張乃標(biāo)

(棗莊學(xué)院物理與電子工程系,山東棗莊 277160)

三相異步電動機(jī)起動方案選擇

張乃標(biāo)

(棗莊學(xué)院物理與電子工程系,山東棗莊 277160)

本文介紹了三相異步電動機(jī)的起動性能和常用起動方法的特點(diǎn),分析了不同負(fù)載對電動機(jī)起動的要求,推薦了各種負(fù)載情況下的優(yōu)選起動方案.

電動機(jī);起動;方案選擇＊

0 引言

由于電能的生產(chǎn)、儲存、輸送和分配比較方便,電動機(jī)的類型和規(guī)格繁多,性能各異,可以充分地滿足各類生產(chǎn)機(jī)械的需要,并且電機(jī)易于控制,便于實(shí)現(xiàn)自動化,因此絕大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電動機(jī)拖動.因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜,而且性能良好、運(yùn)行可靠,所以電力拖動系統(tǒng)中應(yīng)用最多的是三相異步電動機(jī).每臺電動機(jī)都存在著起動問題,面對不同的負(fù)載要使電動機(jī)順利起動并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就必須選擇合理的起動方案.

1 三相異步電動機(jī)的起動性能

1.1 起動性能指標(biāo)

三相異步電動機(jī)的起動性能包括下列幾項(xiàng):(1)起動電流倍數(shù);(2)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù); (3)起動時間;(4)起動時繞組中消耗的能量和繞組的發(fā)熱;(5)起動設(shè)備的簡單性和可靠性;(6)起動時的過渡過程.其中最重要的是起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的大小.

1.2 起動性能分析

普通的三相異步電動機(jī)直接起動時,往往起動電流Ist很大,而起動轉(zhuǎn)矩Tst較小.因?yàn)槿喈惒诫妱訖C(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T=CTΦmI2coφs2,其中轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子功率因數(shù)co sφ2轉(zhuǎn)矩常數(shù)C由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定,Φ為電機(jī)氣隙磁場磁通最Tm大值.上述公式中s為轉(zhuǎn)差率,R2為轉(zhuǎn)子電阻,X2、E2分別為轉(zhuǎn)子靜止時的電抗和電動勢.

由于起動時轉(zhuǎn)差率較大(起動瞬間s=1),轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很小,所以起動轉(zhuǎn)矩不大,但轉(zhuǎn)子繞組中

的電流很大,從而使得定子繞組中的電流相應(yīng)增大,一般為額定電流的4～7倍,這么大的起動電流起動瞬間將產(chǎn)生較大的壓降,使電網(wǎng)電壓波動過大,影響電網(wǎng)上其它電機(jī)和設(shè)備的正常運(yùn)行,而且過大的起動電流會使電機(jī)本身受到電磁力的沖擊,如果經(jīng)常起動便造成繞組過熱而使絕緣老化,減少使用壽命,而起動轉(zhuǎn)矩不夠?qū)⑹闺妱訖C(jī)根本無法起動.

2 常用起動方法性能比較

2.1 三相鼠籠型異步電動機(jī)常用起動方法比較

起動方法全壓起動ㄚ-Δ轉(zhuǎn)換減壓定子電路串電阻或電抗減壓自耦變壓器減壓定子線電壓UNUNkUNKAUN定子相電壓UNP1 3UNkUNPKAUNP定子相電流I1PI1Pk I1PKAI1P定子線電流I11 3 13 I1k I1KA1t電源電流I113I1k I1K2AI1起動轉(zhuǎn)矩Tst13Tstk2TstK2ATst特點(diǎn)簡單方便, Ist大,Tst不大.設(shè)備簡單,費(fèi)用低,Ist較小,Tst小.費(fèi)用較大,Ist較小,Tst較大.可靈活選擇電壓. Ist較小,Tst較小;串接電阻時損耗大.

表中k為起動電壓與額定電壓之比,KA為自耦變壓器的降壓比.

2.2 三相繞線型異步電動機(jī)常用起動方法比較

起動方法轉(zhuǎn)子電路串固體電阻轉(zhuǎn)子電路串頻敏電阻轉(zhuǎn)子電路串液體電阻起動電流小較大小起動轉(zhuǎn)矩大較小大起動時間短較長短允許時間較短短長能量消耗較低較高低起動溫升較高高低平滑性差較好好適應(yīng)范圍較小小廣

3 不同負(fù)載情況下的起動方案選擇

3.1 小功率三相異步電動機(jī)的輕載起動

小功率電動機(jī)的起動電流盡管可能達(dá)到額定電流的7倍,但與電源容許電流相比是較小的,不會對電網(wǎng)造成過大的沖擊,而輕載起動需要的起動轉(zhuǎn)矩又比較低,因此小功率三相異步電動機(jī)(一般規(guī)定7.5kW以下)輕載時可以直接起動(全壓起動),7.5 kW以上必須滿足如下條件:

如果不能滿足上述要求或起動過于頻繁者,必須采取措施以限制起動電流.

3.2 大功率三相異步電動機(jī)的輕載起動

大功率電動機(jī)起動時會對電網(wǎng)造成比較大的沖擊,因此這時的主要問題是電流,降低電流的方法主要靠降低電壓.起動電流:

式中U1為定子相電壓,R′2、X′2為等效折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電阻和轉(zhuǎn)子電抗.

降壓起動時,起動電流與定子電壓成比例降低,待轉(zhuǎn)速升高到一定值,恢復(fù)全電壓.起動轉(zhuǎn)矩:

式中KT是由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的常數(shù),p為電機(jī)極對數(shù),f1為定子電壓頻率.

可見通過降低電壓減小起動電流時,起動轉(zhuǎn)矩也隨之減小,而且比起動電流降低的幅度更大,因此減壓起動只適用于空載或輕載起動的電動機(jī).常用的方法有ㄚ-Δ轉(zhuǎn)換減壓、定子電路串電阻或電抗減壓、自耦變壓器減壓.

ㄚ-Δ轉(zhuǎn)換減壓起動,設(shè)備簡單、體積小、無損耗,起動電流小,但起動轉(zhuǎn)矩小,不能按不同的負(fù)載選擇起動電壓,且只適用于正常運(yùn)行時定子繞組為三角形接法的電動機(jī).定子串電阻或電抗減壓起動方法簡單,但串電阻起動耗能較多,主要用于低壓電動機(jī),串電抗起動投資較大,主要用于高壓大功率電動機(jī).自耦變壓器減壓起動不受電動機(jī)繞組連接的影響,可以根據(jù)需要選擇分接頭,但設(shè)備體積大,投資高,維護(hù)麻煩,適用于容量較大帶較重負(fù)載起動且不頻繁的場合.

3.3 小功率三相異步電動機(jī)的重載起動

這種情況的主要問題是起動轉(zhuǎn)矩不足,而小功率三相異步電動機(jī)一般為鼠籠型,解決的辦法是用特殊電機(jī)獲得高起動轉(zhuǎn)矩,主要有高轉(zhuǎn)差率電機(jī)、深槽式電機(jī)和雙籠型電機(jī).從上述起動電流公式和起動轉(zhuǎn)矩公式可以看出,增大轉(zhuǎn)子電阻既可限制起動電流又可提高起動轉(zhuǎn)矩.

高轉(zhuǎn)差率異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不是普通的鋁條,而是采用電阻率較高的鋁合金.這種電機(jī)過載能力強(qiáng),但功率因數(shù)低,正常運(yùn)行時損耗較大,效率較低.所以只適用于頻繁起動的場合,主要是起重運(yùn)輸機(jī)械.深槽式異步電動機(jī)是利用起動過程中轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的集膚效應(yīng)使起動時的轉(zhuǎn)子電阻增大,改善起動性能又不降低正常運(yùn)行效率,但功率因數(shù)和過載能力有所降低,適用于需要重載起動而對過載能力要求不高的場合.雙籠型異步電動機(jī)利用集膚效應(yīng)改善了起動性能,又保證了基本的運(yùn)行性能,但電機(jī)價(jià)格較高,一般用于要求起動轉(zhuǎn)矩較高的場合.

3.4 大功率三相異步電動機(jī)的重載起動

此種情況下既要有較高的起動轉(zhuǎn)矩又要限制起動電流,若高起動轉(zhuǎn)矩的籠型異步電動機(jī)不能滿足要求,可以采用繞線型異步電動機(jī),在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)合適的電阻,既可提高起動轉(zhuǎn)矩又能降低起動電流.因而,要求起動轉(zhuǎn)矩大或起動頻繁的生產(chǎn)機(jī)械常采用繞線型異步電動機(jī)拖動.大功率電動機(jī)一般為繞線型.

三相繞線型異步電動機(jī)常用的起動方法有轉(zhuǎn)子串固體電阻、頻敏電阻或液體電阻.大功率繞線型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串固體電阻起動,不能無級調(diào)節(jié),起動不夠平滑.為了減小沖擊,應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串入多級對稱電阻,并隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸切除起動電阻,因此設(shè)備投資大,操作、維修不便.串頻敏電阻器起動,結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便,可以無級調(diào)節(jié),但起動電流較大、功率因數(shù)低,使起動轉(zhuǎn)矩受到限制,且不同容量的電動機(jī)要配不同規(guī)格的頻敏變阻器.轉(zhuǎn)子回路串液體電阻,能連續(xù)無級調(diào)節(jié)使電機(jī)平滑起動,具有起動轉(zhuǎn)矩大、起動電流小、起動時間短、功率因數(shù)高、噪聲小、溫升低、結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn),并且可以通過調(diào)節(jié)液體濃度來改變阻值,使一臺起動器適應(yīng)不同功率的電動機(jī),因此是大功率電動機(jī)重載起動的首選方案.

4 結(jié)語

三相異步電動機(jī)的起動存在兩種矛盾:一是電動機(jī)起動電流大,供電網(wǎng)絡(luò)承受沖擊電流能力有限;二是電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩小,而負(fù)載要求有足夠的起動轉(zhuǎn)矩.我們總是希望在起動電流比較小的情況下,能獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩.為了使電動機(jī)能夠順利起動又不對電網(wǎng)造成沖擊,并考慮電機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及投資和使用費(fèi)用等,應(yīng)針對不同的負(fù)載情況和對起動條件的要求,結(jié)合實(shí)際情況對起動方案做出合理的選擇.

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AbstractThis paper introduces the three-phase asynchronous motor and the start-up of commonly used method of starting the characteristics of the different load requirements of the motor starter,recommended under various load conditions Optimization Start programme.

Keywords:Motor Starting Options

Three-phase Asynchronous Motor Starter Options

ZHANG Nai-biao
(Physics Department,Zaozhuang College,Zaozhuang 277160,China)

TM 918

A

1004-7077(2010)02-0098-04

2009-11-06

張乃標(biāo)(1964-),男,山東郯城人,棗莊學(xué)院物理與電子工程系工程師,主要從事電機(jī)電器控制及節(jié)能研究.

[責(zé)任編輯:陳慶朋]