交流異步電機軟起動及優(yōu)化節(jié)能控制技術全面分析與研究

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1、摘?要：本文對交流異步電動機的軟起動和優(yōu)化節(jié)能運行問題作了全面的分析和研究，提出了異步電動機起動和運行的綜合控制方案。并研制成功了智能馬達優(yōu)化控制器（IMOC）。關鍵詞：異步電動機?軟起動?節(jié)能運行?智能馬達優(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機（包括380V/660V低壓電動機和3KV/6KV中壓電動機），有相當多的異步電動機及其拖動系統(tǒng)還處于非經濟運行的狀態(tài)，白白地浪費掉大量的電能。究其原因，大致是由以下幾種情況造成的：　　①由于大部分電機采用直接起動方式，除了造成對電網及拖動系統(tǒng)的沖擊和事故之外，8~10

2、倍的起動電流造成巨大的能量損耗。　　　?、谠谶M行電動機容量選配時，往往片面追求大的安全余量，且層層加碼，結果使電動機容量過大，造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象，導致電動機偏離最佳工況點，運行效率和功率因數降低。　　　?、蹚碾妱訖C拖動的生產機械自身的運行經濟性考慮，往往要求電力拖動系統(tǒng)具有變壓、變速調節(jié)能力，若用定速定壓拖動，勢必造成大量的額外電能損失。　　電動機的非經濟運行情況，早已引起國家有關部門的重視，并分別于1990年和1995年制定和修定了一個強制性的國家標準：《三相異步電動機經濟運行》（GB12497-1995）。希望依此來規(guī)范三相異步電動機

3、的經濟運行，國標的發(fā)布對低壓電動機的經濟運行起了很大的促進作用，但對中壓電動機則收效甚微。其原因是：　　（1）中壓電動機一般容量較大，一旦發(fā)生故障，其影響也大，因此對節(jié)電措施的可靠性的要求就更高；　?。?）中壓電動機節(jié)電措施受電力電子功率器件耐壓水平的限制，節(jié)電產品的開發(fā)在技術上難度更大一些?！　〉侥壳盀樯希瑖鴥壬袩o成型的中壓電動機軟起動和節(jié)電運行的產品面市。2?異步電動機的軟起動　　由于工業(yè)生產機械的不斷更新和發(fā)展，對電動機的起動性能提出了越來越高的要求，歸納起來有以下幾個方面：　　①要求電動機有足夠大的，并且能平穩(wěn)提升的起動轉矩和符合要求的

4、機械特性曲線；　?、诒M可能小的起動電流；　　③起動設備盡可能簡單、經濟、可靠，起動操作方便；　?、芷饎舆^程中的功率消耗應盡可能的少。根據以上相互矛盾的要求和電網的實際情況，通常采用的起動方式有兩種：一種是在額定電壓下的直接起動方式，另一種是降壓起動方式。2.1?直接起動的危害　　直接起動是最簡單的起動方式，起動時通過閘刀或接觸器將電動機直接接到電網上。直接起動的優(yōu)點是起動設備簡單，起動速度快。但是直接起動的危害很大；　?、匐娋W沖擊：過大的起動電流（空載起動電流可達額定電流的4~7倍，帶載起動時可達8~10倍或更大），會造成電網電壓下降，影響其他

5、用電設備的正常運行，還可能使欠壓保護動作，造成設備的有害跳閘。同時過大的起動電流會使電機繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機壽命。　　　?、跈C械沖擊：過大的沖擊轉矩往往造成電動機轉子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損，導致?lián)舸龣C；轉軸扭曲，聯(lián)軸節(jié)、傳動齒輪損傷和皮帶撕裂等?！　　　、蹖ιa機械造成沖擊：起動過程中的壓力突變往往造成泵系統(tǒng)管道、閥門的損傷，縮短使用壽命；影響傳動精度，甚至影響正常的過程控制。???所有這些都給設備的安全可靠運行帶來威脅，同時也造成過大的起動能量損耗，尤其當頻繁起停時更是如此。因此對電動機直接起動有以下限制條件：

6、　　　?、偕a機械是否允許拖動電動機直接起動，這是先決條件；　　②電動機的容量應不大于供電變壓器容量的10~15%；　　③起動過程中的電壓降△U應不大于額定電壓的15%。對于中、大功率的電動機一般都不允許直接起動，而要求采用一定的起動設備，方可完成正常的起動工作。2.2?老式降壓起動方式的適用場合及性能比較：　　降壓起動的目的是減小起動電流，但它同時也使起動轉矩下降了。對于重載起動，帶有大的峰值負載的生產機械，就不能用這種方式起動。傳統(tǒng)的降壓起動有以下幾種方法：　　（1）星形/三角形轉換器：這種方法適用于正常運行時定子繞組采用△接法的電動機。定

7、子有六個接頭引出，接到轉換開關上，起動時采用星形接法，起動完畢后再切換成△接法。起動電壓為220V，運行電壓為380V。這種起動設備的優(yōu)點是起動設備簡單，起動過程中消耗能量少。缺點是有二次電流沖擊，設備故障率高，需要經常維護，所以不宜使用在頻繁起動的設備上。在轉換過程中，由于瞬變電勢和電動機剩磁產生的電勢往往與電源電壓有相位差，嚴重時會產生電壓相加，引起過大的沖擊電流和電磁轉矩，因此大大地限制了它的使　用。由于起動電壓為運行電壓的?，故其起動轉矩為額定轉矩的1/3，只能用在空載或輕載（負載率小于1/3）起動的設備。在電動機輕載或空載運行時，也可

8、利用該起動設備作降壓運行，以提高電動機的功率因數和效率。???　?。?）自耦變壓器降壓起動：三相自耦變壓器（也稱補償器）高壓邊接電網，低壓邊接電動機，