交流異步電機(jī)軟起動(dòng)及優(yōu)化節(jié)能控制技術(shù)研究

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1、交流異步電機(jī)軟起動(dòng)及優(yōu)化節(jié)能控制技術(shù)研究摘?要：本文對(duì)交流異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)和優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行問(wèn)題作了全面的分析和研究，提出了異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和運(yùn)行的綜合控制方案。并研制成功了智能馬達(dá)優(yōu)化控制器（IMOC）。關(guān)鍵詞：異步電動(dòng)機(jī)?軟起動(dòng)?節(jié)能運(yùn)行?智能馬達(dá)優(yōu)化控制器。?1?前?言???目前在工礦企業(yè)中使用著大量的交流異步電動(dòng)機(jī)（包括380V/660V低壓電動(dòng)機(jī)和3KV/6KV中壓電動(dòng)機(jī)），有相當(dāng)多的異步電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)系統(tǒng)還處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀態(tài)，白白地浪費(fèi)掉大量的電能。究其原因，大致是由以下幾種情況造成的：①由于

2、大部分電機(jī)采用直接起動(dòng)方式，除了造成對(duì)電網(wǎng)及拖動(dòng)系統(tǒng)的沖擊和事故之外，8~10倍的起動(dòng)電流造成巨大的能量損耗。　?、谠谶M(jìn)行電動(dòng)機(jī)容量選配時(shí)，往往片面追求大的安全余量，且層層加碼，結(jié)果使電動(dòng)機(jī)容量過(guò)大，造成“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)偏離最佳工況點(diǎn)，運(yùn)行效率和功率因數(shù)降低?！　、蹚碾妱?dòng)機(jī)拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械自身的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性考慮，往往要求電力拖動(dòng)系統(tǒng)具有變壓、變速調(diào)節(jié)能力，若用定速定壓拖動(dòng)，勢(shì)必造成大量的額外電能損失。???電動(dòng)機(jī)的非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況，早已引起國(guó)家有關(guān)部門(mén)的重視，并分別于1990年和1995年制定

3、和修定了一個(gè)強(qiáng)制性的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》（GB12497-1995）。希望依此來(lái)規(guī)范三相異步電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，國(guó)標(biāo)的發(fā)布對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起了很大的促進(jìn)作用，但對(duì)中壓電動(dòng)機(jī)則收效甚微。其原因是：（1）中壓電動(dòng)機(jī)一般容量較大，一旦發(fā)生故障，其影響也大，因此對(duì)節(jié)電措施的可靠性的要求就更高；（2）中壓電動(dòng)機(jī)節(jié)電措施受電力電子功率器件耐壓水平的限制，節(jié)電產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)在技術(shù)上難度更大一些。??到目前為上，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成型的中壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)和節(jié)電運(yùn)行的產(chǎn)品面市。2?異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)??由于工業(yè)生產(chǎn)機(jī)

4、械的不斷更新和發(fā)展，對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能提出了越來(lái)越高的要求，歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方面：①要求電動(dòng)機(jī)有足夠大的，并且能平穩(wěn)提升的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和符合要求的機(jī)械特性曲線(xiàn)；②盡可能小的起動(dòng)電流；③起動(dòng)設(shè)備盡可能簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，起動(dòng)操作方便；④起動(dòng)過(guò)程中的功率消耗應(yīng)盡可能的少。根據(jù)以上相互矛盾的要求和電網(wǎng)的實(shí)際情況，通常采用的起動(dòng)方式有兩種：一種是在額定電壓下的直接起動(dòng)方式，另一種是降壓起動(dòng)方式。2.1?直接起動(dòng)的危害???直接起動(dòng)是最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方式，起動(dòng)時(shí)通過(guò)閘刀或接觸器將電動(dòng)機(jī)直接接到電網(wǎng)上。直接起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)

5、設(shè)備簡(jiǎn)單，起動(dòng)速度快。但是直接起動(dòng)的危害很大；①電網(wǎng)沖擊：過(guò)大的起動(dòng)電流（空載起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的4~7倍，帶載起動(dòng)時(shí)可達(dá)8~10倍或更大），會(huì)造成電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，還可能使欠壓保護(hù)動(dòng)作，造成設(shè)備的有害跳閘。同時(shí)過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機(jī)壽命?！　、跈C(jī)械沖擊：過(guò)大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損，導(dǎo)致?lián)舸龣C(jī)；轉(zhuǎn)軸扭曲，聯(lián)軸節(jié)、傳動(dòng)齒輪損傷和皮帶撕裂等?！　、蹖?duì)生產(chǎn)機(jī)械造成沖擊：起動(dòng)過(guò)程中的壓力突變往往造成泵系統(tǒng)管

6、道、閥門(mén)的損傷，縮短使用壽命；影響傳動(dòng)精度，甚至影響正常的過(guò)程控制。???所有這些都給設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)威脅，同時(shí)也造成過(guò)大的起動(dòng)能量損耗，尤其當(dāng)頻繁起停時(shí)更是如此。因此對(duì)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)有以下限制條件：　?、偕a(chǎn)機(jī)械是否允許拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)，這是先決條件；②電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)不大于供電變壓器容量的10~15%；③起動(dòng)過(guò)程中的電壓降△U應(yīng)不大于額定電壓的15%。對(duì)于中、大功率的電動(dòng)機(jī)一般都不允許直接起動(dòng)，而要求采用一定的起動(dòng)設(shè)備，方可完成正常的起動(dòng)工作。2.2?老式降壓起動(dòng)方式的適用場(chǎng)合及性能比較：??

7、?降壓起動(dòng)的目的是減小起動(dòng)電流，但它同時(shí)也使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降了。對(duì)于重載起動(dòng)，帶有大的峰值負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械，就不能用這種方式起動(dòng)。傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)有以下幾種方法：（1）星形/三角形轉(zhuǎn)換器：這種方法適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用△接法的電動(dòng)機(jī)。定子有六個(gè)接頭引出，接到轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上，起動(dòng)時(shí)采用星形接法，起動(dòng)完畢后再切換成△接法。起動(dòng)電壓為220V，運(yùn)行電壓為380V。這種起動(dòng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，起動(dòng)過(guò)程中消耗能量少。缺點(diǎn)是有二次電流沖擊，設(shè)備故障率高，需要經(jīng)常維護(hù)，所以不宜使用在頻繁起動(dòng)的設(shè)備上。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由

8、于瞬變電勢(shì)和電動(dòng)機(jī)剩磁產(chǎn)生的電勢(shì)往往與電源電壓有相位差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓相加，引起過(guò)大的沖擊電流和電磁轉(zhuǎn)矩，因此大大地限制了它的使用。由于起動(dòng)電壓為運(yùn)行電壓的，故其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1/3，只能用在空載或輕載（負(fù)載率小于1/3）起動(dòng)的設(shè)備。在電動(dòng)機(jī)輕載或空載運(yùn)行時(shí)，也可利用該起動(dòng)設(shè)備作降壓運(yùn)行，以提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率。??（2）自耦變壓器降壓起動(dòng)：三相自耦變壓器（也稱(chēng)補(bǔ)償器）高壓邊接電網(wǎng)，低壓邊接電動(dòng)機(jī)，一般有幾個(gè)分接頭，可選擇不同