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軟起動技術在水泵控製中的利用

2019-11-18 15:58   评论:63 点击:056

1電動機起動的現狀 三相鼠籠型異步電動機因其具有結構簡單、運行可靠、維修方便、慣性小、價格便宜等諸多優點,在農田排灌中作為電能轉化為機械能的首要動力設備而被廣泛采用。但由於其起動電流大,對電網的影響和對工作機械(如水泵、拍門等)的衝擊力都很大,因此在起動過程中必須采取一些技術措施對起動電流和衝擊力(起動電磁轉矩)加以公道而有效的控製,實現比較穩定的起動,從而改善係統設備工況,有效延長係統壽命,減少故障率的發生 。

異步電動機的起動題目 ,一向為業內人士所關注。異步電動機的起動方式從道理上講隻有兩種:直接起動和降壓起動 。直接起動,就是將處於靜止狀況的電動機直接加上額定電壓,使電動機在額定電壓感化下直接完成起動過程 。直接起動轉矩大,起動時間短 ,起動控製方式簡單 ,設備投資少,是以在中小型電動機的起動上得到廣泛的采用。但直接起動方式也受到很多限製,首要表現鄙人列三個方麵:

(1)起動電流可大到電動機額定電流的4~7倍,部分國產電動機的起動電流實際丈量甚至高達8~12倍。假如直接起動較大的電動機,過大的起動電流將造成電網電壓明顯下降,影響同一電網其它電氣設備和電子設備的正常運行,嚴重時將使部分設備因電壓過低而退出運行,甚至使電力線路繼電保護裝配過流保護動作而跳閘,使線路供電中斷。

(2)直接起動會使被拖動的工作機械受到機械性衝擊,對於水泵性負載來說,過高的起動轉矩對葉片 、軸承、拍門等造成軟性損傷(機械變形、疲憊性老化)及硬性損傷(裂紋、斷裂等)是較為常見的,甚至會因水流對管道的衝擊力(及反感化力)過大而產生嚴重的水錘效應損壞設備。

(3)直接起動要求供電變壓器容量較大,而對農田排灌泵站供電的變壓器容量往往達不到直接起動對電網容量的要求。

在不許可直接起動的情況下,就要采用降壓起動的起動方式,即降低電動機端電壓進行起動。降壓起動一般有星/三角起動,定子電路中串接電阻、電抗器起動,自耦變壓器降壓起動及本文推薦的軟起動等方法。

星形/三角形起動器是降壓起動器中結構最簡單、本錢最低的一種,然而它的性能受到限製,首要表現在:

(1)無法控製電流和轉矩下降程度 ,這些值是固定的 ,為額定值的1/3。

(2)當起動器從星形接法切換到三角形接法時,通常會出現較大的電流和轉矩變動。這將引發機械和電氣應力,導致經常性故障的發生。

自耦變壓器式起動器比星形/三角形起動器提供了更多的控製手段,可以通過變壓器抽頭改變I段起動電壓(典型為65%和80%兩擋起動分接頭)。然而它的電壓是分級升高的,所以其性能受如下限製:

(1)電壓的階躍性變化(分級轉換時產生)引發較大的電流和轉矩變動,同星形/三角形起動器性能限製“2”一樣會導致機械、電氣經常性故障的發生。

(2)有限的輸出電壓種類(起動電壓分接頭數目有限),限製了理想起動電流的選擇。由於自耦變壓器式起動器控製是使用較額定電壓低的電壓級別進行降壓起動,它控製的電機參數為電壓而非電流,所以當電網電壓波動及負載變化(如排灌站水位落差變化)時,起動電流曲線將明顯偏離設計理想曲線,從而惡化起動性能,設備在較差的工況下將大大縮短使用壽命,增加維護本錢。

電阻式起動器也能提供比星形/三角形起動器更好的起動控製。然而它同樣有一些性能、使用上的限製,包括 :

(1)起動特性很難優化。啟事是製造起動器時電阻值是確定的,在使用中很難改變,固然可以通過轉換分接頭來進行分級起動,但當級數較多時,勢必增加控製係統的複雜性 ,而製造本錢、故障率也將隨之大幅度進步,所以一般電阻式起動器均在2~5級間 。如許,加在電動機定子繞組上的電壓、電流等首要電量參數在分級起動時仍有很大的波動。

(2)頻繁起動場合下的起動特性不好。啟事是在起動過程中電阻值會隨著電阻的溫度變化,在停止到複興動過程中需經長時間冷卻過程。

(3)負載較大或起動時間較長的場合下的運行特性變壞,啟事是電阻值隨著電阻器溫度的變化而變化。

(4)在負載大小經常變化的利用處合(如排灌站水位落差變化較大),電阻式起動器不能提供理想的起動效果。

綜上所述,傳統的降壓起動設備均有諸多性能限製和使用限製,愈來愈難以適應不斷發展的電動機複雜使用處合的起動需要。

2軟起動技術的工作道理

軟起動技術是在晶閘管斬波技術的基礎上發展起來的 ,利用晶閘管斬波技術進行工頻電壓調節在50Hz正弦波每個半周內固定時間(過零延時t1)給晶閘管VT1門極以一個觸發脈衝,則根據晶閘管特性,在觸發脈衝結束後,晶閘管將在半周內剩餘時間維持導通,直至電壓再次過零,如許隻要調節VT1觸發脈衝出現的時間,則輸出電壓u0將會在0~100%輸進電壓(ui)內得到調節。假如將晶閘管斬波調壓技術利用於三相電源,再加進現代電子技術如單片機控製技術等即可製成軟起動器,從而在大型三相鼠籠式交流異步電動機的起動上得以利用。

軟起動電動機時的電壓、電流特性曲線見圖2。從電壓特性曲線u=f(t)可以看出,從起動開始軟起動器給交流異步電動機一個初始電壓Ust(Ust一般在10%~60%Ue間自由調整)並在用戶設定的起動時間Tst(Tst一般在1~60s範圍內自由設定)內將負載電壓均勻上升到電動機額定電壓Ue。由於軟起動器本身特有的限流功能,起動電流在起動期間始終不超過起動限製電流ILIM(ILIM一般在2~5Ie內自由設定)。

為了比較起動外特性 ,在此給出了利用中最多見的傳統起動方式———自耦變壓器降壓起動時的電壓、電流特性曲線。兩級起動的兩個階段均產生很大的起動衝擊電流,對電網形成衝擊,而兩個較大的級落電壓0→Ust與Ust→Ue又會發生非常大的轉矩突變,產生機械衝擊。而電動機軟起動時無論在電流曲線還是電壓曲線上看,均已將電衝擊及機械性衝擊減小到最低的程度。

3軟起動技術的利用

用軟起動器構成軟起動控製係統可以采取兩種型式:(1)在線式控製軟起動係統和旁路切換式軟起動係統。

在線式控製軟起動係統采取“一帶一”方式,即每一台負載電動機的起動由相應的軟起動器來完成,選用長期工作製的軟起動器,可以對電動機實現起動—運行—停止的全過程控製,並且主接線及控製係統均很簡捷。

旁路切換式軟起動係統是多台電動機共用同一台軟起動器。當一台電動機起動完成後 ,旁路接觸器吸合將電動機轉為電網供電脫開軟起動器直接運行,如許軟起動器在完成一台電動機的起動後可以再控製另一台電動機的起動。旁路切換式軟起動係統在控製電動機台數較多時可以大大降低係統本錢,而且軟起動器均工作在短時工作製,可以大大降低軟起動器的故障率,唯一不足的是增加了主接線及全部係統的複雜性。

隨著科技水平的發展,對電動機的控製機理和技術指標要求愈來愈高,傳統的降壓起動設備已無法滿足各行業的需要。近年來,隨著軟起動設備慢慢國產化,將使軟起動技術的利用成為今後大型鼠籠型異步電動機起動方式的主流 ,並將終究取代傳統的起動方式 ,在排灌站水泵控製上得到全麵的推廣。

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