电阻器技术实现电机的安全平滑启动
三相交流电动机从发明以来,经历了100多年的历程,在这漫长的岁月里,它为奠定与发展这项经典的传动技术树立了丰碑。又由于其具有结构简单、运行可靠、维护方便、价格低廉,而广泛作用于电力拖动生产机械的动力,在机械、化工、纺织和石化等行业有大量的应用。电动机的运行需要配置不同的启动电阻,同时,对掌握电动机的起动特性却一直举步维艰。这是因为电动机在恒压下直接起动,其起动电流约为额定电流的4-7倍,其转速要在很短时间内从零升至额定转速,会在起动过程中产生冲击,很容易使电力拖动对象的传动机构等造成严重磨损甚至损坏。在起动瞬间大电流的冲击下,将引起电网电压降低,影响到电网内其它设备的正常运行。同时由于电压降低,电动机本身起动也难以完成,造成电机堵转,严重时,可能烧坏电动机。因而如何减少异步电动机起动瞬间的大电流的冲击,是电动机运行中的首要问题。为此必须设法改善电动机的起动方法,使达到电动机的平滑无冲击的起动,于是各种限流起动方法也就应运而生。
大功率电阻器对于鼠笼式异步电机一般采用定子回路串电抗器分级起动,绕线式异步电机则采用转子回路串电抗器起动。定子边串电抗器起动,即增加定子边电抗值,可理解为降低定子实际所加电压,其目的是减少起动电流。此起动方式属降压起动,缺点是起动转矩随定子电压的降低而成平方关系下降,外串电阻中有较大的功率损耗。又由于是分级起动,起动特性不平滑。
起动时定子绕组星形连接,起动后三角形连接。大功率电阻在电动机绕组星形连接时,电动机电流仅为三角形连接的1/3,遗憾的是电动机的转矩也同样降低到三角形接线时的1/3,为了使电动机在额定转速时达到它的额定转矩,在经历了预先设定的时间后,又从星形接线转换到三角形接线,在转换过程中会出现二次冲击电流。
当电动机起动时,电动机的定子通过自耦变压器接到三相电源上。当电机转速升高到一定值时,自耦变压器被切除,电动机定子直接接到电源上,电动机进入正常运行状态。同直接起动时相比,当电压降到W2/W1倍时,起动电流和起动转矩降到(W2/W1)2倍(W2/W1为自耦变压器的变比)。这种起动方式的优点是起动时定子电压的大小可调。比起定子串电抗起动,当限定的起动电流相同时,起动转矩损失较少。要使变压器的容量和耐压水平提高,将使得变压器的体积增大,成本高,且不允许频繁起动,同样也不能带重负载起动。
电阻对于绕线式异步电机来说,如果仅仅是为了限制起动电流、增大起动转矩,则一般采用转子回路串频敏变阻器起动方式。但此起动方式在频繁起动下,易发生温升,且结构复杂,不常用。
由此可知上述几种起动方式的共同特点是控制电路简单,起动转矩基本固定不可调,起动中都存在二次冲击电流,对负载机械有冲击转矩,且受电网电压波动的影响,一旦出现电网电压下降,会造成电机堵转,起动困难,且上述几种起动方法,在停机时都是瞬间停机,遇到负载较重时会造成剧烈的机械冲击。
所谓软起动是指装置输出电压按一定规律上升,使被控电动机的电压由零升到全电压,转速相应的由零平滑加速到额定转速的过程。它是电力电子技术与自动化控制技术的综合,是将强电和弱电结合起来的控制技术。在软起动器中三相电源与被控电机之间串入三相反并联晶闸管,采用反并联接线的晶闸管接在电动机的每相,利用晶闸管移相控制原理,控制其内部晶闸管的导通角,电动机起动时,用调节6个晶闸管的不完全导通来控制电动机的供电电源。换言之,起动时只有三相正弦波形的一部分向电动机供电。
软起动的优点是起动特性曲线好,使晶闸管的导通角从零度开始,逐渐前移,电机的端电压从零开始逐渐上升,直至达到额定电压,起动电流从零线性上升至设定值,从而满足起动转矩的要求,保证起成功。