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,5.交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和制動(dòng),主講人:羅勇存,2,5.1概述5.1.1交流電動(dòng)機(jī)的各種起動(dòng)方式籠型異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式一般有全壓起動(dòng)、降壓起動(dòng)和變頻起動(dòng)三種。其中降壓起動(dòng)又分為:(1)星形三角形降壓起動(dòng);(2)延邊三角形降壓起動(dòng);(3)電阻降壓起動(dòng);(4)電抗器降壓起動(dòng);(5)自耦變壓器降壓起動(dòng);(6)晶閘管降壓軟起動(dòng)。同步電動(dòng)機(jī)和高壓籠型電動(dòng)機(jī)一般只采用(4)、(5)兩種降壓起動(dòng)方式。繞線型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式一般有頻敏變阻器起動(dòng),電阻分級(jí)起動(dòng)和交流電力電子開(kāi)關(guān)起動(dòng)(交流電力電子開(kāi)關(guān)只用于交流低壓電動(dòng)機(jī))。,3,5.1.2降壓起動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足下列條件:(1)降壓起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的端電壓應(yīng)保證其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于生產(chǎn)機(jī)械的靜阻轉(zhuǎn)矩,即式中起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)端電壓的標(biāo)幺值;生產(chǎn)機(jī)械靜阻轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的標(biāo)幺值。生產(chǎn)機(jī)械所需的靜阻轉(zhuǎn)矩應(yīng)由工藝或設(shè)備專(zhuān)業(yè)提供,在未取得工藝資料,而又要進(jìn)行估算時(shí),可參照下冊(cè)表24-4,該表所列數(shù)據(jù)僅供參考。(2)大型電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)時(shí),其端電壓除應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于生產(chǎn)機(jī)械的靜阻轉(zhuǎn)矩外,還應(yīng)符合制造廠對(duì)電動(dòng)機(jī)最低端電壓的要求。,4,5.1.3制動(dòng)方式除機(jī)械制動(dòng)(包閘)外,電氣制動(dòng)有三種:(1)能耗制動(dòng),定子繞組通直流,產(chǎn)生制動(dòng)力矩;(2)反接制動(dòng),定子繞組電源相序反接產(chǎn)生制動(dòng)力矩,沖擊大,因?yàn)橛?倍電壓。(3)再生制動(dòng),位能負(fù)荷或逆變狀態(tài),使電機(jī)在發(fā)電狀態(tài)下產(chǎn)生制動(dòng)力矩。,5,5.2籠型電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)5.2.1全壓起動(dòng)籠型電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)優(yōu)先采用全壓起動(dòng),全壓起動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足下列條件:(1)起動(dòng)時(shí)電壓降不得超過(guò)允許值。一般經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其電壓降不得超過(guò)10%;不經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)其電壓降不得超過(guò)15%;在保證生產(chǎn)機(jī)械所要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,而又不影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí),起動(dòng)時(shí)電壓降可允許為20%或更大一些。由單獨(dú)變壓器供電的電動(dòng)機(jī),起動(dòng)時(shí)電壓降的允許值由生產(chǎn)機(jī)械所要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩決定。(2)起動(dòng)容量不得超過(guò)電源容量和供電變壓器的過(guò)負(fù)荷能力?;\型電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)的功率與電源容量之間的關(guān)系見(jiàn)表5-1,與供電變壓器容量之間的關(guān)系見(jiàn)表5-2。表5-2中所列的數(shù)據(jù)是根據(jù)以下條件求得的:,6,1)電動(dòng)機(jī)與低壓母線直接相連;2)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)Kiq=7;額定功率因數(shù)cose=0.85;效率=0.9;3)變壓器的其它負(fù)荷為Sfh=0.5Sb,cosfh=0.7;或Sfh=0.6Sb,cosfh=0.8(由這兩種情況計(jì)算出的Qfh值相差很少,故在表2中只列出前一種情況時(shí)的計(jì)算值);4)變壓器高壓側(cè)的短路容量Sdl=50Sb,Sb為變壓器額定容量。,7,表5-1按電源容量允許全壓起動(dòng)的籠型電動(dòng)機(jī)功率,8,表5-26(10)/0.4kV變壓器允許全壓起動(dòng)籠型電動(dòng)機(jī)的最大功率,9,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),應(yīng)對(duì)變壓器過(guò)負(fù)荷進(jìn)行校驗(yàn)。若每晝夜起動(dòng)6次,每次起動(dòng)持續(xù)時(shí)間不超過(guò)15s,變壓器的負(fù)荷率小于90%時(shí)(或每次起動(dòng)持續(xù)時(shí)間不超過(guò)30s,變壓器負(fù)荷率小于70%時(shí)),最大起動(dòng)電流允許值為變壓器額定電流的4倍。若每晝夜起動(dòng)1020次(每次起動(dòng)持續(xù)時(shí)間和變壓器的負(fù)荷率同前),則允許最大起動(dòng)電流相應(yīng)減小為變壓器額定電流的23倍。當(dāng)不符合上述條件時(shí),應(yīng)加大變壓器的容量,而不應(yīng)采用進(jìn)一步降低起動(dòng)電壓的方法。這樣會(huì)延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間,使變壓器更加過(guò)熱。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流對(duì)變壓器過(guò)負(fù)荷的影響,主要是對(duì)繞阻絕緣有影響。詳見(jiàn)下冊(cè)附錄24.1。,10,(3)大型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),應(yīng)保證電動(dòng)機(jī)及其起動(dòng)設(shè)備的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定電流應(yīng)符合制造廠的規(guī)定。例如,電動(dòng)機(jī)的允許起動(dòng)條件(全壓起動(dòng)或降壓起動(dòng))和連續(xù)起動(dòng)次數(shù)(一般軋鋼電動(dòng)機(jī)連續(xù)起動(dòng)次數(shù)為冷態(tài)3次,熱態(tài)2次)以及起動(dòng)設(shè)備的熱穩(wěn)定等。對(duì)于同步電動(dòng)機(jī)還應(yīng)考慮阻尼籠條的溫度不超過(guò)制造廠的規(guī)定。(4)全壓起動(dòng)電壓降計(jì)算低壓籠型電動(dòng)機(jī)應(yīng)優(yōu)先采用全壓起動(dòng)。當(dāng)條件不允許全壓起動(dòng)時(shí),才考慮采用降壓起動(dòng)。低壓籠型電動(dòng)機(jī)允許全壓起動(dòng)的最大功率和供電設(shè)備容量之間的參考值見(jiàn)表5-1和表5-2。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率接近于表5-1和5-2中最大功率時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況(如變壓器高壓側(cè)實(shí)際的短路容量,接至電動(dòng)機(jī)的電纜截面和長(zhǎng)度,母線已有負(fù)荷及其功率因數(shù),以及電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)等)進(jìn)行核算,計(jì)算時(shí)采用有名值較為方便。,11,例一臺(tái)Y315M2-4籠形電動(dòng)機(jī)(160Kw,380V,294A,1480r/min,cosed=0.89,=0.93,=7),由一臺(tái)SL7-500/10(Ud%=4)變壓器供電,接至電動(dòng)機(jī)的線路為兩根長(zhǎng)150m,截面為120mm鋁芯電纜。變壓器一次側(cè)的短路容量為25MVA。母線已有負(fù)荷為250kW功率因數(shù)cosfh=0.7。計(jì)算電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)低壓母線電壓和電動(dòng)機(jī)端電壓。解電動(dòng)機(jī)功率已接近表-2中所列最大功率,故需要對(duì)低壓母線和電動(dòng)機(jī)端電壓進(jìn)行核算。,=0.193MVA,12,=7X0.193,=1.35MVA,=8.33MVA,13,=0.01,=1.23MVA,14,=0.178Mvar,=0.87(0.85),15,滿足母線壓降允許值的要求。,=0.79,式中,電動(dòng)機(jī)的額定容量,MVA;,電動(dòng)機(jī)的額定功率,MW;,16,電動(dòng)機(jī)額定功率因數(shù);電動(dòng)機(jī)額定效率;電動(dòng)機(jī)額定起動(dòng)容量,MVA;,電動(dòng)機(jī)額定起動(dòng)電流倍數(shù);,母線短路容量,MVA;,變壓器額定容量,MVA;,變壓器阻抗電壓百分?jǐn)?shù);,變壓器一次側(cè)短路容量,MVA;,電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí),起動(dòng)回路的額定輸入容量,MVA;,17,母線額定電壓,Kv;母線其它負(fù)荷的無(wú)功功率,Mvar;母線其它負(fù)荷,MVA;母線其它負(fù)荷的功率因數(shù);電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的母線電壓相對(duì)值;電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的端電壓相對(duì)值線路電抗,計(jì)入電阻后,鋁線取,銅線取線路單位長(zhǎng)度的電抗,/km,高壓電纜或低壓電線穿管取0.08,低壓電纜取0.07,架空線路取0.35;S導(dǎo)線或電纜芯的截面mm2;L線路長(zhǎng)度,km。,18,5.2.2星形-三角形降壓起動(dòng)星形-三角形降壓起動(dòng)適用于正常運(yùn)行時(shí)繞組為三角形接線,且具有6個(gè)出線端子的低壓籠型電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)定子繞組接成星形,(此時(shí)繞組電壓為額定線電壓的,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流為全壓起動(dòng)時(shí)的),隨后將三相繞組轉(zhuǎn)接成三角形(切換時(shí)間繼電器控制,切換時(shí)間0.4s60s之間調(diào)整)。這種起動(dòng)方式的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小,一般只適用于輕載起動(dòng)的場(chǎng)合。星形-三角形起動(dòng),主回路接線見(jiàn)下圖,起動(dòng)時(shí)KM1、KM3接通,KM2斷開(kāi),起動(dòng)后KM1、KM2接通,KM3斷開(kāi)。,19,20,注意:星形-三角形起動(dòng),沖擊電流很大,瞬時(shí)可達(dá)電動(dòng)機(jī)額定電流20倍。某廠,水泵200KW,額定電流364A,采用星形-三角形起動(dòng),原設(shè)計(jì)選用NS630斷路器,脫扣器MA500A,12.5倍,結(jié)果起動(dòng)時(shí)跳。因?yàn)椋?00X12.5=62507280A,21,5.2.3自耦變壓器降壓起動(dòng)自耦變壓器降壓起動(dòng)通常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高而起動(dòng)電流減小的場(chǎng)合。起動(dòng)用的自耦變壓器的容量可按下式計(jì)算,或,22,式中電動(dòng)機(jī)起動(dòng)容量,KvA;電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電壓,V;電動(dòng)機(jī)額定電壓,V;電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù);電動(dòng)機(jī)額定容量,KvA;N電動(dòng)機(jī)允許連續(xù)起動(dòng)次數(shù);電動(dòng)機(jī)一次起動(dòng)時(shí)間,min;電動(dòng)機(jī)計(jì)算起動(dòng)時(shí)間,min;自耦變壓器容量,KvA。自耦變壓器均具有65%和80%額定電壓的兩組抽頭,相應(yīng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流分別為其額定值的42.3%及64%。主回路接線見(jiàn)下圖:,23,起動(dòng)時(shí),KM1、KSC1、KSC2接通,KM2,斷開(kāi),,起動(dòng)后,KM1、KM2接通,KSC1、KSC2斷開(kāi)。,運(yùn)行轉(zhuǎn)換方式,采用電流、時(shí)間雙重控制切換,當(dāng)電流降到1.5倍時(shí),由起動(dòng)狀態(tài)切換到運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電流切換電路發(fā)生故障時(shí),時(shí)間轉(zhuǎn)換電路起作用,進(jìn)行切換。,24,5.2.4晶閘管軟起動(dòng)晶閘管軟起動(dòng)是一種無(wú)觸點(diǎn)強(qiáng)電電路,雙向控制,保護(hù)功能全,作為籠型電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng),電流限制一般在2.53.6倍,優(yōu)于其它降壓起動(dòng)方式。下面以QB3型軟起動(dòng)器為例進(jìn)行說(shuō)明。,25,26,輸出特性TS,27,起動(dòng)電壓Us在起動(dòng)過(guò)程中,電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加。當(dāng)軟起動(dòng)器的輸出電壓較小時(shí),電機(jī)力矩小于負(fù)載的靜磨擦力矩,不能使負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著輸出電壓的不斷增大,電機(jī)力矩克服了負(fù)載的靜磨擦力矩,使負(fù)載開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。QB3軟起動(dòng)器在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓Us,可以將Us調(diào)節(jié)到大于負(fù)載的靜摩擦力矩,使負(fù)載能立即開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。起動(dòng)力矩由電位器(2070%),28,達(dá)速電壓UR輸出電壓從Us開(kāi)始按一定的斜率上升(斜率由電位器調(diào)節(jié)),電機(jī)不斷加速。當(dāng)輸出電壓達(dá)到UR時(shí),電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,UR就稱(chēng)為達(dá)速電壓。QB3軟起動(dòng)器在起動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)監(jiān)測(cè)達(dá)速電壓,當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí),使輸出電壓上升到額定電壓。對(duì)于不同的電機(jī)和負(fù)載,達(dá)速電壓UR的數(shù)值可能不同。,29,起動(dòng)時(shí)間Ts起動(dòng)時(shí)間Ts指輸出電壓從0V上升到380V所需的時(shí)間,也即輸出電壓在Us與UR之間的斜率。電機(jī)的實(shí)際起動(dòng)時(shí)間與負(fù)載大小有關(guān),一般情況下與Ts不一致。5.2.5能耗制動(dòng)將籠型電動(dòng)機(jī)的交流供電電源切除后,立即向定子繞組通以直流電流,此直流電流在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生的恒定磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流相互作用,便產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小與直流電流的大小及電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。隨著轉(zhuǎn)速降低,制動(dòng)轉(zhuǎn)矩急劇增加,當(dāng)轉(zhuǎn)速降到0.10.2同步轉(zhuǎn)速時(shí),制動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)最大值。為了取得較好的制動(dòng)特性,制動(dòng)電流通常取籠型電動(dòng)機(jī)空載電流的3倍(或更大一些)。此時(shí)最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩1.9倍(或更大一些)。原理圖如下所示:,30,31,5.3繞線型電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)5.3.1概述由于繞線型電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻很小,轉(zhuǎn)子不接外電阻時(shí),起動(dòng)電流達(dá)510倍,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有額定轉(zhuǎn)矩的0.51.5倍。起動(dòng)電流大,繞組發(fā)熱增加,對(duì)電網(wǎng)沖擊大,引起電壓波動(dòng)大,對(duì)生產(chǎn)機(jī)械要求的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足不了要求。因此,繞線型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路要接電阻或接頻敏變阻器,來(lái)減小起動(dòng)電流和增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(22.5倍)。特性曲線如下圖所示。,32,33,轉(zhuǎn)差率S與轉(zhuǎn)矩M之關(guān)系,見(jiàn)下式。(S=S1S2S3)轉(zhuǎn)子電流,見(jiàn)下式。-轉(zhuǎn)子開(kāi)路電壓,V.-轉(zhuǎn)子內(nèi)阻,.,串電阻后,-外接內(nèi)阻,.,上述中沒(méi)有考慮電抗,因?yàn)閱?dòng)瞬間f2=0,因此x=2f2L=0,轉(zhuǎn)子頻率。HZ,轉(zhuǎn)子繞組電感。H,34,5.3.2電阻分級(jí)起動(dòng)某些大功率傳動(dòng)裝置要求重載起動(dòng),而某些小功率傳動(dòng)裝置要求頻繁起、制動(dòng)。為減小起動(dòng)損耗和起動(dòng)電流,并滿足某些生產(chǎn)機(jī)械對(duì)加、減速度的特定要求,可采用電阻分級(jí)起動(dòng),特性曲線見(jiàn)表5-3。,35,表5-3電阻分級(jí)起動(dòng)的特性,電阻計(jì)算及選擇,詳見(jiàn)下冊(cè)表24-46。,36,5.3.3頻敏變阻器起動(dòng)頻敏變阻器是一種鐵芯由鑄鐵片或鋼板疊成,外面套有線圈的三相電抗器。其等效阻抗由線圈電抗和鐵芯損耗(主要是渦流損耗)決定。阻抗值隨電流頻率變化而變化。接線方式見(jiàn)(a)、(b)圖。,37,(a)起動(dòng)后切除頻敏變阻器(RF)(b)轉(zhuǎn)子常接頻敏變阻器(RF),38,繞線型電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子電流頻率隨轉(zhuǎn)差率變化而變化。在轉(zhuǎn)子回路中接入頻敏變阻器,其等效阻抗隨轉(zhuǎn)差率減?。ㄞD(zhuǎn)速增高)而相應(yīng)減小,從而達(dá)到限制起動(dòng)電流,并且獲得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩近似恒定的起動(dòng)特性,見(jiàn)圖(c)。它具有不需要改變外接阻抗而可以很容易地實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)的特點(diǎn)。對(duì)要求工作特性軟的機(jī)械(如軋機(jī)的輥道等),也可以將頻敏變阻器常接在轉(zhuǎn)子回路中。,39,負(fù)載轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值起動(dòng)轉(zhuǎn)矩標(biāo)幺值起動(dòng)電流標(biāo)幺值(隨著轉(zhuǎn)子頻率升高而減?。?40,采用頻敏變阻器起動(dòng),其優(yōu)點(diǎn)是可以省去龐大的起動(dòng)電阻器,線路簡(jiǎn)單,維護(hù)方便。缺點(diǎn)是功率因數(shù)低(一般為0.50.75),起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。對(duì)要求在低轉(zhuǎn)速下

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