電阻器技術(shù)實現(xiàn)電機(jī)的安全平滑啟動
三相交流電動機(jī)從發(fā)明以來,經(jīng)歷了100多年的歷程,在這漫長的歲月里,它為奠定與發(fā)展這項經(jīng)典的傳動技術(shù)樹立了豐碑。又由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價格低廉,而廣泛作用于電力拖動生產(chǎn)機(jī)械的動力,在機(jī)械、化工、紡織和石化等行業(yè)有大量的應(yīng)用。電動機(jī)的運(yùn)行需要配置不同的啟動電阻,同時,對掌握電動機(jī)的起動特性卻一直舉步維艱。這是因為電動機(jī)在恒壓下直接起動,其起動電流約為額定電流的4-7倍,其轉(zhuǎn)速要在很短時間內(nèi)從零升至額定轉(zhuǎn)速,會在起動過程中產(chǎn)生沖擊,很容易使電力拖動對象的傳動機(jī)構(gòu)等造成嚴(yán)重磨損甚至損壞。在起動瞬間大電流的沖擊下,將引起電網(wǎng)電壓降低,影響到電網(wǎng)內(nèi)其它設(shè)備的正常運(yùn)行。同時由于電壓降低,電動機(jī)本身起動也難以完成,造成電機(jī)堵轉(zhuǎn),嚴(yán)重時,可能燒壞電動機(jī)。因而如何減少異步電動機(jī)起動瞬間的大電流的沖擊,是電動機(jī)運(yùn)行中的首要問題。為此必須設(shè)法改善電動機(jī)的起動方法,使達(dá)到電動機(jī)的平滑無沖擊的起動,于是各種限流起動方法也就應(yīng)運(yùn)而生。
大功率電阻器對于鼠籠式異步電機(jī)一般采用定子回路串電抗器分級起動,繞線式異步電機(jī)則采用轉(zhuǎn)子回路串電抗器起動。定子邊串電抗器起動,即增加定子邊電抗值,可理解為降低定子實際所加電壓,其目的是減少起動電流。此起動方式屬降壓起動,缺點(diǎn)是起動轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的降低而成平方關(guān)系下降,外串電阻中有較大的功率損耗。又由于是分級起動,起動特性不平滑。
起動時定子繞組星形連接,起動后三角形連接。大功率電阻在電動機(jī)繞組星形連接時,電動機(jī)電流僅為三角形連接的1/3,遺憾的是電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩也同樣降低到三角形接線時的1/3,為了使電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時達(dá)到它的額定轉(zhuǎn)矩,在經(jīng)歷了預(yù)先設(shè)定的時間后,又從星形接線轉(zhuǎn)換到三角形接線,在轉(zhuǎn)換過程中會出現(xiàn)二次沖擊電流。
當(dāng)電動機(jī)起動時,電動機(jī)的定子通過自耦變壓器接到三相電源上。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速升高到一定值時,自耦變壓器被切除,電動機(jī)定子直接接到電源上,電動機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。同直接起動時相比,當(dāng)電壓降到W2/W1倍時,起動電流和起動轉(zhuǎn)矩降到(W2/W1)2倍(W2/W1為自耦變壓器的變比)。這種起動方式的優(yōu)點(diǎn)是起動時定子電壓的大小可調(diào)。比起定子串電抗起動,當(dāng)限定的起動電流相同時,起動轉(zhuǎn)矩?fù)p失較少。要使變壓器的容量和耐壓水平提高,將使得變壓器的體積增大,成本高,且不允許頻繁起動,同樣也不能帶重負(fù)載起動。
電阻對于繞線式異步電機(jī)來說,如果僅僅是為了限制起動電流、增大起動轉(zhuǎn)矩,則一般采用轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動方式。但此起動方式在頻繁起動下,易發(fā)生溫升,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不常用。
由此可知上述幾種起動方式的共同特點(diǎn)是控制電路簡單,起動轉(zhuǎn)矩基本固定不可調(diào),起動中都存在二次沖擊電流,對負(fù)載機(jī)械有沖擊轉(zhuǎn)矩,且受電網(wǎng)電壓波動的影響,一旦出現(xiàn)電網(wǎng)電壓下降,會造成電機(jī)堵轉(zhuǎn),起動困難,且上述幾種起動方法,在停機(jī)時都是瞬間停機(jī),遇到負(fù)載較重時會造成劇烈的機(jī)械沖擊。
所謂軟起動是指裝置輸出電壓按一定規(guī)律上升,使被控電動機(jī)的電壓由零升到全電壓,轉(zhuǎn)速相應(yīng)的由零平滑加速到額定轉(zhuǎn)速的過程。它是電力電子技術(shù)與自動化控制技術(shù)的綜合,是將強(qiáng)電和弱電結(jié)合起來的控制技術(shù)。在軟起動器中三相電源與被控電機(jī)之間串入三相反并聯(lián)晶閘管,采用反并聯(lián)接線的晶閘管接在電動機(jī)的每相,利用晶閘管移相控制原理,控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角,電動機(jī)起動時,用調(diào)節(jié)6個晶閘管的不完全導(dǎo)通來控制電動機(jī)的供電電源。換言之,起動時只有三相正弦波形的一部分向電動機(jī)供電。
軟起動的優(yōu)點(diǎn)是起動特性曲線好,使晶閘管的導(dǎo)通角從零度開始,逐漸前移,電機(jī)的端電壓從零開始逐漸上升,直至達(dá)到額定電壓,起動電流從零線性上升至設(shè)定值,從而滿足起動轉(zhuǎn)矩的要求,保證起成功。