值关于异步电机来讲,并非节电。
(2)最小输入功率法:
交流异步电机工作时,从电网输入的电功率P1,一部份转换成电机轴上的机械功率P2输出,另一部份那么是自身的损耗PS,包括铁耗与铜耗两部份。
共中铁耗与输入电压的平方成正比,而铜耗那么与其电流的平方成正比,只有在铜耗等于铁耗时,电机的效率最高,损耗PS最小。
最小输入功率法的原理确实是在电机工作的任一负载点上,在保证轴上机械功率输出的前提下,通过降低电机的端电压而减小电机自身的损耗,从而达到节能的目的。
尽管降压能够降低铁耗,而当电压降到必然程度以后,假设继续下降,那么电流又要增加,因此又增加了铜耗。
通过微机自动寻优,让铁耗和铜耗都维持在最低的水平,也即电压与电流的乘积——输入的电功率达到最小值,实现最优节电目的。
(3)突加负载操纵
当电动机轴上的负载急剧上升时,又要能在极短的时刻内(&
lt;
100ms)将电压提升到额定值,保证轴上有足够的功率输出,不然电机就会发生堵转现象。
因此微处置器在进行输入功率优化操纵的同时,又监视负载功率的转变率,一旦负载功率的转变率超过预先设定的阈值时,即判定为突加负载,当即提升电机端电压,保证电机对负载转变的快速响应能力。
优化节电的适用对象
关于电机转速无严格要求,及不需要调速运行的场合,专门是关于常常大幅度变更的负载,或长时刻处于轻载或空载的电动机,例如轧钢机、锻压机、抽油机等负载,利用优化节电技术,能够收到明显的节电成效。
其节电量视电动机的负载系数及轻载运行的时刻长短而定。
降压起动优化节电计算实例
为一台轻载运行的Y1600—10/1730型6000V电动机配置一套优化操纵系统,着重计算其起动性能参数和节电成效。
Y1600—10/1730型电动机的原始数据:
额定功率PN=1600kW,额定电压UN=,额定电流IN=185A,额定转速nN=595r/min;
最大转矩倍数=最大转矩/额定转矩=,起动电流倍数=堵转电流/额定电流=,起动转矩倍数=堵转转矩/额定转矩=,额定效率ηN=%,额定功率因数。
电动机额定负载时的有功损耗ΣPN=,电动机的空载损耗Po=,电动机的空载电流Io=,电动机带额定负载时的无功功率QN=918Kvar,电动机的空载无功功率Qo=。
(1)轻载运行降压节电成效计算
(1)不同负载系数下,电动机的最正确调压系数Kum的计算按式(3)进行,计算结果示于表2。
(2)当U=UN时,不同负载系数下,电动机的综合功率损耗ΣPc的计算按(7)式进行[1],计算结果示于表2
_x0000_i1042"
………………(7)
(3)按最正确电压调剂系数进行调压后节省的电量计算按式(4)、式(5)和式(6)进行,计算结果示于表2。
表2按最正确调压系数进行降压后节省的电量计算值
电动机负载系数B
最正确电压调剂系数Kum
节省的有功功率△P(KW)
节省的无功功率△Q(Kvar)
节省的综合有功功率△P+Kq△Q(Kvar)
U=UN时电机综合功率损耗ΣPC(KW)
节电率(%)
79%
%
11%
4%
(2)降压起动时电动机起动特性估算
由电动机的原始数据得知,电动机直接起动时,起动参数如下:
起动电流IK=,起动转矩Mk=。
①采纳降压起动时,调压系数Ku的确信:
_x0000_i1043"
……………………………………………(8)
Un——电动机电压,V;
UN——电动机额定电压,UN=MN——生产机械要求的最小起动转矩,当采纳轻载起动方式时,MN≥。
代入有关数据,得500)"
_x0000_i1044"
。
②采纳降压起动时,起动参数计算
起动电流In=KU·
IK=
起动电压Un=KU·
UN==2960V
起动转矩500)"
_x0000_i1045"
③降压起动的节电成效计算
直接起动时从电网吸收的无功功率计算[1]
_x0000_i1046"
…………………………………(9)
代入相关数据,得
_x0000_i1047"
降压起动时从电网吸收的无功功率计算[1]
_x0000_i1048"
…………………………………(10)
代入相关数据,得
_x0000_i1049"
节约的无功功率&
amp;
nbs500)"
_x0000_i1050"
电网传输△Q所消耗的有功功率△Pn=KQ·
△Qn=×
=
降压起动的无功节电率500)"
_x0000_i1051"
4异步电动机的调压调速
异步电动机的调压调速属低效调速方式,因为在调速进程中始终存在转差损耗,因此调压调速有专门大的限制,不是任何一台一般的笼型电机加上一套晶闸管调压装置,就能够够实现调压调速的。
第一必需改变电动机的外特性,新的外特性必需使电动机有一个宽广的稳固的调速范围。
一样要采纳高转差率电机,交流力矩电机或在绕线式电机的转子绕组中串接电阻的方式,而且要加上转速闭环操纵,才能进行稳固的调速。
第二是要将调速进程中由于转差功率引发的转子的温升专门好地导出机外,才能实现长期稳固工作。
那个地址可采取旋转热管结构,也可采取特殊风道冷却结构,都是行之有效的方式。
在电力电子技术高度进展的今天,变频调速装置的价钱已再也不昂贵的情形下,再考虑调压调速,似乎已无多大的现实意义了。
5智能马达优化操纵器(IMOC系列)
在对交流异步电动机的软起动和优化节电技术的长期深切研究的基础上,研制成功了智能马达优化操纵器(IMOC系列),适配电机功率从。
该操纵器采纳了16位马达操纵专用单片微处置器Intel80C196MC,具有完善的检测操纵功能;
主功率器件那么采纳具有世界高技术水平的专利产品——集成移相调控晶闸管模块,该模块冲破以往晶闸管模块的概念,将复杂的移相操纵电路与晶闸管管芯制造性地集成为一体,组成一个完整的电力移相调控的开环系统。
用它组成的操纵器,不但使体积大大缩小,而且增加了设备的靠得住性和抗干扰的能力。
在技术上更是集众家之长,并大大冲破国内外同类产品的功能,除起动爱惜,优化节电外,还增加了风机,水泵类负载的调速功能;
抽油机间歇工作节电功能,无功功率当场补偿功能。
尤其是完善的爱惜功能:
有过电流、过电压、过负载、短路、接地、缺相、相间不平稳及功率模块超温和电机超温爱惜等功能。
是电机平安经济运行的爱惜神。
该操纵器具有以下功能特点:
(1)16位微电脑智能化操纵,键盘设定,数码显示,操作简单直观。
(2)软起动,软停车功能,有效减小起动冲击。
(3)优化马达运行方式,节电、改善功率因数。
(4)风机、水泵类负载的调压调速闭环操纵功能。
(5)具有泵操纵功能,可幸免或减小液流喘振和“水锤”效应。
(6)具有相平稳和电源电压自动补偿功能。
(7)具有完善的爱惜、报警功能。
(8)起动方式、起动电压、起动电流、额定电流及负载类型等参数都可设定。
(9)具有远方操纵及联网通信功能。
(10)自诊断功能。
通过在不同工业现场的长期利用,取得了可观的经济效益。
6结论
(1)电子式软起动器结构简单,较之传统的△/Y起动器,自耦变压器起动器具有无触点、无噪音、重量轻、体积小,起动电流及起动时刻可操纵,起动进程滑腻等优势,而且保护工作量小。
当电动机空载或轻载时,节能成效显著,专门适用于短时满载,长时刻空载的负载。
(2)关于高转差电机,实心转子电机,力矩电机等,尤其是在带风机、水泵类负载时,有较好的调速性能,但不适用于一般的笼型电机调速。
(3)采纳智能操纵器,具有完善的电机爱惜功能,爱惜整定值设置方便,爱惜
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- 交流 异步电机 起动 优化 节能 操纵 技术 全面 分析 研究