三相异步电动机启停装置.doc

三相异步电动机启动方式  摘  要介绍三相异步电动机的传统启动方式和新技术启动方式，分析了各种方式的电压、电流、转矩的波形和特性。  关键词三相异步电动机；软启动；电流转矩1引言    三相异步电动机广泛用于各种工业过程，领域广泛。三相异步电动机的启停，会对电网造成较强干扰，尤其在工业领域中的重载启动，有时也可能对设备构成严重威胁。故而三相异步电动机的启停越来越受到相关技术人员的重视。    三相异步电动机的传统启动方式很多。随着技术进步的加速，各种新的启停和控制方式也脱颖而出。比较各种启停方式的优缺点，可从中选择出适合特定应用场合的最佳启停方案。2三相异步电动机的传统启停方法2.1直接在线启动    直接在线启动是三相异步电动机应用最多的一种启动方式，也是启停方式中最简单、最直接的一种。对于小功率电机这种应用方式占有绝对优势。然而对较大功率的电机而言，这种启停方式的缺点也是显而易见的。由图21可见，在这种启动方式下，启动电流是标称电流的48倍；启动转矩是标称转矩的0515倍。其特点是：电机端子少(一般为三端子电机)，可带载启动、高电流峰值和大压降启动，设备简易。2.2星-角启动    星-角启动也是三相异步电动机最常用的方式之一。一般用于非大功率电机的启动。在这种方式下启动电流是标称电流的1.82.6倍，而启动转矩是标称转矩的0.5倍。这种启动方式的特点是：电机一般为6端子电机；多用于空载启动或低阻性转矩启动；在星角转换出现高的电流转矩峰值；设备维护量较大。见图22。2.3一次侧串电组启动    一次侧串电阻启动是三相异步电动机成本较低的一种启动方式。启动电流是标称电流的4.5倍，起动转矩是标称转矩的05075倍。其特点是：用于3端子电机；启动时不断增加阻性转矩；高电流峰值；设备笨重，需要维护；无启停参数调整。同时这种启动方式能源浪费也较大。见图23。2.4自耦变压器启动    自耦变压器启动时其启动电流是标称电流的174倍。而启动转矩是标称转矩的04085倍。其特点是：应用于3端子高功率电机；在电压变化时启动，出现大压降和高电流峰值；设备较笨重，维护量大。见图24。2.5改变电压电流极限的电子启动方法    电子启动方法使用晶闸管桥可以逐步增加电机的三相电源电压，晶闸管桥由一对晶闸管反并联而成，并分别与交流电源的各相相连。改变晶闸管的触发角，电机电压平稳增加，频率不变。输出电压可通过积分参数或电流极限参数或两个参数共同控制。    根据图25b的转矩与启动电流曲线。限制启动电流Is为Is1，则启动转矩由Ts降为Ts1，转矩与Is1和Is之比的平方成正比。例如：电机的启动转矩及启动电流为Ts=2Tn，Is=6In。若限制启动电流Is1=3In，即0.5倍Is，则启动转矩为：    Ts1=Ts×(0.5)2=2Tn×0.25=0.5Tn    图25c为鼠笼电机的转矩速度特性与电源电压的关系曲线。可以看出：频率不变时，转矩与电压平方成正比，而电压平稳增加可限制启动转矩和启动电流，并避免出现瞬时电流尖峰。3新技术启停方式    随着电子技术的飞速发展，软启动装置和变频调速装置应运而生。三相异步电机的启停技术发生了划时代的变化。尤其是变频器，输出频率范围可以从0.1Hz500Hz。调速精度一般不小于1%，可高达0.02%，瞬时过力矩可为200%(2s内)或170%(60s内)。智能化设计，可以与上位控制计算机接口(一般为Modbus或RS*485多点串行通讯口)，具有断相与相序检测、缺相保护、连续计算I2t值并考虑速度影响进行过热保护。同时变频器也可以设定为软启动工作方式，其最主要的特点是节能。当然对一些不需要调速的场合，软启停装置的应用依然非常普遍，在大功率电机的启停控制中占有不可动摇的地位。这里结合西安兴仪公司研制的XYCR75型软启动装置作简要介绍。3.1软启停装置的主要功能和特点    A软启停装置的主要功能：    ·控制电机平滑起动，减小冲击电流，避免冲击电网；    ·启动电压可调，保证电机启动的最小启动转矩，避免电机过热和能源浪费；    ·启动电流可根据负载情况调整，减小启动损耗，以最小的电流产生最佳的转矩；    ·启动时间可调，在设定时间范围内，电机转速逐渐上升，避免转速冲击；    ·自由停机和软停机可选，软停机时间可调；    ·具有缺相、相序、过热、启动过程过流，运行过程过流、过载的检测及保护。其中过流、过载值可调；    B软启停装置的主要特点(参见图31)：    启动电流可在标称值25倍之间设定；    ·启动转矩可在标称值的0.151倍之间变化(1区)；    ·可用于三端子电机，标称功率可在2.2kW800kW之间；    ·可独立调节加减速过程；    ·允许直流输入制动；    ·设备维护量小；3.2软启停装置的工作原理    软启停装置以微电脑作为其控制单元，采用三对反并联可控硅(晶闸管)串接于电动机的三相供电线路上。利用可控硅的电子开关特性，通过控制其触发导通角的大小来改变可控硅的开通程度，由此来改变电动机输入电压和输入电流的大小，以达到控制电机的启动特性。    当软启动控制器接收到启动指令后，便进行有关计算，确定可控硅的触发信号，通过控制可控硅使软启停装置按所设定的方式输出相应的电压，以控制电机的启动过程。  当电机完成启动过程后，软启动控制器便控制交流接触器吸合，短路所有可控硅，使电机直接投网运行，避免不必要的能源损耗。    当软启动控制器接收到停车指令时，(若原设定为自由停车方式)，则先控制断开交流接触器，然后逐渐改变可控硅的导通角。使交流接触器完成无弧切断。如果电机的停机方式设定在软停机方式，则控制可控硅的触发脉冲，完成设定的停机过程。3.3软启停装置的控制模式及性能3.3.1限流软启动控制模式    软启动控制器在控制电机启动时，其输出电压从零迅速增加，直至输出电流达到设定的电流限幅值Im，如图33所示。然后保证输出电流不大于该值的情况下，电压逐渐升高，电动机逐渐加速。在该控制模式下，电动机以设定电流为限幅值完成软启动过程。    电流限幅值可根据实际负载情况，在电机额定电流Ie的0.54倍之间选择。3.3.2电压斜坡控制模式    启动电动机时，软启动装置的输出电压迅速上升到U1，然后按设定的速率逐渐增加，直至达到电网电压，软启动过程完成。    初始电压U1及电压上升速率可根据负载情况和工艺要求进行设定(调整)。3.3.3软停机和自由停机控制模式    软停机：电动机按设定的速率逐渐减速直至完全停机；软停机可防止停机产生的冲击。    自由停机：电动机不受控制地依惯性自由停机。3.3.4其它控制模式    除上述3种常用控制模式外，智能式软启动器还具有点动模式和增强脉冲启动模式，即接收启动指令后，点动模式为软启动装置输出电压迅速增至初始电压U1，并保护该输出电压值。调节U1参数的设定，即可改变电动机的点动输出转矩。增强脉冲启动模式，一般用于启动惯量大的电机设备，用增强脉冲克服其定态惯量，然后再逐渐加速。4三相异步电动机启动方式的展望    近年来，调速电机的研制也一步步迈出实验室。这种调速方案是在电机的制造过程中加入控制绕组，通过改变控制绕组的输入电流，从而改变电机磁场的结构，以达到电机调速的目的。节约能源，节省开支。其应用领域也将是不言而喻的。