異步電機(jī)軟運(yùn)行機(jī)理探究

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　一、異步電機(jī)軟起動(dòng)

　　異步電機(jī)軟起動(dòng)器可減小電動(dòng)機(jī)硬起動(dòng)引起的電網(wǎng)電壓降，使之不影響與其共網(wǎng)的其它電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。可減小電動(dòng)機(jī)的沖擊電流，沖擊電流會(huì)造成電動(dòng)機(jī)局部溫升過大，降低電動(dòng)機(jī)壽命；可減小硬起動(dòng)帶來的機(jī)械沖擊力和沖擊力加速對所傳動(dòng)機(jī)械（軸、嚙合齒輪等）的磨損；減少電磁干擾，沖擊電流會(huì)以電磁波的形式干擾電氣儀表的正常運(yùn)行。軟起動(dòng)使電動(dòng)機(jī)可以起停自如，減少空轉(zhuǎn)，提高作業(yè)率，因而有節(jié)能作用。

　　對于電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)，大致可分為有級和無級兩種。有級型的軟起動(dòng)有定子串電抗器降壓、液態(tài)電阻降壓、星-三角（y-△）降壓、自耦變壓器降壓和延邊三角形降壓等。無級型軟起動(dòng)有開關(guān)變壓器降壓、磁飽和電抗器降壓、晶閘管串聯(lián)降壓軟起動(dòng)等。由于有級型降壓軟起動(dòng)的調(diào)節(jié)存在一定程度的二次電流沖擊，因此對電機(jī)的軟起動(dòng)效果有限。而在無級型軟起動(dòng)器中，隨著電力電子技術(shù)的提高和功率器件的發(fā)展以及銅、鐵等原材料價(jià)格的大幅上漲，晶閘管串聯(lián)式的高壓軟起動(dòng)裝置越來越被市場所認(rèn)可。

　　二、降壓起動(dòng)原理

　　把三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接通到三相電源上，轉(zhuǎn)子從靜止升速到穩(wěn)定狀態(tài)，這一過程叫起動(dòng)。在合閘的瞬間，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率為1，起動(dòng)電流等于堵轉(zhuǎn)電流，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。隨著轉(zhuǎn)速升高，起動(dòng)電流從堵轉(zhuǎn)電流逐漸下降，最后穩(wěn)定在某個(gè)數(shù)值。較高的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩表明電動(dòng)機(jī)能在較大負(fù)載下起動(dòng)，并獲得較大的加速度，但過大的堵轉(zhuǎn)電流會(huì)在供電線路上產(chǎn)生很大的壓降，使電網(wǎng)電壓波動(dòng)，直接影響到接在該電網(wǎng)上電氣設(shè)備的運(yùn)行。異步電動(dòng)機(jī)的t形等效電路圖。

　　高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置系統(tǒng)所示。晶閘管串聯(lián)的功率單元聯(lián)接在三相高壓電網(wǎng)與電動(dòng)機(jī)之間，控制單元根據(jù)傳感器傳送回來的信號按事先設(shè)定好的起動(dòng)曲線進(jìn)行移相調(diào)節(jié)?？刂茊卧l(fā)出的晶閘管觸發(fā)信號經(jīng)光纖傳送到晶閘管觸發(fā)單元，用來調(diào)整晶閘管的導(dǎo)通角，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整電壓的目的，使得輸出到電動(dòng)機(jī)上的電壓按照一定曲線緩慢上升，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，旁路接觸器吸合，電動(dòng)機(jī)處于旁路運(yùn)行狀態(tài)?？刂茊卧匀贿M(jìn)行在線檢測，負(fù)責(zé)電機(jī)的電壓、電流的顯示及各種故。

　　三、高壓軟起動(dòng)、晶閘管串聯(lián)單元設(shè)計(jì)

　　由于目前國內(nèi)市場應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)大多是6kv和10kv電機(jī)，做為串接在高壓電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)之間的功率執(zhí)行器件，單只晶閘管還不足以承受6kv的高壓，雖然單只晶閘管目前已經(jīng)成熟地發(fā)展到單只耐壓6500v，但考慮到電網(wǎng)波動(dòng)、浪涌及耐壓余量等可靠性因素，在設(shè)計(jì)6kv高壓軟起動(dòng)裝置的時(shí)候，功率單元采用3只晶閘管串聯(lián)的方式來提高耐壓值。同理在設(shè)計(jì)10kv高壓軟起動(dòng)裝置的時(shí)候采用5只晶閘管串聯(lián)組成高壓閥組。

　　（1）單相6kv高壓晶閘管功率閥組所示。scr1～scr6為大功率高壓晶閘管，它們每三個(gè)串聯(lián)后再反并聯(lián)組成單相功率串聯(lián)閥組，以實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)器對交流電機(jī)的控制。這6只晶閘管選用同一廠家、同一型號、同一生產(chǎn)批次的產(chǎn)品，以減小其在生產(chǎn)過程中由于生產(chǎn)工藝的不同而產(chǎn)生的自身特性諸如伏安特性、反向恢復(fù)電荷、開關(guān)時(shí)間和臨界電壓上升率等的差異，影響均壓。r1、r2、r3為靜態(tài)均壓電阻，用以實(shí)現(xiàn)晶閘管的靜態(tài)均壓。靜態(tài)均壓電阻選用無感電阻，阻值為晶閘管阻斷狀態(tài)等效阻值的1/40，且功率留有足夠大的余量。r4、r5、r6和c1、c2、c3共同組成動(dòng)態(tài)均壓網(wǎng)絡(luò)，用以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均壓。通過選擇，各電阻和電容的參數(shù)誤差應(yīng)非常小，電容的取值根據(jù)晶閘管的最大反向恢復(fù)電荷和最小反向恢復(fù)電荷的差值計(jì)算求得。均壓過程主要是由電容c完成的。串聯(lián)的各只晶閘管開關(guān)速度不會(huì)完全一致，而會(huì)稍有差別。電容c上的電壓在靜態(tài)情況下數(shù)值相同，在開關(guān)過程中，由于電容上的電壓不能突變，加在各只晶閘管上的壓降不會(huì)發(fā)生跳變。由于開關(guān)過程中各只晶閘管中電流不一致所造成的影響由電容c的充放電補(bǔ)償。

　?。?）接口單元設(shè)計(jì)。單元包括電壓傳感器接口、電流傳感器接口、光纖傳送接口、故障檢測接口及人機(jī)交互接口等。其中電壓信號采用高阻降壓方式，并考慮到系統(tǒng)兼容性，將電路設(shè)計(jì)成3kv、6kv、10kv通用，以方便產(chǎn)品生產(chǎn)。電流傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)x/5電流互感器加高精度電流霍爾的形式，將信號進(jìn)行相應(yīng)處理后送到cpu進(jìn)行運(yùn)算。高壓與低壓間的信號傳送采用光纖傳輸，既保證信號的實(shí)時(shí)性及可靠性傳輸，又起動(dòng)高低壓隔離作用。信號經(jīng)過接口電路編碼后通過光纖傳送至觸發(fā)單元，觸發(fā)單元將信號解碼并經(jīng)過相應(yīng)處理后用以觸發(fā)晶閘管。觸發(fā)單元的供電采用高位、低位相結(jié)合，每只晶閘管的觸發(fā)電源各自獨(dú)立。人機(jī)接口采用貼膜式軟鍵和液晶顯示屏。液晶顯示屏為4行8列，設(shè)計(jì)成4級菜單管理模式，可預(yù)設(shè)中文及英文顯示。

　　四、軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

　　軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)控制的核心，直接關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。為了適應(yīng)各種不同負(fù)載的應(yīng)用，軟件設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)了多種不同的起動(dòng)曲線，包括電壓斜坡起動(dòng)、限流起動(dòng)、突跳起動(dòng)及軟停車曲線等。同時(shí)設(shè)計(jì)完善的保護(hù)功能，包括短路保護(hù)、過流保護(hù)、過壓、欠壓保護(hù)、晶閘管過熱保護(hù)等。電機(jī)的參數(shù)及各種保護(hù)參數(shù)可由用戶根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用情況自行設(shè)定。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，用6kv/1000kw電機(jī)進(jìn)行了帶載起動(dòng)實(shí)驗(yàn)。電機(jī)額定電壓6kv，額定電流112a，額定轉(zhuǎn)速1480r/min.起動(dòng)電流單相波，起動(dòng)電流平穩(wěn)無沖擊，峰值起動(dòng)電流為額定電流的2.6倍左右，起動(dòng)時(shí)間22s，電網(wǎng)電壓無明顯波動(dòng)，達(dá)到了良好的起動(dòng)效果。

　　本系統(tǒng)以晶閘管串聯(lián)閥組為主功率執(zhí)行器件，通過交流調(diào)壓來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。系統(tǒng)有控制靈活，操作簡單，起動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，可有效緩解電機(jī)起動(dòng)過程中對電網(wǎng)及負(fù)載的沖擊，保護(hù)電機(jī)安全起動(dòng)和運(yùn)行。

　　本系統(tǒng)以晶閘管串聯(lián)閥組為主功率執(zhí)行器件，通過交流調(diào)壓來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)。系統(tǒng)有控制靈活，操作簡單，起動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，可有效緩解電機(jī)起動(dòng)過程中對電網(wǎng)及負(fù)載的沖擊，保護(hù)電機(jī)安全起動(dòng)和運(yùn)行。