交流異步電機軟起動節(jié)能控制

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1、節(jié)能減排交流異步電機軟起動節(jié)能控制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(jīng)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(wǎng)及拖動系統(tǒng)的沖擊和事故之外，8～10倍的起動電流也造成巨大的能量損耗;(2)在進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(jié)果使電動機容量過大，造成“大馬拉小車”的現(xiàn)象，導(dǎo)致電動機偏離最佳工況點，運行效率和功率因數(shù)降低;(3)從電動機拖動的生產(chǎn)機械自身的運行經(jīng)濟性考慮

2、，往往要求電力拖動系統(tǒng)具有變壓、變速調(diào)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(jīng)濟運行情況，早已引起國家有關(guān)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：(GB124971995)三相異步電動機經(jīng)濟運行。希望依此來規(guī)范三相異步電動機的經(jīng)濟運行，國標的發(fā)布對低壓電動機的經(jīng)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;(2)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(chǎn)品的開發(fā)在技術(shù)上難度更大一些。到目前為上，國內(nèi)尚無定型的中

3、壓電動機軟起動和節(jié)電運行的產(chǎn)品面市。2異步電動機的軟起動由于工業(yè)生產(chǎn)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：節(jié)能減排(1)要求電動機有足夠大的，并且能平穩(wěn)提升的起動轉(zhuǎn)矩和符合要求的機械特性曲線;(2)盡可能小的起動電流;(3)起動設(shè)備盡可能簡單、經(jīng)濟、可靠，起動操作方便;(4)起動過程中的功率損耗應(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(wǎng)上。直接起動的優(yōu)點是起動設(shè)備簡

4、單，起動速度快，但是直接起動的危害很大：(1)電網(wǎng)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(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備的正常運行，還可能使欠壓保護動作，造成設(shè)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;(2)機械沖擊：過大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電動機轉(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，轉(zhuǎn)軸扭曲，聯(lián)軸節(jié)、傳動齒輪損傷和皮帶撕裂等;(3)對生產(chǎn)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(shè)備的安全可靠

5、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：(1)生產(chǎn)機械是否允許拖動節(jié)能減排電動機直接起動，這是先決條件;(2)電動機的容量應(yīng)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(yīng)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(shè)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(zhuǎn)矩下降了。對于重載起動，帶有大的峰值負載的生產(chǎn)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(zhuǎn)換器：這種

6、方法適用于正常運行時定子繞組采用△接法的電動機。定子有六個接頭引出，接到轉(zhuǎn)換開關(guān)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(shè)備的優(yōu)點是起動設(shè)備簡單，起動過程中消耗能量少。缺點是有二次電流沖擊，設(shè)備故障率高，需要經(jīng)常維護，所以不宜使用在頻繁起動的設(shè)備上。在轉(zhuǎn)換過程中，由于瞬變電勢和電動機剩磁產(chǎn)生的電勢往往與電源電壓有相位差，嚴重時會產(chǎn)生電壓相加，引起過大的沖擊電流和電磁轉(zhuǎn)矩，因此大大地限制了它的使用。由于起動電壓為運行電壓的1/，故其起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1/3，只能用在空載或輕載(負載率小于1/3)起動的設(shè)備。在電動機輕載或空載運行時，也可

7、利用該起動設(shè)備作降壓運行，以提高電動機的功率因數(shù)和效率。(2)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(wǎng)，低壓邊接電動機，一般有幾個分接頭，可選擇不同的電壓比，相對于不同起動轉(zhuǎn)矩的負載。在電動機起動后再將其切除。其優(yōu)點是起動電壓可以選擇，如0.65、0.8或0.9UN，以適應(yīng)不同負載的要求。缺點是體積大，重量重，且要消耗較多有色金屬，故障率高，維修費用高。(3)磁控軟起動器：磁控