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高壓鼠籠型電動機軟起動技術分析
高壓鼠籠型電動機軟起動技術分析
來源: 未知 發布日期:2019-01-12 09:12 點擊數:未知
    襄陽源創電氣小王告訴我們:電動機的起動過程是指電動機得電后,電動機轉速由靜態(零速)逐漸加速,直到穩定運行狀態的過程。對于高壓大功率籠型異步或同步電動機的起動,實際應用中工程技術人員?紤]兩個方面的問題:
 
    1、電流沖擊的問題
 
    一般地,籠型電機直接起動電流大約為電機額定電流的5~7倍,過大的起動電流沖擊將對電網、負載及電機本身產生較大的影響;同時短時壓降可能大于15%甚至更大。如此一來,嚴重影響到同臺變壓器供電的其它負載。同時過大的壓降,導致電機端電壓過低,起動轉矩不夠,電機起動失;過大的起動電流使電機內部過熱,電機溫升過高,加速電機繞組絕緣過熱老化。
 
    2、機械沖擊的問題
 
    籠型電動機直接起動時,起動電磁轉矩約為額定電磁轉矩的1.4~2.4倍。直接起動產生較大的機械沖擊,會使整個傳動系統受到過大的扭矩力沖擊,容易損壞設備或縮短設備的使用壽命。如轉子籠條斷裂、變速箱齒輪打壞、轉軸變形等等。因此在很多工況中,如空壓機組、風機水泵類負載,并不需要太大的起動轉矩,所以要設法減小起動電磁轉矩。
 
    因而在電動機起動的實際工程設計與應用中,我們總是試圖滿足以下幾個方面:
 
    ①初始起動電磁轉矩小,起動過程平均電磁轉矩足夠大;
 
    ②盡可能地限制電機起動電流;
 
    ③起動設備安全可靠,操作方便,經濟實惠;
 
    ④起動過程功耗小,無諧波污染等等。 2 高壓籠型電動機液態軟起動產品原理與性能
 
    二、液態軟起動技術
 
    1、液態軟起動技術的電氣原理
 
    電動機起動過程中,在電動機定子回路串接液體電阻,起動電流在液體電阻上將產生電壓降,降低了電動機定子繞組上的電壓,起動電流也得到減小,從而達到對主電機降壓限流的目的。
 
    定子側串入液變電阻本質上屬于降壓起動。對于大功率高壓籠型電動機及同步機而言,在電網短路容量及變壓器容量不是足夠大或瞬時機械沖擊過大時,是最佳起動方式之一。
 
    2、液態軟起動產品的工作原理
 
    電機起動時,在電動機定子回路串入一特制液體電阻,該電阻在電機起動初始時刻自動投入,阻值在預定起動時間內均勻無級減小,并在阻值幾近為零時刻切除,實現限制主電機電流及電機轉速無級勻滑上升的目的。
 
    3、特性分析
 
    對于電機降壓限流起動,這里用串可變液阻與串分級切換阻抗作對比定性分析。
 
    (1)圖中起動曲線與橫坐標軸(電磁軸)及縱坐標軸(轉速軸或轉差率軸)包絡的面積大小,反映了起動過程平均電磁轉矩大小,二者成正比關系。
 
    (2)圖中起動曲線與橫軸交叉點(Mq1、Mq2、Mq3、Mq4、Mqe)為起動初始電磁轉矩。ML為額定負載轉矩,對應的轉速為電機額定轉速(Ne)。Mm為最大電磁轉矩。
 
    (3)起動電磁轉矩大小反映初始起動電流大小,平均電磁轉矩大小反映起動時間長短。從上圖串可變液阻降壓起動特性曲線可以看出,其初始起動電磁轉矩很小,平均起動電磁轉矩足夠大,因此初始起動電流小,而起動時間不長。
 
    4、 高壓電動機可變液阻軟起動所面臨的問題
 
    (1)電化學性能與導電介質的穩定性;
 
    (2)液溫變化對電液飽合度及阻值的影響;
 
    (3)電液的發熱、散熱與液箱容積;
 
    (4)起動過程中電液阻值在變化中的三相平衡性;
 
    (5)柔性傳動中的極板運動及限流響應速度;
 
    (6)電機拖動理論與電機過渡過程的分析與研究;
 
    (7)電氣絕緣與安全性。
 
    5、 產品性能特點
 
    (1)起動過程可預測
 
    以電機拖動理論建立的數學模型為基礎,采用計算機仿真技術,通過向計算機輸入電機、電網、負載三大參數,調整液阻值變化規律,可獲得電機起動過程的特性曲線(如電流、轉速、電網電壓、電磁轉矩等)。輸入不同的液阻變化規律,就可獲得不同效果和起動特性曲線,可獲得一組最佳的起動曲線,對應的液阻變化規律作為控制的依據。從而實現起動過程的預知預測,達到最優化控制的目的。
 
    (2)起動電流與起動時間可控制
 
    電機起動電流與起動時間是兩個互為反比的參數,起動電流大則起動時間短,起動電流小則起動時間長。用戶根據電網容量大小及實際工藝與設備要求,有時要求起動電流盡可能小,時間長一點沒關系;有時要求起動時間盡可能短,電流可以稍微大一點,而可變液阻起動產品正是通過調整電液濃度、改變PLC控制程序、調整動極板初始位置、調節減速節比等手段來控制電機起動電流大小,以滿足用戶不同的要求。
 
    (3)對工況條件變化及液溫變化的可調整
 
    其一,調試或使用中,當用戶實際工況發生變化,可變液阻軟起動產品可以通過簡單的現場調整,使電動機起動效果依然保持最佳。
 
    其二,液阻值大小與電液溫度成反比,因季節變換或重復起動引起的電液溫差,會導致電液初始液阻值有較大變化,引起起動效果有很大的不同,甚至導致起動失敗?勺円鹤柢浧饎赢a品具有液溫檢測及阻值自動校驗調整功能,以確保每次起動效果的相同性、穩定性及可靠性。
 
    (4)二次控制采用PLC控制,PLC引進原裝西門子可編程控制器,可實現遠程通訊及計算機集中控制,滿足DCS系統控制要求,實現現代化通訊管理及控制要求。
 
    (5)產品熱容量大,可塑性好,可恢復性強,可重復性好,經濟、實用。
 
    (6)產品安全可靠,操作簡單,維護方便。
 
    (7)具有液位、液溫檢測與顯示、起動時間過長、極板超程、綜合報警等告警功能,同時有完善的設備電氣聯鎖保護功能。
 
    (8)同高壓開關柜配合,可實現過電流、速斷、短路、差動、零序、欠壓、過壓、網內操作過電壓、雷擊等保護功能。
 
    (9)絕緣耐壓嚴格執行國家標準,出廠試驗嚴格要求。
 
    三、工程中常見的起動方式對比分析
 
    按照電機拖動理論,電動機的起動有這么三種方式:全壓直接起動、降壓限流起動、變頻變壓(VVVF)起動。
 
    1、對于額定電壓直接起動制接通電源既可,簡單經濟,基本不需要什么投資。
 
    但是全壓起動主要的問題是:起動電流大(約為5~7IN),起動轉矩沖擊大(約為1.4~2.4TN),這在前面已經講過。而且能否全壓直起,還受到很多因素和條件的限制:比如,交流電網短路容量、供電變壓器容量、供電線路長度、其它負載對電壓穩定性要求、起動是否頻繁、拖動系統轉動慣量、電業部門相關的要求與規定等等。
 
    2、 降壓限流起動
 
    (1)電抗器起動機械特性較硬,起動電流大,工況適應性差,成功率低。電抗器一般根據用戶提供的電機及負載參數制作,一次成形,參數不可調節。
 
    (2)自耦變壓器起動機械特性也比較硬,起動電流較小,平均起動電磁轉矩小,不允許連續起動及頻繁起動,一般有三種抽頭可供選擇,但難以保證電機起動性能最佳,甚至有可能滿足不了起動要求。而且對工況變化不可能做到最佳的適應性調整。
 
    3、高壓變頻起動
 
    變頻器可最大限度地限制電機的起動電流,減少電網壓降,可實現恒轉矩及變轉矩起動。應該說,在各種起動方式中,變頻器的起動性能是最優秀的。
 
    但也有一些不足之處。比如:電壓等級與容量有限,且當前主要依賴進口,一次投資和維護成本均高。運行中產生諧波污染。對電機本身的影響。PWM調制導致高du/dt,及高頻電壓分量損壞電機的絕緣,影響電機壽命。高次諧波引起電機發熱,使電機不能滿足出力運行。因而高壓變頻器用于短時的電機起動,其一次投資與收益極不平衡,因此工程實際應用并不是很廣泛。
 
    4、其它起動方式
 
    ① 液力耦合器利用能耗轉差調節原理,起動時負載與電機主軸脫離,相當于空載全壓起動。電機全速運行后,通過調節液力耦合器工作腔內的油量實現柔性連接,逐步升速。
 
    ② 電動機組采用同極小容量異步機作為輔機,容量約為主機的5~15%。用輔機將主機拖到一定轉速后,主機投入電網后切除輔機。
 
    四、高壓軟起動技術創新與新產品
 
    ——閉環恒流液態軟起動與人工智能化
 
    1、 系統硬件結構框圖與工作原理
 
    由可編程控制器PLC采集主電機M的起動電流信號、電網電壓、液態軟起動系統相關信號,經過PLC程序進行計算和邏輯處理,控制執行電機適時的改變液體電阻的效果,從而達到閉環恒流軟起動。同時PLC將相關數據通過PC/PPI通訊協議傳輸給計算機(PC),計算機對這些數據進行處理,產生所需的各種起動曲線、數據報表、起動過程動態顯示,并可實現對整個傳動系統的監控。實現人工智能化。
 
    2、性能特點
 
    (1)閉環恒流起動控制技術
 
    ① 電液初始阻值的自動校驗與調整:起動開始前,由PLC根據電液溫度情況,控制傳動機構運行,調整電液箱內動極板的初始位置,來確定起動初始的電液阻值,這是確保獲得相同的良好起動效果的前提。
 
    ② 起動電流的事先預置和設定:預先通過PLC程序設定合理的參數,起動時對主電機起動狀態進行采樣,經PLC計算、分析及邏輯處理后,輸出控制傳動電機,驅動導電極板實現極板的復雜運動以自動調整電阻值,從而達到控制主電機按照預先設定電流進行恒流起動的目的。
 
    ③ 可最大程度地降壓限流恒流軟起動,以滿足和保證弱電網系統下的大容量電動機的成功起動。
 
    (2)智能化人機界面技術
 
    ① 采用KINGVIEW6.0組態軟件,編制液態軟起動裝置上位機程序(組態)。將起動過程分為七個動態顯示畫面選擇界面(主菜單)、起動界面、曲線界面、起動監視、運行數據、系統幫助等。
 
    ② 實時顯示電網電壓、主電機電流、運行電流、電液溫升曲線,并可對曲線進行保存、查閱、打印。
 
    ③ 起動及運行過程中數據動態記錄與實時顯示,如:電網電壓、起動電流倍數、起動電流峰值、起動時間、初始起動電流、電液溫度等。
 
    ④ 人機對話功能,可實現軟起動裝置的遠程界面控制,如手動試驗極板升降、緊急停機等。
 
    ⑤ 電網電壓、起動電流、液溫實時棒狀圖動態顯示功能。
 
    ⑥ 系統運行狀態及實時數據可歷史查詢。
 
    ⑦ 人機界面的幫助系統,即人機界面的使用說明書。
 
    目前該產品已廣泛應用于石油化工、冶金、礦山、建材、供水、制藥、造紙等行業的風機、水泵、磨機、傳輸機等多種負荷上。產品覆蓋全國并出口東南亞、中東、非洲等地區,產品性能已十分穩定。
 
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