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交-交變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)電機(jī)的重載起動(dòng)
摘要:給出了電動(dòng)機(jī)的幾種起動(dòng)方式，并分析了其特性，著重介紹了軟起動(dòng)。但本文的目的是解決電動(dòng)機(jī)的重載起動(dòng)，并給出了一種交交變頻的方法來實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞:感應(yīng)電機(jī)軟起動(dòng)交交變頻
Abstract:somestartingmannersofmotoraregivenandanalyzedinthispaper,soft
startingisintroducedemphasizly.Buthowtosolveoverloadingstartingispurposed
andAC-ACvariablefrequencyisgiven.
Keywords:inducingmotorsoftstartingAC-ACvariablefrequency
1引言
三相交流電動(dòng)機(jī)從發(fā)明以來，經(jīng)歷了100多年的歷程，在這漫長(zhǎng)的歲月里，它為奠定與發(fā)展這項(xiàng)經(jīng)典的傳動(dòng)技術(shù)樹立了豐碑，。又由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，而廣泛作用于電力拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的動(dòng)力，在機(jī)械、化工、紡織和石化等行業(yè)有大量的應(yīng)用。然而，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性卻一直舉步維艱。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)在恒壓下直接起動(dòng)，其起動(dòng)電流約為額定電流的4-7倍，其轉(zhuǎn)速要在很短時(shí)間內(nèi)從零升至額定轉(zhuǎn)速，會(huì)在起動(dòng)過程中產(chǎn)生沖擊，很容易使電力拖動(dòng)對(duì)象的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等造成嚴(yán)重磨損甚至損壞。在起動(dòng)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(shí)由于電壓降低，電動(dòng)機(jī)本身起動(dòng)也難以完成，造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時(shí)，可能燒壞電動(dòng)機(jī)。因而如何減少異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間的大電流的沖擊，是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的首要問題。為此必須設(shè)法改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法，使達(dá)到電動(dòng)機(jī)的平滑無沖擊的起動(dòng)，于是各種限流起動(dòng)方法也就應(yīng)運(yùn)而生。
2傳統(tǒng)的起動(dòng)方法
2.1定子串電抗器起動(dòng)
對(duì)于鼠籠式異步電機(jī)一般采用定子回路串電抗器分級(jí)起動(dòng)，繞線式異步電機(jī)則采用轉(zhuǎn)子回路串電抗器起動(dòng)。定子邊串電抗器起動(dòng)，即增加定子邊電抗值，可理解為降低定子實(shí)際所加電壓，其目的是減少起動(dòng)電流。此起動(dòng)方式屬降壓起動(dòng)，缺點(diǎn)是起動(dòng)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(jí)起動(dòng)，起動(dòng)特性不平滑。
2.2星-三角起動(dòng)
起動(dòng)時(shí)定子繞組星形連接，起動(dòng)后三角形連接。在電動(dòng)機(jī)繞組星形連接時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流僅為三角形連接的1/3，遺憾的是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩也同樣降低到三角形接線時(shí)的1/3，為了使電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)達(dá)到它的額定轉(zhuǎn)矩，在經(jīng)歷了預(yù)先設(shè)定的時(shí)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(huì)出現(xiàn)二次沖擊電流。
2.3自耦變壓器起動(dòng)
當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)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(shí)，自耦變壓器被切除，電動(dòng)機(jī)定子直接接到電源上，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。同直接起動(dòng)時(shí)相比，當(dāng)電壓降到W2/W1倍時(shí)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降到(W2/W1)2倍(W2/W1為自耦變壓器的變比)。這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)定子電壓的大小可調(diào)。比起定子串電抗起動(dòng)，當(dāng)限定的起動(dòng)電流相同時(shí)，起動(dòng)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(dòng)，同樣也不能帶重負(fù)載起動(dòng)。
.4頻敏變阻器起動(dòng)
對(duì)于繞線式異步電機(jī)來說，如果僅僅是為了限制起動(dòng)電流、增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，則一般采用轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動(dòng)方式。但此起動(dòng)方式在頻繁起動(dòng)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(dòng)方式的共同特點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩基本固定不可調(diào)，起動(dòng)中都存在二次沖擊電流，對(duì)負(fù)載機(jī)械有沖擊轉(zhuǎn)矩，且受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，一旦出現(xiàn)電網(wǎng)電壓下降，會(huì)造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)，起動(dòng)困難，且上述幾種起動(dòng)方法，在停機(jī)時(shí)都是瞬間停機(jī)，遇到負(fù)載較重時(shí)會(huì)造成劇烈的機(jī)械沖擊。
3軟起動(dòng)
所謂軟起動(dòng)是指裝置輸出電壓按一定規(guī)律上升，使被控電動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，用調(diào)節(jié)6個(gè)晶閘管的不完全導(dǎo)通來控制電動(dòng)機(jī)的供電電源。換言之，起動(dòng)時(shí)只有三相正弦波形的一部分向電動(dòng)機(jī)供電。
軟起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)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(dòng)電流從零線性上升至設(shè)定值，從而滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，保證起成功。表1為軟起動(dòng)同傳統(tǒng)起動(dòng)對(duì)照表。
4重載起動(dòng)方式(交-交變頻起動(dòng))
4.1交-交變頻工作原理
盡管軟起動(dòng)具有起動(dòng)平滑，起動(dòng)時(shí)間等參數(shù)可調(diào)的特性，具有傳統(tǒng)起動(dòng)方法無法比擬的優(yōu)越性，是傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器的理想換代產(chǎn)品。但可控硅調(diào)壓方式的軟起動(dòng)器控制感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，在減小電壓的同時(shí)，供電頻率仍為工頻，使得其功率因數(shù)低，無功功率增加，這決定了其只能應(yīng)用于輕載場(chǎng)合，對(duì)于重載起動(dòng)就勉為其難了。然而在很多場(chǎng)合下，不能保證負(fù)載為輕載起動(dòng)，如球磨機(jī)、破碎機(jī)、空氣壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等，這就使得我們想在降低電壓的同時(shí)，能夠減小供電電壓頻率，即保持V/F不變，保證恒力矩起動(dòng)，因而變頻器變頻起動(dòng)無疑是最好的起動(dòng)設(shè)備，但如果把變頻器僅作起動(dòng)，不調(diào)速，資金浪費(fèi)很大，特別是高壓大容量的通用變頻器價(jià)格就更為昂貴，且感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的重載起動(dòng)只是短時(shí)間的過程，故尋求一種感應(yīng)電機(jī)的重載安全起動(dòng)方法是很有必要的�？v上述幾種起動(dòng)方式可得出采用交-交變頻器來實(shí)現(xiàn)重載起動(dòng)。因?yàn)榻?交變頻沒有中間直流環(huán)節(jié)，僅用一次變換就實(shí)現(xiàn)了變頻，所以效率較高，而且大功率交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)所用的變頻器也主要是交-交變頻來完成的。
交-交變頻的工作原理是讓兩組交流電路按一定頻率交替工作，就可以給負(fù)載輸出該頻率的交流電。改變兩組變流電路的切換頻率，就可以改變輸出頻率;改變變流電路工作時(shí)的控制角α，就可以改變交流輸出電壓的幅值。
如果讓?duì)两遣皇枪潭ㄖ�，在半個(gè)周期內(nèi)讓正組變流電路P的α角按正弦規(guī)律從900逐漸減小到00，然
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