三相異步電動機(jī)角星節(jié)能變換控制線路探討

馬麗娜

摘 要：當(dāng)前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，各企業(yè)要在工業(yè)生產(chǎn)的過程中使用各種型號的電動機(jī)，其中三相異步電動機(jī)是一種應(yīng)用非常廣泛的用電設(shè)備，它消耗了我國總發(fā)電量一半以上的電能。但是從整體生產(chǎn)狀況來看，三相異步電動機(jī)的效率并不理想，隨著工業(yè)生產(chǎn)對發(fā)電設(shè)備的需求不斷提高，研究人員對電動機(jī)的節(jié)能降耗、工作質(zhì)量、穩(wěn)定性和效率等越來越重視。在此背景下，本文較為詳細(xì)地介紹了Y-△減壓起動控制原理，論證了降低電動機(jī)起動電流的可行性，最后闡述了異步電動機(jī)的減壓起動線路以及節(jié)能控制理論。

關(guān)鍵詞：異步電動機(jī)；啟動控制；可行性；節(jié)能

中圖分類號：TM343 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)與發(fā)展，各行各業(yè)都趨于機(jī)械化，三相異步電動機(jī)具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠以及方便維修等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各式機(jī)械設(shè)備中。為了提高生產(chǎn)水平，各大企業(yè)均將加強(qiáng)并提高三相異步電動機(jī)的節(jié)能控制效果作為發(fā)展的重要內(nèi)容之一。

1.Y-△減壓起動控制原理

Y-△減壓起動是指在起動電動機(jī)時，把定子繞組接成星形，等到電動機(jī)起動完成后再將其改接成三角形，從而使電動機(jī)在全電壓下運(yùn)行。圖1所示為時間繼電器自動切換Y-△減壓起動控制線路。

工作原理如圖2所示。

2.降低電動機(jī)起動電流的可行性

在探究電動機(jī)的節(jié)能控制的過程中，必須保證降低起動電流的同時電動機(jī)能夠正常工作，現(xiàn)在本部分將論證降低電動機(jī)起動電流的可行性。對于三相異步電動機(jī)而言，其最初的起動電流由如下公式確定：

其中，U1代表連接到三相異步電動機(jī)定子的電源電壓，r1和x1分別代表定子每相的電阻和電抗，r2′和x2′分別代表轉(zhuǎn)子的每相電阻和電抗的折算值。從上式能夠看出，三相異步電動機(jī)的起動電流與其本身的阻抗以及連接到電動機(jī)定子的電源電壓都有關(guān)，因此降低電動機(jī)的起動電流可以考慮以上幾個方面。我們可以改變轉(zhuǎn)子的槽形，使用深槽或者雙籠的結(jié)構(gòu)，從而減小電動機(jī)起動過程中的轉(zhuǎn)子電阻，然而由于電動機(jī)的體積較大且成本較高，因而這種方法很少被使用。另一方面，也能夠采用降壓起動的方式，采用這種方法時只需要選擇一種合適的起動器，既方便又靈活，因此應(yīng)用十分廣泛，比如在船舶和海洋石油平臺上，大部分采用降壓起動的方法，從而降低電動機(jī)的起動電流。

3.異步電動機(jī)的起動與節(jié)能

3.1 減壓起動線路與起動

目前，比較典型的減壓起動方式有Y-△減壓起動以及自耦變壓器減壓起動。Y-△減壓起動原理在第一部分已經(jīng)進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，下面筆者主要介紹自耦變壓器減壓起動原理。圖3所示為三相異步電動機(jī)采用自耦變壓器減壓起動控制線路。

起動時，合上電源開關(guān)QS1，將開關(guān)QS2扳向“起動”位置，使電源加到自耦變壓器T上，而電動機(jī)定子繞組與自耦變壓器的抽頭連接，電動機(jī)進(jìn)入減壓起動階段。待電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升至一定值時，再將QS2迅速扳向“運(yùn)行”位置，使電動機(jī)直接與電源相接，在額定電壓下正常運(yùn)行。在這里自耦變壓器的抽頭電壓分別是電源電壓的65%和80%，可以根據(jù)電動機(jī)起動時負(fù)載的大小來選擇。經(jīng)過分析可得出結(jié)論，自耦變壓器減壓起動的電網(wǎng)電流為全壓起動時的k2倍，其中k是自耦變壓器的變比。通常情況下，這種降壓起動的主要缺點(diǎn)是需要一個龐大的自耦變壓器，且不允許頻繁起動。這種減壓起動方法適用于220/380V，△-Y接法容量較大而不能用Y-△方法起動的電動機(jī)的減壓起動。

3.2 節(jié)能控制

三相異步電動機(jī)的功效就是用電動機(jī)的輸出功效除以其輸入功效，電動機(jī)所消耗的總電能中，一部分電能用來驅(qū)動電動機(jī)，這就是我們平時所說的輸入功效，而另一部分電能就是電動機(jī)的自身損耗，這部分的損耗大多是以熱能的形式消耗掉了，這就是電動機(jī)的輸出功效。三相異步電動機(jī)存在電能損耗主要是因?yàn)殡妱訖C(jī)中的鐵和銅兩種金屬，其中，銅耗是電流在通過電動機(jī)線圈繞組時才產(chǎn)生的，而鐵耗則是在電動機(jī)工作的過程中，定子以及轉(zhuǎn)子鐵芯中產(chǎn)生了電流，從而產(chǎn)生損耗，其大小與輸入電壓有關(guān)。事實(shí)上，電動機(jī)還存在其他損耗，但是相比之下這些損耗都比較小，因此忽略不計(jì)。

三相異步電動機(jī)的節(jié)能控制原理就是當(dāng)電壓下降的時候，能夠采用適當(dāng)降低電源電壓的方式，進(jìn)而降低電動機(jī)中的鐵耗，由于電壓減小，電流也會相應(yīng)地變小，因此，也同時降低了電動機(jī)中的銅耗，從而降低了電動機(jī)的損耗。一般情況下，我們會通過檢測功效因數(shù)的方法來檢測電動機(jī)的負(fù)荷大小，比如電動機(jī)負(fù)荷增大，其功效因數(shù)就會增大，相反，電動機(jī)功效因數(shù)就相應(yīng)減小。三相異步電動機(jī)的節(jié)能控制一般要考慮3個問題：一是電動機(jī)負(fù)荷較低時如何降低其總能耗；二是負(fù)荷較低時怎么減少總輸出功效；三是電動機(jī)在任何負(fù)荷條件下工作時，怎么找到減少輸出功效的最佳點(diǎn)。圖4所示為電動機(jī)的節(jié)能控制原理。

結(jié)語

總而言之，三相異步電動機(jī)的起動以及控制看似容易，事實(shí)并非如此，電動機(jī)對于我國發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。當(dāng)下技術(shù)人員最應(yīng)該重視的問題就是提高三相異步電動機(jī)的功效，從上文能夠得知，電動機(jī)自身的損耗將耗費(fèi)大量的電能，這對以后的發(fā)展會產(chǎn)生不利的影響。因此我們需要從現(xiàn)在開始，進(jìn)一步探究電動機(jī)的節(jié)能控制，充分領(lǐng)會節(jié)能控制的原理，設(shè)計(jì)最優(yōu)方案指導(dǎo)實(shí)際，若能更好地解決電動機(jī)損耗問題，必將為我國帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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