淺析異步電動機降壓起動技術

張宏達

(遼陽石化分公司尼龍廠電氣車間,遼寧遼陽 111003)

淺析異步電動機降壓起動技術

張宏達

(遼陽石化分公司尼龍廠電氣車間,遼寧遼陽 111003)

在我國工農業經濟飛速發展的新形勢下,許多工農業生產越來越多的使用各種電動機,用于攪拌器,壓碎機、水泵、電梯、傳送帶等機械設備。受電網容量限制和保護其他用電設備正常工作的需要,要在電機起動過程中采取必要的措施。隨著電力電子技術和微處理器技術的不斷發展,軟起動器從生產工藝、使用性能都得到了很大提高,成本不斷降低,逐漸取代了傳統的自耦式、Y—Δ等降壓起動方式。比較各種起動方法,在目前對于系統的可靠性、智能化、網絡化等的要求不斷提高,采用交流軟起動器作為電機的起動設備,不失為一種既可靠又經濟實用的方式。

異步電動機 降壓起動 軟起動

1 異步電動機直接起動的危害

在我國工農業經濟飛速發展的新形勢下,許多工農業生產越來越多的使用各種電動機,用于攪拌器,壓碎機、水泵、電梯、傳送帶等機械設備。但是交流電動機的起動一直是個難以解決的問題,這種突然而急劇起動造成的經濟損失和各種故障一直困擾著人們。異步電動機的全壓起動可造成以下幾種危害:

(1)引起電網電壓波動,影響同電網其它設備的運行。交流電動機在全壓直接起動時,起動電流會達到額定電流的4～7倍,當電機的容量相對較大時,該起動電流會引起電網電壓的急劇下降,影響同電網其它設備的正常運行。

(2)對電網的影響。對電網的影響主要表現在兩個方面:①超大型電機直接起動的大電流對電網的沖擊幾乎類似于三相短路對電網的沖擊,常常會引發功率振蕩,使電網失去穩定。②起動電流中含有大量的高次諧波,會與電網電路參數引起高頻諧振,造成繼電保護誤動作、自動控制失靈等故障。

(3)傷害電機絕緣,降低電機壽命:①大電流產生的焦耳熱反復作用于導線外絕緣,使絕緣加速老化、壽命降低。②大電流產生的機械力使導線相互摩擦,降低絕緣壽命。③高壓開關合閘時觸頭的抖動現象會在電機定子繞組上產生操作過電壓,有時會達到外加電壓的5倍以上,這樣高的過電壓會對電機絕緣造成極大傷害。

(4)電動力對電機的傷害。大電流在電機定子線圈和轉子鼠籠條上產生很大的沖擊力,會造成夾緊松動、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。

(5)對機械設備的傷害。全壓直接起動時的起動轉矩大約為額定轉矩的2倍,這么大的力矩突然加在靜止的機械設備上,會加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風葉疲勞甚至折斷風葉等等。

2 電動機的幾種傳統降壓起動的方法

直接起動適用于小容量電動機帶輕載的情況,起動時,將定子繞組直接接額定電壓的電網上。在此工況下電磁轉矩、起動電流很容易同時得到滿足。電動機直接起動的限制條件:(1)機械設備是否允許電機直接起動,這是先決條件;(2)直接起動時,不允許電機的容量大于10%～15%主變壓器的容量;(3)起動過程中電壓降△U不大于15%Un。對于額定電壓為380V的電動機而言,當容量小于10Kw時,可以直接起動。

降壓起動適用于容量大于或等于20kW并帶輕載的工況。由于輕載,故電動機起動時電磁轉矩很容易滿足負載要求。主要問題是起動電流大,電網難以承受過大的沖擊電流,因此必須降低起動電流。常用的傳統降壓起動方法有以下三種:定子串電阻(或電抗)降壓起動;Y—Δ起動器起動;自耦變壓器起動。

2.1 定子串電阻(或電抗)降壓起動

在定子繞組中串聯電抗或電阻都能降低起動電流,但串聯電阻起動能耗較大,只用于小容量電動機中。一般都采用定子串電抗降壓起動,以達到限制起動電流的目的。一旦電動機轉速接近額定值時,切除串聯電阻(或電抗),使電動機進入全壓正常運行。在這種起動方式下,若電動機端壓降為電網電壓的1/a,則起動電流降為直接起動的1/a,起動轉矩降為直接起動的1/a2,比起動電流降的更厲害。因此在選擇a值使起動電流滿足要求時,還必須校核起動轉矩是否滿足要求。

2.2 用Y—Δ起動器起動

三相異步電動機的Y—Δ降壓起動是在起動時將定子繞組接成星形,每相繞組承受的電壓為電源的相電壓,減小了起動電流對電網的影響。而在起動后期按預定的時間換接成Δ接法,每相繞組承受的電壓為電源的線電壓,電動機進入正常運行。由于切換時轉速已接近正常運行轉速,沖擊電流就不大了。電網提供的線電流反映了電網受到沖擊的大小,用Y—Δ起動器起動時,電網提供的線電流與電動機的相電流相等;而采用Δ接直接起動時,電網提供的線電流等于電動。起動電流降為直接起動電流的1/3,起動轉矩亦降為直接起動時的1/3。與串電阻(或電抗)起動相比,這種起動方法性能好些。

2.3 自耦變壓器起動

自耦變壓器也稱起動補償器。自耦變壓器的初級和電源相連,次級與電動機相連。電動機起動時,定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓,電動機降壓起動。當轉速接近正常運行轉速時,自耦變壓器被切除,電動機接入全電壓,繼續起動,但此時電流沖擊已經很小。再過一小段時間,電動機進入正常運行狀態。在自耦變壓器起動過程中,起動電流與起動轉矩的比值按變比平方倍降低;即:電動機的起動轉矩、起動電流為全壓直接起動的1/a2,a為分接電壓百分比的倒數。這種起動方法常用于容量較大、正常運行為星形接法的電動機,但自耦變壓器價格較貴,相對于電阻結構復雜,體積龐大,且不允許頻繁操作。

對于給定的電動機和設備的起動轉矩參數,在設計起動方式時要綜合考慮這三種起動方式,分別給予校驗核準,以選擇合適的起動方式。

2.4 軟起動技術

除以上三種降壓起動方法之外,還有延邊三角形起動以及飽和電抗器起動等方法。隨著科技的發展,更先進的軟起動器也越來越廣泛的被應用到了工業及其他行業中。它由功率半導體器件和其它電子元器件組成;利用電力電子技術與自動控制技術將強弱電結合,其晶閘管移相控制三相反并聯晶閘管的導通角,使被控電動機的輸入電壓按不同的要求而變化,從而實現不同的起動功能。

軟起動器的性能特點:①限制線路電壓降,降低電流峰值;采用不同的起動方式,軟起動可以避免起動時的電流沖擊,不會造成大的電壓降落。如果對于電源容量不夠的場合,直接起動會造成線路上大的電壓降落和損耗?？梢员ＷC電網電壓的穩定,提高供電設備的使用壽命,減小對負載的沖擊;②根據負載不同可以靈活選擇多種起動和停止方式;③晶閘管是一個無觸點開關,對于接旁路接觸器的軟起動,其使用壽命長,且免維修;④單個軟起動可帶多臺負載,從而比較經濟實用,這是其他降壓起動方式不能實現的;⑤可以實現運行中設備的監控保護和快速故障檢測,實現軟停車,泵停車,制動停車以及準確停車功能;⑥采用微處理器控制,性能可靠,易于實現網絡化和智能化;⑦接線簡單,維護方便,體積小。

3 結語

三相鼠籠式交流異步電動機因其結構簡單,性能穩定及無需維護等特點,在各個行業中得到了廣泛的應用,但由于其在起動過程中會產生過大的起動電流,會對電網和其他用電設備造成沖擊,受電網容量限制和保護其他用電設備正常工作的需要,要在電機起動過程中采取必要的措施。隨著電力電子技術和微處理器技術的不斷發展,軟起動器從生產工藝、使用性能都得到了很大提高,成本不斷降低,逐漸取代了傳統的自耦式、Y—Δ等降壓起動方式。比較各種起動方法,在目前對于系統的可靠性、智能化、網絡化等的要求不斷提高,采用交流軟起動器作為電機的起動設備,不失為一種既可靠又經濟實用的方式。

[1]趙汝儉.三相異步電機Y—Δ起動的改進[J].煤礦機械,2008,29(7)155-156.

[2]鄧龍華.異步電機降壓啟動控制線路的節能改進方案[J].電工技術,2003,8,36.

[3]辜承林,陳喬夫,熊永前.電機學[M].華中科技大學出版社,248-253.