異步電動機軟起動方法綜述

牛偉恒 謝 楠 李 鵬

(空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系 江蘇 徐州 221006)

異步電動機軟起動方法綜述

牛偉恒 謝 楠 李 鵬

(空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系 江蘇 徐州 221006)

本文對異步電動機的傳統(tǒng)起動方法和軟起動方法進行了分析總結(jié)，詳細地分析起動方法的原理、特性及優(yōu)缺點，指出磁控軟起動器和基于限流變壓器的軟起動器在綜合性能指標(biāo)及成本方面優(yōu)于其它的軟起動方式，具有很好的發(fā)展前景。

異步電動機；軟起動；方法

1 異步電動機的傳統(tǒng)起動方法

1.1 直接起動

直接起動，也稱全壓起動，起動時通過一些直接起動設(shè)備，將全部電源電壓直接加到異步電動機的定子繞組，使電動機在額定電壓下起動。直接起動的起動線路是最簡單的。但是這種起動方法對于需要頻繁起動的電動機，過大的起動電流將造成電動機的發(fā)熱，會影響電動機的壽命；同時，電動機繞組在電動力的作用下，會發(fā)生變形，可能引起短路，進而燒毀電動機；另外，過大的起動電流，會使線路壓降增大，造成電網(wǎng)電壓的顯著下降，從而影響同一電網(wǎng)上其他設(shè)備的正常工作。

1.2 傳統(tǒng)的降壓起動

在工程應(yīng)用中面廣量大的普通鼠籠式異步電動機廣泛采用了降壓起動方法。傳統(tǒng)的降壓起動方法主要有定子回路串聯(lián)電抗器、電阻減壓起動和自耦變壓器補償起動，對低壓電機還普遍采用Y-△降壓起動，但這些方法在降低起動電流的同時也降低了起動轉(zhuǎn)矩，且為有級降壓起動，起動平滑性不好，仍存在機械沖擊。

2 軟起動

電動機軟起動是通過采用降壓、降補、變頻及這些技術(shù)的集成等手段，實現(xiàn)電動機軟起動，減少對電網(wǎng)的影響程度，使電網(wǎng)得以保護，安全高效。

目前，國內(nèi)市場在低壓產(chǎn)品領(lǐng)域(1.1kV以下)，晶閘管軟起動器已取代傳統(tǒng)起動裝置和磁控式軟起動器成為主流；而在中高壓產(chǎn)品領(lǐng)域(3.3kV以上)，仍以傳統(tǒng)起動方法(定子串電抗器、自耦變壓器減壓起動)為主，液變電阻軟起動器、磁控軟起動器、晶閘管串聯(lián)的軟起動器等也均有應(yīng)用，且由晶閘管軟起動器派生出了開關(guān)變壓器式軟起動器。

2.1 軟起動的起動裝置

2.2.1 高壓變頻器軟起動裝置

變頻軟起停是以變頻器實現(xiàn)的交流電動機軟起動和軟停止。它僅僅在電動機起動或停止時投運,而在結(jié)束時退出。變頻軟起停相對于一切形式降壓軟起停的優(yōu)點是在限流軟起停過程中保持不小于電動機額定值的起動轉(zhuǎn)矩。由于可以將電動機起動電流始終限制在額定值以下,所以對電網(wǎng)和電動機的沖擊很小,電磁轉(zhuǎn)矩大,起動時間短。

2.2.2 晶閘管串聯(lián)的軟起動器

采用晶閘管串聯(lián)技術(shù)的高壓異步電動機的軟起動器。這種軟起動方式對元器件參數(shù)的一致性要求比較高,元器件的篩選率比較低,而且篩選儀器的價格比較昂貴,另外使用一段時間后,元器件的參數(shù)發(fā)生變化,使元器件的均壓性能降低,一旦元器件損壞,用戶很難修復(fù),另外價格也很高,所以現(xiàn)在應(yīng)用還很少。

2.2.3 水電阻和液變電阻軟起動器

水電阻是靠極板移動和大電流使水汽化(極板表面)形成的高電阻來控制電機的起動電流。液阻是一種由電解液形成的電阻,它導(dǎo)電的本質(zhì)是離子導(dǎo)電,液阻是靠摻入雜質(zhì)的多少、極板的大小及大電流使極板附近的水汽化產(chǎn)生的高電阻來控制起動電流,它的阻值正比于電極板距離和電解液電阻率,極板距離可實時控制,液阻的熱容量大,成本低。水電阻式的軟起動裝置由于極板是移動的,不會產(chǎn)生上述問題,但水的汽化壓力會使極板劇烈振動,使其壽命縮短,在大功率的情況下,這個問題將變得非常嚴(yán)重。

2.2.4 磁控軟起動

磁控軟起動是從定子串電抗器起動衍生出來的。串接電抗器起動的電抗值是固定的,在起動過程中電機電流會隨著轉(zhuǎn)速增高而減少,這使起動后勁不足,較易產(chǎn)生起動失敗和器件損壞,起動結(jié)束時電抗器的短接還會引起二次電流沖擊。磁控軟起動裝置的控制是微電子的,由一個CPU來完成運算、基準(zhǔn)信號發(fā)生、綜合保護、通訊等。它接收來自電流互感器的信號,通過運算,由PWM口輸出觸發(fā)脈沖,經(jīng)過三相橋式晶閘管整流電路,改變直流勵磁電流,從而改變鐵芯電磁飽和度,實現(xiàn)電流閉環(huán)控制檢索表明。

2.2.5 基于限流變壓器的軟起動器

基于限流變壓器的軟起動器的電路解決了晶閘管的耐壓限制,晶閘管不是串在電機的定子回路中,而是用變壓器來隔離高壓和低壓,變壓器的高壓繞組串在異步電動機的定子回路中,而低壓繞組和晶閘管相連。低壓繞組的晶閘管導(dǎo)通以前,變壓器工作在空載狀態(tài),變壓器的勵磁阻抗很大,所以電網(wǎng)電壓基本上都降在三相限流變壓器原邊繞組上,電機不能起動。起動時,通過控制系統(tǒng)控制晶閘管的觸發(fā)角,可以連續(xù)改變低壓繞組上的電壓,進而改變高壓繞組的電壓而達到連續(xù)改變電機端電壓的目的,這樣可以實現(xiàn)電機的軟起動。

2.3 幾種軟起動裝置的比較

幾種軟起動裝置的特性見表1。

表1 幾種軟起動裝置的比較

由表1可見,限流變壓器軟起動器和磁控軟起動器具有很高的性能價格比,其價格大大低于進口裝置,而性能卻不亞于進口裝置,與水電阻和液變電阻裝置相比,價格高得不多,性能卻有很大提高。

3 結(jié)束語

本文詳細分析了各種新型高壓軟起動器的優(yōu)缺點,目前應(yīng)用較多的主要是采用晶閘管串聯(lián)技術(shù)的高壓異步電動機的軟起動，對此項技術(shù)的研究也最多。例如基于CAN總線技術(shù)、基于DSP技術(shù)、基于離散變頻理論、基于模糊控制以及智能化的晶閘管串聯(lián)軟啟動器等。但由于限流變壓器軟起動器和磁控軟起動器較高的性價比優(yōu)勢,因而具有較大的發(fā)展前景。

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