淺談繞線式三相異步電動機的調(diào)速控制.pptVIP

淺談繞線式三相異步電動機的調(diào)速控制,作者：呂教 云南金沙礦業(yè)有限公司濫泥坪公司轉(zhuǎn)運工區(qū),摘要,本文主要敘述，三相繞線式異步電機的幾種簡單調(diào)速方法，對比各調(diào)速控制的優(yōu)、劣，為各企業(yè)對設(shè)備選型和工程造價，提供一定的理論依據(jù)。,三相繞線式異步電機應(yīng)用,三相繞線式異步電機，它具有啟動電流小，且啟動扭矩大，并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)速度，它適合啟動時間較長和啟動較頻繁的場合，被廣泛應(yīng)用于礦山、化工等各領(lǐng)域的球磨機、破碎機、風(fēng)機、空壓機等電機傳動設(shè)備中。,交流異步電機調(diào)速原理,根據(jù)交流異步電機轉(zhuǎn)速公式（式一）電動機的輸出轉(zhuǎn)速與輸入的電源頻率、轉(zhuǎn)差率、電機的極對數(shù)有關(guān)系 N0=(1s)60f/p （式1） （此公式適合所有的交流電機調(diào)速） P電機極對數(shù)；s電機轉(zhuǎn)差率；f電機工作電源頻率；N0電機同步轉(zhuǎn)速； 然而對于繞線電機調(diào)速，一般都是給轉(zhuǎn)子回路中串接電阻（改變電機的轉(zhuǎn)差率）達(dá)到調(diào)速的目的，接下來給大家介紹繞線式異步電機的幾種簡單調(diào)速方法：,三相繞線式異步電機的幾種簡單調(diào)速方法,一、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速啟動。 二、轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器調(diào)速啟動。 三、轉(zhuǎn)子串極調(diào)速啟動 四、轉(zhuǎn)子串水電阻調(diào)速啟動 五、轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速啟動。,一、轉(zhuǎn)子串電阻啟動調(diào)速。,原 理 對于繞線式異步電動機，當(dāng)電網(wǎng)電壓及頻率不變時，在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻后，可以改善電動機的起動轉(zhuǎn)矩，在繞線電機轉(zhuǎn)子中串接啟動電阻，減小啟動電流，根據(jù)公式：I0=U0/R0（式2） 當(dāng)轉(zhuǎn)子串接電阻時R0,在U0不變的情況下，I0,此分析忽略電機感抗的損耗。,控制原理,啟動前將電阻全部接入轉(zhuǎn)子回路，(附控制回路圖)利用KF控制手柄，使KM吸合，啟動電阻被逐級短接，（如圖一a）KM3,KM2,KM1逐級吸合，保證始終有較大的起動轉(zhuǎn)矩，短接方式可以遵循時間和電流調(diào)節(jié)原則，KA3,KA2,KA1中間繼電器可以根據(jù)實際工作 情況而定。,圖一,控制回路圖,優(yōu)劣對比,優(yōu)點：1、系統(tǒng)穩(wěn)定，手動控制簡單。 2、對檢修維護(hù)要求低，對維護(hù)人員技術(shù)要求不高。 缺點：1、手動操作、起動性能不穩(wěn)定、起動電流大（約為35le），轉(zhuǎn)子能耗高。 2、技術(shù)落后，目前已逐漸被淘汰。 3、屬有級調(diào)速，機械特性較軟。 4、鑄鐵電阻，占地面積大，笨重。,二、串頻敏變阻器調(diào)速啟動,由于串電阻有以上缺點，經(jīng)過不斷的總結(jié)和改造，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器調(diào)速啟動。 原理：利用電抗器的交流阻抗作用隨著通過的電流頻率的增大而增大的原理設(shè)計的，繞線電機在起動過程中，轉(zhuǎn)子電流頻率（式3），隨著轉(zhuǎn)速逐漸上升，而s下降，當(dāng)很小時，f0也逐漸下降直到無窮小。 F0=s*f1（式3） F0轉(zhuǎn)子電流頻率；s電機轉(zhuǎn)差率；f1定子電流頻率；,控制原理,頻敏變阻器是一種無觸點電磁原件，可視為帶鐵心的三相電抗器，在電機起動過程中，它的阻抗會隨著轉(zhuǎn)子電流的頻率變化而逐漸減少，故無需用人為去控制其阻抗數(shù)值，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時，可用接觸器KM1，將頻敏變阻器短接，控制回路多采用時間作為參量。如圖一b,優(yōu)劣對比,優(yōu)點：1、實現(xiàn)無級平滑啟動。 2、能實現(xiàn)自動與手動控制。 3、運行穩(wěn)定，維護(hù)簡單，目前在低壓、小功率繞線電機中多采用此啟動器。 缺點：1、對電壓穩(wěn)定性要求高，稍低即難起動。 2、不能連續(xù)起動，連續(xù)啟動時間間隔為1分鐘左右。 3、頻敏包易燒毀，對絕緣要求高。,三、串極調(diào)速啟動,串級調(diào)速是指繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。 原理：假定異步電機的外加電源電壓E0不變，負(fù)載轉(zhuǎn)矩都不變，則電機在調(diào)速前后轉(zhuǎn)子電流近似保持不變。若在轉(zhuǎn)子回路中引入一個頻率與轉(zhuǎn)子電勢相同，而相位相同或相反的附加電勢E1則轉(zhuǎn)子電流I0為： I0=(E0E1)/ R0 （式4） R0= (R2+X0)1/2 E0-轉(zhuǎn)子開路相電勢；R2-轉(zhuǎn)子回路電阻；X0-轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時每相漏抗； 當(dāng)電機在正常運行時，轉(zhuǎn)差率s很小，故R2X0，忽略X0，上式中，E0取電動機的一個常數(shù)，所以改變附加電勢E1就可以改變轉(zhuǎn)差率s ，從而實現(xiàn)調(diào)速。實際E0E1常數(shù)（式四） 設(shè)當(dāng)E1=0時電動機運行于額定轉(zhuǎn)速，即n=n0,s=s0,當(dāng)附件電勢與轉(zhuǎn)子相電勢相位相反時，E1為負(fù)，改變E1的大小，可在額定轉(zhuǎn)數(shù)以下調(diào)速，這稱為低同步串級調(diào)速（小于額定轉(zhuǎn)數(shù)）（即s0），當(dāng)附件電勢與轉(zhuǎn)子相電勢相位相同時，E1為正，改變E1的大小，可在額定轉(zhuǎn)數(shù)以上調(diào)速，這稱為超同步串級調(diào)速(大于額定轉(zhuǎn)數(shù))(即s0)。 根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用原則，串級調(diào)速，多采用晶閘管串級調(diào)速，晶閘管低同步串級調(diào)速系統(tǒng)是在繞線異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)用大功率的晶閘管或整流二極管，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差頻率交流變?yōu)橹绷?，再用晶閘管逆變器將轉(zhuǎn)子電流返回電源以改變電機轉(zhuǎn)速的一種方式。晶閘管低同步串級調(diào)速系統(tǒng)主回路見圖二。,圖二,控制原理,串級調(diào)速控制系統(tǒng)效率利用率高，它能實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，低速時機械特性也比較硬，但是在運行中也必須要注意以下兩點： 1、必須有嚴(yán)格的啟動和切換順序，由于硅原件的賴壓和額定電流的影響，必須保證電機轉(zhuǎn)速達(dá)到規(guī)定的最低轉(zhuǎn)速以上時才允許切換至串級調(diào)速運行狀態(tài)，啟動順序是：給控制回路送電，接通逆變器主電源轉(zhuǎn)子接入頻敏變阻器（起保護(hù)作用），接通定子電源，啟動電機，電機加速至規(guī)定轉(zhuǎn)速時切換至串調(diào)運行，此后立即切斷頻敏變阻器。 2、必須有正確的停車順序，由于繞線電機空載時磁場電流較大，為電機額定電流的25%左右，因此在電機分閘時不允許轉(zhuǎn)子開路，否則將產(chǎn)生嚴(yán)重的過壓，甚至擊穿電機絕緣，停車時應(yīng)保證逆變器比整流器遲脫離電網(wǎng)，停車順序為，使串調(diào)裝置脫離電機轉(zhuǎn)子，同時接入頻敏變阻器，切斷電機定子電源，切斷逆變器電源，切斷控制回路。,優(yōu)劣對比,優(yōu)點： 電能有效利用率高，能實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，機械特性硬，晶閘管被廣泛應(yīng)用，性能比較完善。 缺點： 對操作人員要求比較高，一旦損壞，維護(hù)難度大，控制回路要求繁瑣，目前對可逆吧部分模擬量控制技術(shù)落后。,四、轉(zhuǎn)子串水電阻調(diào)速啟動,適用范圍 目前在許多礦山設(shè)備中多采用高（0.6KV-10KV）和大功率(650-2000KW)繞線異步電動機，如果繼續(xù)采用以上的啟動方式，則對設(shè)備和技術(shù)要求更高，系統(tǒng)保護(hù)更繁瑣，面對此情況，開發(fā)出了轉(zhuǎn)子串水電阻和轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速啟動。,轉(zhuǎn)子串水電阻調(diào)速啟動控制原理,它是通過在電機轉(zhuǎn)子回路中串入液體電阻，自動無級調(diào)整該電阻使其由大變小最后為零，實現(xiàn)電機降壓無沖擊地平滑啟動。 水電阻啟動的原理是：水電阻是利用一個水槽，將一定配比的堿性液體（ClNa）置于水槽中，水槽兩邊設(shè)銅質(zhì)極板，一端為定極板，一端為動極板，通過外設(shè)動力驅(qū)動極板，改變兩極板間的距離達(dá)到改變電阻的目的（電阻的阻值大小與動定極板的距離大小近似正比關(guān)系），該電阻的改變是人為通過驅(qū)動機構(gòu)設(shè)定的，電阻的切換時間利用驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)及其執(zhí)行時間來設(shè)定。通過程序控制平穩(wěn)移動動極板，最終達(dá)到電機平穩(wěn)無級啟動的目的。,控制原理,具體工作過程是：在主電機起動前，液體電阻自動投入；主電機起動時，動極板在一小功率伺服電機的帶動下緩慢移動，改變兩極板之間的距離，使串入轉(zhuǎn)子回路的液體電阻阻值變化滿足電機啟動要求，當(dāng)電機轉(zhuǎn)速升高時，兩極板之間距離最小時，電機轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，將液體電阻短接，完成起動過程，轉(zhuǎn)入額定運行狀態(tài)。,主要性能特點,（1）、軟起動，起動電流小Iq1.3I（A）；降低了電機起動升溫，有效地延長電機使用壽命； （2）、起動過程平滑，對機械設(shè)備無沖擊；可連續(xù)起動510次，起動性能優(yōu)于頻敏起動器； （3）、對電網(wǎng)要求不高，不會產(chǎn)生諧波而影響電網(wǎng)；結(jié)構(gòu)可靠、簡單，安裝、維護(hù)方便；通用性好，可適用任何負(fù)載狀況下繞線式電機軟起動，特別適用于重載起動； 此系統(tǒng)雖然性能好，但工程造價高，普及率不高，有待推廣 。,五、轉(zhuǎn)子串變頻調(diào)速啟動,高壓繞線式電機轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)，采用低壓變頻器，給高壓繞線電機轉(zhuǎn)子供電，實現(xiàn)高壓繞線電機的變頻調(diào)速，使交流電機實現(xiàn)無級調(diào)速，達(dá)到理想的運行狀態(tài)。此設(shè)計新穎，利用成熟的低壓變頻技術(shù)。主回路接線圖如圖三：,圖三,由于高壓繞線電機轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速控制系統(tǒng)采用上述結(jié)構(gòu)，利用目前比較成熟的低壓通用型矢量控制變頻器技術(shù)，可以實現(xiàn)高壓交流繞線電機的變頻調(diào)速，因為高壓繞線電機的轉(zhuǎn)子電壓較低，轉(zhuǎn)子變頻器的電壓等級只要與電機轉(zhuǎn)子電壓匹配即可，這就使用低壓變頻器解決高壓電機的變頻調(diào)速問題，與高壓定子變頻調(diào)速控制相比，設(shè)備簡單、通用性強、可靠性高但 技術(shù)要求高。,優(yōu)劣對比,優(yōu)點：低壓變頻技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，配套方便；高效節(jié)能，啟動電流小，調(diào)速范圍大，靜態(tài)性能好，啟動電流小I01.3Ie，機械特性硬。 缺點：變頻器技術(shù)復(fù)雜，現(xiàn)場人員很難維護(hù)，設(shè)備成本高。,結(jié)