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交流异步电机软起动及优化节能控制技术研究

时间:2020-10-29 14:45 点击次数:
   
交换异步电机软起动及优化节能把持技巧研究交换异步电机软起动及优化节能把持技巧研究国度电力企业热工研究院对交换异步电念头的软起动跟优化节能运行问题作了全面的剖析跟研究,提出了异步电念头起动跟运行的综合把持计划。
  并研制胜利了智能马达优化把持器(异步电念头软起动节能运行智能马达优化把持器七T盯o乙让中分类号咒文献标识码文章编号一前言目前在工矿企业中利用着大量的交换异步电念头(包含低压电念头跟中压电念头相称多的异步电念头及其拖动体系还处于非经济运行的状况,白白地挥霍掉大量的电能。
  究其起因,大抵是由以下多少种情况造成的因为大局部电机采取直接起动方法,除了造成对电网及拖动体系的冲击跟事变之外,一倍的起动电流也造成宏大的能量损耗(2)在进行电念头容量选配时,往往片面寻求大的保险余量,且层层加码,结果使电念头容量过大,造成大马拉小车的景象,导致电念头偏离最佳工况点,运行效力跟功率因数降落从电念头拖动的生产机械自身的运行经济性考虑,往往请求电力拖动体系存在变压变速调节才干,若用定速定压拖动,势必造成大量的额定电能丧失。
  电念头的非经济运行情况,早已引起国度有关部分的器重,并分辨于跟制订跟修定了一个强迫性的国度标准一三相异步电念头经济运行。
  盼望依此来标准三相异步电念头的经济运行,国标的宣布对低压电念头的经济运行起了很大的增进作用,但对中压电念头则收效甚微。
  其起因是中压电念头个别容量较大,一旦产生故障,其影响也大,因此对节电办法的坚固性的请求就更高中压电念头节电办法受电力电子功率器件耐压水平的限度,节电产品的开发在技巧上难度更大一些。
  到目前为上,国内尚无定型的中压电念头软起动跟节电运行的产品面市。
  异步电念头的软起动因为产业生产机械的一直更新跟发展,对电念头的起念头能提出了越来越高的请求,演绎起来有以下多少个方面请求电念头有足够大的,并且能平稳晋升的起动转矩跟合乎请求的机械特点曲线尽可能小的起动电流起动设备尽可能简单经济坚固,起动操作便利起动进程中的功率损耗应尽可能的少。
  依据以上彼此抵触的要乞降电网的实际情况,通常采取的起动方法有两种一种是在额定电压下的直接起动方法,另一种是降压起动方法。
  直接起动的迫害直接起动是最简单的起动方法,起动时通过闸刀或噬鱼遮抹枣卿年第翅啥翘易日接触器将电念头直接接到电网上。
  直接起动的优点是起动设备简单,起动速度快,然而直接起动的迫害很大网冲击过大的起动电流(空载起动电流可达额定电流的一倍,带载起动时可达一倍或更大会造成电网电压降落,影响其余用电设备的畸形运行,还可能使欠压维护动作,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热,从而加速绝缘老化,影响电机寿命)机械冲击过大的冲击转矩往往造成电念头转子笼条端环断裂跟定子端部绕组绝缘磨损,导致击穿烧机,转轴扭曲,联轴节传动齿轮伤害跟皮带撕裂等3)对生产机械造成冲击起动进程中的压力渐变往往造成泵体系管道阀门的伤害,缩短利用寿命影响传动精度,甚至影响畸形的进程把持。
  所有这些都始设备的保险坚固运行带来威胁,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。
  因此对电念头直接起动有以下限度前提产机械是否容许拖动电念头直接起动,这是先决前提念头的容量应不大于供电变压器容量的一动进程中的电压降应不大于额定电压的对中大功率的电念头个别都不容许直接起动,而请求采取一定的起动设备,方可实现畸形的起动工作老式降压起动方法的实用处合及机能比较降压起动的目标是减小起动电流,但它同时也使起动转矩降落了。
  对重载起动,带有大的峰值负载的生产机械,就不能用这种方法起动。
  传统的降压起动有以下多少种方法星形三角形转换器这种方法实用于畸形运行时定子绕组采取接法的电念头。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转矩,实现能量变换。其拥有结构简单、运行可靠、价格便宜等优点。
  定子有六个接头引出,接到转换开关上,起动时采取星形接法,起动结束后再切换成接法。
  起动电压为2运行电压为这种起动设备的优点是起动设备简单,起动进程中消耗能量少。
  毛病是有二次电流冲击,设备故障率高,须要经常维护,所以不宜利用在频繁起动的设备上。
  在转换进程中,因为瞬变电势跟电念头剩磁产生的电势往往与电源电压有相位差,重大时会产生电压相加,引起过大的冲击电流跟电磁转矩,因此大大地限度了它的利用。
  因为起动电压为运行电压的厅,故其起动转矩为额定转矩的只能用在空载或轻载负载率小于起动的设备。
  在电念头轻载或空载运行时,也可利用该起动设备作降压运行,以进步电念头的功率因数跟效力。
  自藕变压器降压起动三相自祸变压器(也称弥补器)高压边接电网,低压边接电念头,个别有多少个分接头,可抉择不同的电压比,绝对不同起动转矩的负载。
  在电念头起动后再将其切除。
  其优点是起动电压可能抉择,如或以适应不同负载的请求。
  毛病是体积大,分量重,且要消耗较多有色金属,故障率高,维修用度高。
  磁控软起动器磁控软起动器是利用控磁限幅调压的原理,在电念头起动进程中电压可由一个较低的值平滑地回升到全压,使电念头轴上的转矩匀速增加,起动特点变软,并可实现软停车。
  但其起控电压在左右,用户不可调剂,会有较大的电流冲击,且体积较大。
  串联电杭器或水电阻对高压电机,可在定子线路中串联电抗器或水电阻实现降压起动,待起动实现后再将其切除。
  但电抗器本钱高,水电阻损耗又大。
  串接频敏变阻器或水电队对绕线式异步电念头,可在转子绕组串接频敏变阻器或水电阻实现起动,待起动实现后再将其切除。
  但频敏变阻器本钱高,而水电阻损耗又大。
  其余还有延边三角形起动,定子串电阻起动等方法。
  值得指出的是只管各种老式降压起动方法各有其优毛病,但它们有一个独特的优点就是不谐波沾染。
  新型的电子式软起动器随着电力电子技巧跟微机把持技巧的发展,国内外接踵开发出一系列电子式起动把持设备,用于异步电念头的起动把持,以取代传统的降压起动设备。电机厂家通过上述分析可以总结出电动机工作原理为:当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
  新型的电子式软起动器的主电路个别都采取晶闸管调压电路,调压电路由六只晶闸管两两反向并联组成,串接于电念头的三相供电线路上。
  当起动器的微机把持体系接到起动指令后,便进行有关的盘算,输出晶闸管的触发信号,通过把持晶闸管的导通角使起动器按所设计的模式调节输出电压,以把持电念头的起动进程。
  当起动进程实现后,个别起动器将旁路接触器吸合,短路掉所有的晶闸管主电路,使电念头直接投人电网运行,以避免不必要的电能损耗,软起动器的把持框如所示。
  所谓软起动实际上就是依照预先设定的把持模式进行的降压起动进程。
  目前的软起动器个别有以下多少种起动方法限流软起动限流起动顾名思义就是在电念头的起动进程中限度其起动电流不超过某一设定值交换异步电机软起动及优化节能把持技巧研究旁路接触器(畸形运行)二二人破r扫入多少电压检测驱动电路电流检测盘算机含糊把持体系键盘显示器电多少斜坡起动之人参华井二》一少尸逐个逐个二蝴城硫门了才如r以介再沪软起动器的把持框)的软起动方法。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转矩,实现能量变换。其拥有结构简单、运行可靠、价格便宜等优点。
  重要用在轻载起动的负载的降压起动,其输出电压从零开端敏捷增加,直到其输出电流达到预先设定的电流限值多少而后在坚持输出电流的前提下逐步升高电压,直到额定电压,使电念头转速逐步升高,直到额定转速。
  这种起动方法的优点是起动电流小,且可按须要调剂,起动电流的限值必须依据电念头的起动转矩来设定,设置过小,将会使起动失败或烧毁电机。)对电网电压影响小。
  其毛病是在起动时难以晓得起动压降,不能充分利用压降空间,丧失起动转矩,起动时光绝对较长。
  电压抖坡起动输出电压由小到大斜坡线性回升,将传统的降压起动变有级为无级,重要用在重载起动。
  它的毛病是起动转矩小,且转矩特点呈抛物线型回升对起动不利,且起动时光长,对电机不利。
  改进的方法是采取双斜坡起动输出电压先敏捷升至为电念头起动所需的最小转矩所对应的电压值,而后按设定的速率逐步升压,直至达到额定电压。
  初始电压及电压回升率可依据负载特点调剂。
  这种起动方法的特点是起动电流绝对较大,但起动时光绝对较短,实用于重载起动的电机。
  (3)转矩把持起动重要用在重载起动,它是按电念头的起动转矩线性回升的法则把持输出电压,它的优点是起动平滑柔性好,对拖动体系有利,同时减少对电网的冲击,是最优的重载起动方法。
  它的毛病是起动时光较长。
  (4)转矩加突跳把持起动转矩加突跳把持起动与转矩把持起动一样也是用在重载起动的场合。
  所不同的是在起动的霎时用突跳转矩,克服拖动体系的静转矩,而后转矩平滑回升,可缩短起动时光。
  然而,突跳会给电网发送尖脉冲,烦扰其它负荷,利用时应特别留神。
  (5)电压把持起动电压把持起动是用在轻载起动的场合,在保障起动压降的前提下使电念头获得最大的起动转矩,尽可能地缩短起动时光,是最优的轻载软多少飞各种软起动波形( a)限流起动电压料坡起动)转矩把持起动( d)转矩加突跳把持起动电压把持起动起动方法。
  各种软起动方法的相应起动曲线见停车方法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利益是软停车跟制动停车,软停车消除了拖动体系的反惯性冲击,对水泵就是水锤效应制动停车则在一定场合取代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机能比较见表软起动器的实用处合产设备精巧,不容许起动冲击,否则会造成生产设备跟产品不良结果的场合念头功率较大,若直接起动,请求主变压器容量加大的场合)对电网电压稳定请求严格,对压降请求毛的供电体系)对起动转矩请求不高,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的拖动体系,才适合利用软起动器解决起动冲击问题。
  对需重载或满载起动的设备,若采取软起动器起动,岂但达不到减小起动电流的目标,反而会请求增加软起动器晶闸管的容量,增加本钱若操作不当,还有可能烧毁晶闸管。
  此时只能采取变频软起动。
  因为软起动器调压不调频,转差功率始终存在,不免产生过大的起动电流而变频器采取调频调压方法,可实现无过流软起动,且可供给一倍额定转矩的起动转矩,特别实用于重载起动的设备。
  然而变频器的价格要比软起动器的价格高得多了。
  异步电念头经济运行跟优化节电把持技巧异步电念头降压节电技巧概述对满载或重载运行的电念头,降落其端电压将会造成重大结果,随着端电压的降落,电念头的磁通跟电动势随之减小,铁耗无疑将降落。
  但与此同时,随电压平方变更的电念头转矩也敏捷降落而小于负载转矩,电念头只能依附增大转差率,进步电磁转矩以达到与负载转矩相均衡的状况。
  转差率的增大,引起转子电流增大,同时引起定子跟转子电压间的相角增大,导致定子电流增大,从而使定子跟转子铜耗增加值大超过铁耗的降落值,这时电念头绕组温升将会增高,效力将会降落,甚至产生电念头烧毁事变。
  因此,个别规程都划定了电念头畸形运行时电压变更范畴不得超过额定电压的95一然而对轻载运行的电念头,情况就截然不同,使供电电压恰当降落,在经济上是有利的。
  这是因为在轻载运行时,电念头的实际转差率大大小于额定值,转子电流并不大,在降压运行时,转子电流增加的数值有限。
  而另一方面,却因为电压的降落,使空载电表软起动器与传统降压起动器的比较产品重要机能数字式软起动器磁控降压起动器自锅降压起动器起动特点软特点用户可能调剂特点较硬不能调剂硬特点不能调剂起动电流特点曲线逐个设定的起动电,……
  流二巡兰一贫电流,不可调。N二人:艾少一书仁二下丛头,起始电压一任意可调左右用户不能调左右用户不能调剂献卫多少起动冲击电流无次,约为电机额定电流次,约为电机额定电流的倍入的倍起动电流一用户可视负一八以上,不能调剂一以上,不能调剂载轻重调剂电机转矩特点不冲击转矩,力矩匀速次冲击转矩后,力矩匀勺知跳沃回升,有次冲平滑回升速平滑回升击转知负载适应才干强个别较差是否频繁起动可能个别不能个别不能起动方法限流软起动或电压斜坡区域恒流软起动分段式恒压起动起动任选履行元件电力电子器件磁饱跟电抗器(磁放大自藕变压器把持元件跟把持方位高机能单片盘算机继电器及个别电子元件继电器式含糊把持继电电子把持继电把持整机分量体积轻小较重较大重大外接电缆数量根(进出)根或根(w以上根进出)为进出)交换异步电机软起动及优化节能把持技巧研究流跟铁损大幅减少。
  在这种情况下,电念头的总损耗就可降落,定子温升,运行效力跟功率因数同时得到改良。
  由此可见,电念头的运行经济性与电念头负载率同运行电压是否公道匹配关联极大。
  实际剖析表明电念头的力能指标运行效力与功率因数与其端电压之间存在如下的数量关联沪津远只攀丝翼卫气3一乙二爷摆奥粤一口一甲式中跟为电念头额定工况跟降压运行的转差率甲沪为电念头额定工况跟降压运行的功率因数刀跟刀为电念头额定工况跟降压运行的效力为电念头的调压系数,认(跟为电念头额定电压跟降压运行时的实际电压为电念头的空载电流系数,而人跟为电念头的额定电流跟空载电流)。
  从式争脸出并不是所有的降压行动都能达到节电的目标,只有当电压降落水平大于转差率及功率因数回升水平时,才干使运行效力进步。
  实际上,电念头效力随电压降落而变更的关联呈马鞍形曲线,对应于每一个输出功率(或负载系数),必定存在一个最佳调压系数当二凡时,电念头的损耗最低,效力最高。
  称为电念头的最佳电压调节系数。
  不同负载下最佳电压调节系数可按电念头的负载系数刀由下式判断川艺式中艺尸为电念头额定负载时的有功损耗(尸。
  为电念头的空载损耗为盘算系数,二一乏尸凡为电念头的机械损耗(月为电念头的负载系数,口(八尸为电念头的输出功率,尸为电念头的额定功率文献给出了轻载电念头采取降压节电办法后,节俭电能的盘算公式为节俭的有功功率尸为(芝一尸一艺一节俭的无功功率么Q为一口。)尸一击口。
  卜式中口为电念头带额定负载时的无功功率为电念头的空载无功功率节俭的电能为么通二丑尸式中殉为无功经济当量,当电念头直连电机母线瓜一二次变压取从二三次变压取从一为电念头年运行时光(优化节电的把持依据率因数(衬把持法最早呈现的异步电机优化节电器为沪功率因数把持器,其原理是通过检测电念头运行中的沪值,与预先设定的基准值比较,当实际值低于设定值时,说明电念头为轻载,通过降落电念头的端电压来进步华,直到实际的。0 5明丈量值达到设定值为止,实现了节电沪数值高表明是重载,则升高电机端电压,以保障轴上的输出功率。
  这是一种间接节电法把持对象是电念头的功率因数,而目标是节电。
  因为交换异步电机的最佳功率因数在全工作范畴内呈曲线变更不同制造厂生产的同一规格的异步电机的功率因数呈一定的离散性同一台电机在其寿命期不同阶段,在同一工况下的功率因数也显现一定的离散性,这就给设计跟调剂带来一定的艰苦。
  故这种方法不能达到最佳节电后果,并且实际与实际都已证明,过高的功率因数值对异步电机来说,并不节电。
  最小输入功率法交换异步电机工作时,从电网输人的电功率一局部转换成电机轴上的机械功率八输出,另一局部则是自身的损耗尸,包含铁耗与铜耗两局部。
  其中铁耗与输人电压的平方成正比,而铜耗则与其电流的平方成正比,只有在铜耗即是铁耗时,电机的效力最高,损耗最小。
  最小输人功率法的原理就是在电机工作的任一负载点上,在保障轴上机械功率输出的前提下,通过降落电机的端电压而减小电机自身的损耗,从而达到节能的目标。
  诚然降压可能降落铁耗,而当电压降到一定水平之后,若连续降落,则电流又要增加,因此又增加了铜耗。
  通过微机主动寻优,让铁耗跟铜耗都坚持在最低的水平,也即电压与电流的乘积输人的电功率达到最小值,实现最优节电目标。
  (3)突加负载把持当电念头轴上的负载急剧回升时,又要能在极短的时光内将电压晋升到额定值,保障轴上里鱼丝丛主应担月第_.感豁韶翻有足够的功率输出,否则电机就会产生堵转景象。
  所以微处理器在进行输入功率优化把持的同时,又监督负载功率的变更率,一旦负载功率的变更率超过预先设定的阂值时,即判断为突加负载,破即晋升电机端电压,保障电机对负载变更的疾速响应才干。
  优化节电的实用对象对电机转速无严格请求,及不须要调速运行的场合,特别是对经常大幅度变动的负载,或者长时光处于轻载或空载的电念头,例如轧钢机锻压机抽油机等负载,利用优化节电技巧,可能收到明显的节电后果。
  其节电量视电念头的负载系数及轻载运行的时光是非而定。
  降压起动优化节电盘算实例为一台轻载运行的一型电念头配置一套优化把持体系,着重盘算其起念头能参数跟节电后果。
  一型电念头的原始数据额定功率尸、二额定电压二额定电流人二额定转速最大转矩倍数二最大转矩额定转矩起动电流倍数堵转电流额定电流二起动转矩倍数堵转转矩额定转矩二额定效力刀额定功率因数沪、二电念头额定负载时的有功损耗艺、二电念头的空载损耗尸。
  电念头的空载电流二电念头带额定负载时的无功功率、二电念头的空载无功功率口。二(l)轻载运行降压节电后果盘算不同负载系数下,电念头的最佳调压系数凡的盘算按式行,盘算结果示于表当队时,不同负载系数下,电念头的综合功率损耗芝八的盘算按式(7)进行川,盘算结果示于表芝二尸艺一八,尸(口、一按最佳电压调节系数进行调压后节俭的电量盘算按式式盘算结果示于表(2)降压起动时电念头起动特点估算由电念头的原始数据得悉,电念头直接起动时,起动参数如下起动电流二起动转矩二采取降压起动时,调压系数凡的判断八二二戈,丁j岭式中认为电念头电压,为电念头额定电压,二为生产机械请求的最小起动转矩,当采取轻载起动方法时,代人有

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