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摘 要:本文详细介绍各种高压电机软起动的基本原理、特征参数并进行对比分析,论述其原理及特点,从而得使读者更客观更全面的了解高压电机软起动技术。
关键词:高压电机 软起动
中图分类号:TM343.2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0064-01
1 研究背景
随着生产化程度的不断提高,很多行业的生产规模越来越大,在高压异步电动机的需求和使用上也呈上升趋势。随着高压电机单机容量越来越大,其可靠起动问题渐渐显露出来。高压电机以往的起动方式主要有:(1)加大电网容量。为满足大容量电动机起动时有功功率和无功功率的要求,保证电动机起动时对端电压的要求,过去人们经常采取加大自身电网容量的办法,如采用大容量的变压器或建自备电厂,但这样又常常致使正常运行时电网负荷较轻,电力变压器处于轻载工作状况,造成能源的浪费。在以变压器容量收费的地区,使用户电费支出加大。(2)串联电抗器起动。该方法能满足降低起动电流的要求,但电机的起动转矩小,且为有级调整,切换时有大电流冲击,在大容量电动机的起动应用中受到限制。(3)自耦变压器起动。该方法能满足降低起动电流的要求,起动转矩较串电抗器起动大,对中大容量电机的起动比较适宜,但其调整方面的问题,诸如滑动触点电弧烧损问题、碳刷磨损问题、局部匝间短路问题、切换时有大电流冲击等等,使其在实际应用中也受到限制。
鉴于上述原因,软起动的应用变得迫切起来。目前的软起动主要有液阻软起动、晶闸管软起动、磁控软起动、变频器软起动、开关变压器软起动。各种软起动方式采用不同的控制手段实现起动过程中对电压、电流的调节,以适应不同的应用场合。本文对上述几种软起动的原理、优缺点进行简要阐述,从而对工程技术人员在软起动的选择上提供一定的帮助。
2 液态电阻软起动
(1)液态电阻软起动的原理。液态电阻是一种由电解液形成的电阻,它导电的本质是离子导电。它的阻值正比于电极板间距,反比于电解液的电导率,改变极板间距和电导率,就可改变电阻值,从而实现电压、电流的无级调节,满足软起动性能要求。(2)液态电阻软起动的特点。①起动电流仅为电机额定运行电流的2.0～3.5倍,电阻值容易调整;②起动过程平滑,对机械设备无冲击;③对电网影响小,起动时电网压降小;④起动时功率因数高;⑤无谐波污染;⑥可以连续起动2～5次;(3)液态电阻软起动缺点。①基于液阻限流,液阻箱容积大,且一次软起动后电解液通常会有10～30℃的温升,使软起动的重复性差;②移动极板需要伺服机构,移动速度较慢,难以实现起动方式的多样化和控制的精确性;③液阻软起动装置液箱中的液态,需要定期补充。电极板长期浸泡于电解液中,表面会有一定的锈蚀,需要定期处理;④液阻软起动装置不适合放置在易结冰或颠簸的环境中。
3 晶闸管软起动
(1)晶闸管软起动的原理。晶闸管调压软起动器又称智能马达控制器(SMC),它是微处理器和大功率晶闸管相结合的新技术,通过改变晶闸管的导通角来实现电机电压的平稳升降和无触点通断,起动电流可根据负载情况任意设定。(2)晶闸管软起动的特点。①晶闸管具有调节快速性好;②闭环控制,控制方式的菜单化:体积小,结构紧凑,维护量小;③功能齐全,菜单丰富:起动重复性好,保护周全。(3)晶闸管软起动的缺点。①电压耐受能力差,所以,在10kV电压系统中,每个高压桥臂上都串联3～4个晶闸管,同步触发解决不好就会造成控制失败;②耐压均匀性要求过高,对每个晶闸管的一致性有非常高的要求,如果个别晶闸管参数发生变化或性能较差,就会导致整个设备的连锁烧损;③高压产品的价格偏高。
4 磁控式软起动
(1)磁控式软起动的原理。磁控式软起动利用铁磁材料的交流有效磁导率随直流磁场大小变化的特性借以改变交流绕组的电抗值来实现无级调压,从而完成软启动。电抗值的变化是通过控制直流励磁电流,改变铁心的饱和度实现的,所以叫做磁控软起动。因为磁饱和电抗器的输出功率比控制功率大几十倍,它也可以称为“磁放大器”。(2)磁控软起动的特点。在工作原理上磁控软起动与晶闸管软起动是完全相同的。磁控软起动能够实现软停止,能够具有晶闸管软起动所具有的几乎全部功能。(3)磁控软起动的缺点。①磁控软起动的调节范围有限,起动电流不能从0开始;②同时起动时需要较大起动电流,磁控不能提供;③切换时施加在电机的电压达不到额定电压,切换时有一定的机械冲击;④磁控软起动的电抗器饱和引起非线性会产生高次谐波;⑤磁控软起动装置需要有相对功率较大的辅助电源,噪声较大。
5 开关变压器软起动
(1)开关变压器软起动的原理。开关变压器式软起动装置用开关变压器来隔离高压和低压,开关变压器的低压绕组与可控硅控制系统相连,通过改变低压绕组上的电压来改变高压绕组上的电压,达到调节电动机端电压的目的,实现电动机的软起动。(2)开关变压器软起动的特点。①电压和电流能从零起连续可调,转速缓慢上升,起动性能好。高压开关合闸时电流(或电压)为零,开关寿命长。②控制灵活,重复精度高。③起动过程中,能在额定电流以内给电动机以充分加速,起动电流最大值小,保持时间短。④开关变压器的低压侧电压低,低压可控硅的控制技术成熟,可靠性高。⑤功耗小,可以连续起动,也可以一拖多。⑥开关变压器的电感大,可吸收大部分可控硅产生的高次谐波,对电源和电动机的高次谐波影响少。⑦容量大、可靠性高、可承受高压、价格低。(3)开关变压器软起动的缺点。开关变压器软起动的综合性能优越,其缺点仅有无法软停止。
6 各种软起动的比较
在连续起动性方面,除了液态电阻软起动不支持,其他几种软起动方式均有较好的支持;起动能耗方面,液态电阻软起动的能耗最大,磁控略小,而晶闸管和变压软起动这方面做的比较好,起动能耗小;高次谐波方面,液阻和变压均不受其影响,磁控略受影响,而晶闸管受影响程度较大;对于软停止的支持,按从易到难分别是晶闸管、磁控、液阻和变压软起动;重复性方面除了液阻软起动表现较差,其他三种均很稳定;寿命方面除了液阻比较短,需要经常维护更换,其他三种寿命都比较长,相对应的,维护量方面也只有液阻软起动比较高;设备费用方面,液阻和变压软起动费用比较低廉,而磁控和晶闸管设备费用比较高。
7 结论
电动机软起动,不止是一项技术,一类产品,它造就了一个行业。随着高压电机的应用越来越普遍,研究高压电机的软起动对于保障电网的安全运行、延长设备的使用寿命、实现电机的精确控制等具有重要的意义。之外,针对不同的应用场合,电机的大小不同,控制要求不同等应有针对性的选择。如使用环境条件(温度、湿度变化范围),起动负载轻重,使用的频繁度、防爆、防尘要求等均有差异;不同层次的电气设计、管理、维修人员对软起动性能的要求也会有所区别。
参考文献
[1] 甘世红,楮建新,顾伟,高越农.高压异步电动机软起动方法综述[J].电气传动,2005(10).
[2] 王颖.中压电动机传统起动方式的危害性[J].大电机技术,2003(4).
[3] 曹芳,张明礼.磁控式软起动器技术之探讨[J].机电信息,2009(30).
[4] 李建宏.电动机软起动装置的研究[J].科技创新导报,2010,27:61.
关键词:高压电机 软起动
中图分类号:TM343.2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0064-01
1 研究背景
随着生产化程度的不断提高,很多行业的生产规模越来越大,在高压异步电动机的需求和使用上也呈上升趋势。随着高压电机单机容量越来越大,其可靠起动问题渐渐显露出来。高压电机以往的起动方式主要有:(1)加大电网容量。为满足大容量电动机起动时有功功率和无功功率的要求,保证电动机起动时对端电压的要求,过去人们经常采取加大自身电网容量的办法,如采用大容量的变压器或建自备电厂,但这样又常常致使正常运行时电网负荷较轻,电力变压器处于轻载工作状况,造成能源的浪费。在以变压器容量收费的地区,使用户电费支出加大。(2)串联电抗器起动。该方法能满足降低起动电流的要求,但电机的起动转矩小,且为有级调整,切换时有大电流冲击,在大容量电动机的起动应用中受到限制。(3)自耦变压器起动。该方法能满足降低起动电流的要求,起动转矩较串电抗器起动大,对中大容量电机的起动比较适宜,但其调整方面的问题,诸如滑动触点电弧烧损问题、碳刷磨损问题、局部匝间短路问题、切换时有大电流冲击等等,使其在实际应用中也受到限制。
鉴于上述原因,软起动的应用变得迫切起来。目前的软起动主要有液阻软起动、晶闸管软起动、磁控软起动、变频器软起动、开关变压器软起动。各种软起动方式采用不同的控制手段实现起动过程中对电压、电流的调节,以适应不同的应用场合。本文对上述几种软起动的原理、优缺点进行简要阐述,从而对工程技术人员在软起动的选择上提供一定的帮助。
2 液态电阻软起动
(1)液态电阻软起动的原理。液态电阻是一种由电解液形成的电阻,它导电的本质是离子导电。它的阻值正比于电极板间距,反比于电解液的电导率,改变极板间距和电导率,就可改变电阻值,从而实现电压、电流的无级调节,满足软起动性能要求。(2)液态电阻软起动的特点。①起动电流仅为电机额定运行电流的2.0～3.5倍,电阻值容易调整;②起动过程平滑,对机械设备无冲击;③对电网影响小,起动时电网压降小;④起动时功率因数高;⑤无谐波污染;⑥可以连续起动2～5次;(3)液态电阻软起动缺点。①基于液阻限流,液阻箱容积大,且一次软起动后电解液通常会有10～30℃的温升,使软起动的重复性差;②移动极板需要伺服机构,移动速度较慢,难以实现起动方式的多样化和控制的精确性;③液阻软起动装置液箱中的液态,需要定期补充。电极板长期浸泡于电解液中,表面会有一定的锈蚀,需要定期处理;④液阻软起动装置不适合放置在易结冰或颠簸的环境中。
3 晶闸管软起动
(1)晶闸管软起动的原理。晶闸管调压软起动器又称智能马达控制器(SMC),它是微处理器和大功率晶闸管相结合的新技术,通过改变晶闸管的导通角来实现电机电压的平稳升降和无触点通断,起动电流可根据负载情况任意设定。(2)晶闸管软起动的特点。①晶闸管具有调节快速性好;②闭环控制,控制方式的菜单化:体积小,结构紧凑,维护量小;③功能齐全,菜单丰富:起动重复性好,保护周全。(3)晶闸管软起动的缺点。①电压耐受能力差,所以,在10kV电压系统中,每个高压桥臂上都串联3～4个晶闸管,同步触发解决不好就会造成控制失败;②耐压均匀性要求过高,对每个晶闸管的一致性有非常高的要求,如果个别晶闸管参数发生变化或性能较差,就会导致整个设备的连锁烧损;③高压产品的价格偏高。
4 磁控式软起动
(1)磁控式软起动的原理。磁控式软起动利用铁磁材料的交流有效磁导率随直流磁场大小变化的特性借以改变交流绕组的电抗值来实现无级调压,从而完成软启动。电抗值的变化是通过控制直流励磁电流,改变铁心的饱和度实现的,所以叫做磁控软起动。因为磁饱和电抗器的输出功率比控制功率大几十倍,它也可以称为“磁放大器”。(2)磁控软起动的特点。在工作原理上磁控软起动与晶闸管软起动是完全相同的。磁控软起动能够实现软停止,能够具有晶闸管软起动所具有的几乎全部功能。(3)磁控软起动的缺点。①磁控软起动的调节范围有限,起动电流不能从0开始;②同时起动时需要较大起动电流,磁控不能提供;③切换时施加在电机的电压达不到额定电压,切换时有一定的机械冲击;④磁控软起动的电抗器饱和引起非线性会产生高次谐波;⑤磁控软起动装置需要有相对功率较大的辅助电源,噪声较大。
5 开关变压器软起动
(1)开关变压器软起动的原理。开关变压器式软起动装置用开关变压器来隔离高压和低压,开关变压器的低压绕组与可控硅控制系统相连,通过改变低压绕组上的电压来改变高压绕组上的电压,达到调节电动机端电压的目的,实现电动机的软起动。(2)开关变压器软起动的特点。①电压和电流能从零起连续可调,转速缓慢上升,起动性能好。高压开关合闸时电流(或电压)为零,开关寿命长。②控制灵活,重复精度高。③起动过程中,能在额定电流以内给电动机以充分加速,起动电流最大值小,保持时间短。④开关变压器的低压侧电压低,低压可控硅的控制技术成熟,可靠性高。⑤功耗小,可以连续起动,也可以一拖多。⑥开关变压器的电感大,可吸收大部分可控硅产生的高次谐波,对电源和电动机的高次谐波影响少。⑦容量大、可靠性高、可承受高压、价格低。(3)开关变压器软起动的缺点。开关变压器软起动的综合性能优越,其缺点仅有无法软停止。
6 各种软起动的比较
在连续起动性方面,除了液态电阻软起动不支持,其他几种软起动方式均有较好的支持;起动能耗方面,液态电阻软起动的能耗最大,磁控略小,而晶闸管和变压软起动这方面做的比较好,起动能耗小;高次谐波方面,液阻和变压均不受其影响,磁控略受影响,而晶闸管受影响程度较大;对于软停止的支持,按从易到难分别是晶闸管、磁控、液阻和变压软起动;重复性方面除了液阻软起动表现较差,其他三种均很稳定;寿命方面除了液阻比较短,需要经常维护更换,其他三种寿命都比较长,相对应的,维护量方面也只有液阻软起动比较高;设备费用方面,液阻和变压软起动费用比较低廉,而磁控和晶闸管设备费用比较高。
7 结论
电动机软起动,不止是一项技术,一类产品,它造就了一个行业。随着高压电机的应用越来越普遍,研究高压电机的软起动对于保障电网的安全运行、延长设备的使用寿命、实现电机的精确控制等具有重要的意义。之外,针对不同的应用场合,电机的大小不同,控制要求不同等应有针对性的选择。如使用环境条件(温度、湿度变化范围),起动负载轻重,使用的频繁度、防爆、防尘要求等均有差异;不同层次的电气设计、管理、维修人员对软起动性能的要求也会有所区别。
参考文献
[1] 甘世红,楮建新,顾伟,高越农.高压异步电动机软起动方法综述[J].电气传动,2005(10).
[2] 王颖.中压电动机传统起动方式的危害性[J].大电机技术,2003(4).
[3] 曹芳,张明礼.磁控式软起动器技术之探讨[J].机电信息,2009(30).
[4] 李建宏.电动机软起动装置的研究[J].科技创新导报,2010,27:61.