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笼型异步电动机是应用最广泛的用电设备。由于电动机直接起动时的冲击电流很大,特别是大容量电机直接起动会对电网及其他负载造成干扰甚至危害电网的安全运行,所以按不同工况,有许多种降压起动方式:早期有串联电抗或电阻、串联自耦变压器、星-三角转换等;从20世纪70年代开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软起动器,以后又把功率因数控制技术结合进去,以及采用微电脑代替模拟控制电路,发展成智能化软起动器。目前世界上许多电气公司都生产智能化软起动器:如GE公司的最大功率达到850kW,额定电压500V,额定电流1180A,最大起动电流5900A;ABB公司的最大功率达到1200kW,额定电压690V,额定电流1000A;意大利SIEI公司的额定电压690V,额定电流l600A;美国BS公司还生产中压6-13.8kV同步或异步电动机软起动器,最大功率达到10000kW。
1.笼型电动机几种起动方式的比较
见表1 ,可知采用软起动器起动是最佳降压起动方案。
2.软起动器工作原理
软起动器实际上是一个晶闸管调压调速的线路,改变晶闸管的触发角,就可调节晶闸管调压电路的输出电压。其特点是电动机转矩近似与定子电压的平方成正比。
用软起动器起动电机时,晶闸管的输出电压逐渐增加,电动机逐渐加速,直至晶闸管全导通,电动机工作在额定电压的机械特性上。
3.软起动器基本功能
性能完善的软起动器在一个工作周期中的输出电压波形通常如附图 所示。结合附图说明软起动器应具备的基本功能:
(1)起动电压 软起动器的起动电压在35%-65%(甚至20%-95%)额定电压间可调,这时起动转矩为O.35的平方~O.65的平方(或O.20的平方~O.95的平方)直接起动转矩,即为lO%~36%(或4%~90%)直接起动转矩。
(2)脉冲突跳起动方式 有些负载例如皮带输送机和搅拌机等静阻力短比较大,必须要施加一个短时的大起动力矩,以克服大的静摩擦力。所以,在软起动器上设置了脉冲突跳起动方式,例如它可以短时输出最大达95%的额定电压(相当于90%直接起动转矩),O~400ms可调。
(3)加速斜坡控制 电机开始转动后,可以控制电机电压线性增加,加速时间可在一定范围内(如l~999s)调节。还提供电流限幅(如200%一500%电机额定电流可调)的起动加速方式,可使电动机线性加速到额定转速。
(4)运行状态 软起动器有4种运行状态:①跨越运行模式:晶闸管处于全导通状态,电动机工作于全压方式,电压谐波分量可以完全忽略,这种方式常用于短时重复工作的电动机。②接触器旁路工作模式:在电动机达到满速运行时,用旁路接触器来取代已完成起动任务的软起动器,这样可以降低晶闸管的热损耗,提高系统的效率。这种工作模式下,有可能用一台软起动器去起动多台电动机。③节能运行模式:当电动机负荷较轻时,软起动器自动降低施加于电动机定子上的电压,减少了电机电流励磁分量,从而提高了电动机的功率因数。④调压调速模式:软起动器既然是用晶闸管调压原理来实现的,它就可以作调压调速运行,由于电动机转子内阻很小,要得到大范围的调速,就需在电动机转子中串入适当的电阻。
(5)停机方式 可以有几种选择:①自由停车:直接切断电源,电机自由停车。②软停机:在有些场合,并不希望电动机突然停止,如皮带运输机、升降机等。采用软停机方式,在接收停机信号后,电动机端电压逐渐减小。转速下降斜坡时间可调(如l~999s)。③泵停机或非线性软制动:它适用于惯性力矩较小的泵的驱动。泵停机功能是将离心泵的特性曲线事先存储在设备中,软起动器在起动和停止电机的过程中,实时检测电机的负载电流,因此可根据泵的负载状况及速度调节其输出电压,使软起动器的输出转矩特性与泵的特性曲线最佳配合,从而消除“水锤效应”。④直流制动:可以向电动机输人直流电流,从而加快制动,直流制动时间可在O~99s间选择。主要使用于惯性力矩大的负载或需快速停机的场合。
4.国外较著名的软起动器技术性能指标
当然,并不是各种型号的软起动器都具备上述所有的功能。表2列出了国外较著名厂商软起动器制造公司的低压产品技术性能指标。
由表2 可看出各公司的不同设计思路:ABB公司产品着眼于实用可靠,它针对一般用户来考虑软起动功能,其软起动器材体积小、结构紧凑美观、使用方便;GE和SIEI公司产品设计思路则是力求全面,它能实现软起动器的所有功能,尽量满足大多数用户的需要;A-B公司则是把软起动器设计成许多派生品种,不同品种对应不同功能;SIEMENS公司产品则是介乎GE与A-B公司产品的思路之间。SIEI公司产品,提供了十种不同的负载控制程序:①普通负载标准起动;②高起动转矩负载;③常用泵;④需带突跳起动的泵;⑤轻型传输带;⑥重型传输带;⑦小惯量风机;⑧大惯量风机;⑨往复式压缩机;⑩螺旋式压缩机。
综上所述,软起动器的起动方式及独特功能是其他降压起动方式不能比拟的,它必将得到越来越广泛的使用。
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