大功率电机启动问题初探.pdf

第4期(总第167期)
机械工程与自动化
2011年8月
MECHANICAL ENGINEERING &AUTOMATION
Aug
文章编号:1672-6413(2011)04-0158-02
大功率电机启动问题初探
刘宏伟
(襄樊学院机汽学院,湖北襄樊41153)
摘要:通过对大功率电机的启动问题进行分析,列举了几种电机的启动方式,并对各种启动方式进行了初步
探索。
关键词:电动机;启动方式;启动电流;启动电压
中图分类号:TM3
文献标识码:B
0引言
2)采用自耦变压器启动;采用自耦变压器时启动
交流电动机的启动电流大,但过大的启动电流冲机械特性也比较硬,启动电流较小,平均启动电磁转矩
击将对电网、负载及电机本身产生较大的影响。整个小,不允许连续启动及频繁启动。虽然有几种抽头可供
交流电网的容量对单台电机来说是非常大的,但是供选择但难以保证电机启动性能最佳,甚至有可能满足不了启
电变压器的容量却是有限的,如果变压器额定容量相动要求。
对不够大时,电动机短时较大的启动电流会使变压器3高压变频启动
输出电压水平大幅度下降,并产生较大的线路压降,
采用高压电力电子器件,应用SPWM(逆变器)技
严重影响到同台变压器供电的其他负载,如引起其他术,实现VWF控制电动机的启动、制动。一方面,可最
正在运行的异步电动机停转、照明灯变暗或熄灭、保大限度地限制电机的启动电流,改善电网电压的稳定
护误动、精密仪器仪表(如计量)失准等。过大的压降性;另一方面,启动功率因素较高,减小启动损耗,可实
还可能导致电机端电压过低,启动转矩不够,电机启现恒转矩及变转矩启动。应该说,在各种启动方式中,
动失败;过大的启动电流使电机内部过热,电机温升变频器的启动性能是最优秀的,几乎涵盖各种类型负
过高,加速电机绕组绝缘过热老化,所以电动机启动载的启动,满足各类负载的启动性能要求。客观地讲,
时应采取必要的措施以降低启动电流。
对于变频器,工程应用中看中的是它的调速节能,它的
按照电机拖动理论,电动机的启动有以下几种方良好的调速特性所能带来的可观的经济价值以及生产
式:全压直接启动、降压限流启动、变频变压(WWF)启工艺的客观需求,オ是变频器真正为人们所求的。从这
动、软启动等。
个意义上讲,高压变频器用于短时的电机启动,其一次
全压直接启动
投资与收益是严重不平衡的,因此工程实际应用并不
全压启动也称为直接启动,它是一种比较经济的是很广泛。
启动方式,但也存在一些不足,如启动电流大(约为
变频器的确具有很多优越的性能。但是,也有一些
5.~7,l。为额定电流)、启动转矩冲击大等,而且能否不足之处:
全压直启还受到很多因素和条件的限制
(1)电压等级与容量有限。目前对它应用的最高
2降压限流启动
电压等级与容量众说不-,但比较成熟、可靠的还是在
(1)使用电抗器启动:使用电抗器时启动电流大,10kV/5000kW以下,而且当前只能依赖进口,维护
一般在4以上,平均启动电磁转矩较小。电抗器一般根维修成本高。
据用户提供的电机及负载参数制作,一次成形,参数不可
(2)谐波污染问题。高压变频器利用大功率电力电
调节,工况适应性差,电机功率一般在2000kW以下。
子器件构成三相桥式电路,常采用6脉冲触发方式。在
收稿日期:2011-01-05;修回日期:2011-04-20
作者简介:刘宏伟(1978-),男,湖北宜城人,助教,硕士,主要研究方向:机电控制与自动化技术。
2011年第4期
刘宏伟:大功率电机启动问题初探
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这种方式下,撤开11次以上高次谐波不算,仅5次、7扭矩力冲击(比如电机轴、负载机轴、转子笼条、联轴变
次电流谐波含量严重超标,畸变率高达34%以上,由此速机构、机座及轴承座等),容易损坏设各或缩短设备
又带来了消谐治诸投资及维护维修成本与技术等方面的使用寿命,如转子笼条断裂、变速箱齿轮打坏、转轴
的问题。当然,采用6倍脉冲触发(如18脉冲、24脉冲)变形等等。因此在很多工况中,如空压机组、风机水泵
可使谐波电流大大降低,但电路结构更为复杂,一般较类负载,并不需要太大的启动转矩,所以要设法减小启
少采用。
动电磁转矩
3)对电机本身的影响。变频器产生的高次谐波6小结
将影响电机的使用寿命,如5次谐波使电动机电磁处
从上面的分析可看出,不同的负载对电动机启动
于制动状态,7次谐波增加了电机的附加转矩,使电机的要求是不一样的。有时要求有足够大的启动转矩,有
启动时间增加。在电机启动过程中,如将5次、7次谐时要求启动电流尽可能小,有时根据电网情况要求二
波转矩与基波转矩叠加,其转子在低速下运行而得不者兼顾。在电动机启动的实际工程设计与应用中,总是
到加速。
试图尽量满足以下几个要求:①初始启动电磁转矩小
4软启动
(≥1.17,Z为负载转矩),启动过程平均电磁转矩足
在电动机定子回路中串入正反并联的可控硅器够大:②尽可能地限制电机启动电流;③)尽可能地降低
件,通过改变可控硅的移相角实现对电动机的降压启电机启动电压;④启动设备安全可靠,操作方便,设备
动。可控硅的移相角的控制由微控制器和专用集成电简单而经济;⑤启动过程功耗小,无诺波污染
路组合完成。
电动机启动过程中,在电机定子回路串接电阻或
另外还可以在定子侧串入液变电阻,本质上属于电抗或采用自耦变压,都是降低了电动机定子绕组上
降压启动,它以损失部分启动力矩为代价。对于非恒转的电压,使启动电流也减小,从而达到对主电机降压限
矩负载(如风机、泵类)或轻载启动的大功率高压笼型流的目的。电机定子側降压启动,是以损失部分启动力
电动机及同步机而言,在电网短路容量及变压器容量矩为代价。对于非恒转矩负载(如风机、泵类)或轻载启
不是足够大或瞬时机械冲击过大时,这种方法是可能动的大功率高压笼型电动机及同步机而言,在电网短
采取的最住启动方式之一。
路容量及变压器容量不是足够大或瞬时机械冲击过大
5其他启动方式
时,这种方法是可能采取的最佳启动方式之
(1)采用液力耦合器:利用能耗转差调节原理,启
综上所述,一般对于1000kW以内的电机,在变压
动时负载与电机主轴脱离,电机只带泵轮启动,相当于器容量允许情况下可采用全压启动;但超过1000kW
空载启动,电机全速运行后,通过调节液力耦合器工作电机应尽量避免采用直接启动方式,可以选用变频启
腔内的油量实现柔性连接、逐步升速的目的。这是一种动或者降压启动方式。使用变频启动,能延长机械的使
机械式的启动方式,其缺陷是安装与维修难度大(对轴用寿命,节约用电量,但前期的设备购买费用较高,维
对心的问题)、维修时须停掉主电机、容易发生渗油漏油护费用也较高;降压限流启动时要考虑校验电动机的
问题等。
端子电压以及启动电流,使其满炷所拖动机槭的最小
2)采用电动机一电动机组:即采用同极小容量转矩要求。
异步机作为辅机,容量约为主机的5%~15%,用辅机将
主机拖到一定转速后,主机投入电网后切除辅机。其缺参考文献
点是主机只能空载启动,而不能带负载启动。这种方法
[1]李浚源,秦忆,周永鹏.电力拖动基础[M].武汉:华中科
技大学出版社,1999
般用于特大容量电动机的启动
[2]中国航空工业规划设计