异步电动机的仿真优化研究论文

交流异步电机软起动技术分析与研究论文关键词:异步电动机;软起动;调压调速 论文摘要:本文对交流异步电动机的软起动问题做了分析和研究,提出了异步电动机起动和运行的综合控制方案。 1前言 目前在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机(包括380V/660V低压电动机和3KV/6KV中压电动机),有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行的状态,白白地浪费掉大量的电能。究其原因,大致是由以下几种情况造成的: ①由于大部分电机采用直接起动方式,除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外,8~10倍的起动电流造成巨大的能量损耗。 ②在进行电动机容量选配时,往往片面追求大的安全余量,且层层加码,结果使电动机容量过大,造成“大马拉小车”的现象,导致电动机偏离最佳工况点,运行效率和功率因数降低。 ③从电动机拖动的生产机械自身的运行经济性考虑,往往要求电力拖动系统具有变压、变速调节能力,若用定速定压拖动,势必造成大量的额外电能损失。 2异步电动机的软起动 由于工业生产机械的不断更新和发展,对电动机的起动性能提出了越来越高的要求,归纳起来有以下几个方面; ①求电动机有足够大的,并且能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线; ②尽可能小的起动电流; ③起动设备尽可能简单、经济、可靠,起动操作方便; ④起动过程中的功率消耗应尽可能的少。 根据以上相互矛盾的要求和电网的实际情况,通常采用的起动方式有两种:一种是在额定电压下的直接起动方式,另一种是降压起动方式。 直接起动的危害 ①电网冲击:过大的起动电流(空载起动电流可达额定电流的4~7倍,带载起动时可达8~10倍或更大),会造成电网电压下降,影响其他用电设备的正常运行,还可能使欠压保护动作,造成设备的有害跳闸。同时过大的起动电流会使电机绕组发热,从而加速绝缘老化,影响电机寿命。 ②机械冲击:过大的冲击转矩往往造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损,导致击穿烧机;转轴扭曲,联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。 ③对生产机械造成冲击:起动过程中的压力突变往往造成泵系统管道、阀门的损伤,缩短使用寿命;影响传动精度,甚至影响正常的过程控制。 老式降压起动方式的适用场合及性能比较: 降压起动的目的是减小起动电流,但它同时也使起动转矩下降了。对于重载起动,带有大的峰值负载的生产机械,就不能用这种方式起动。传统的降压起动有以下几种方法: (1)星形/三角形转换器:这种方法适用于正常运行时定子绕组采用△接法的电动机。定子有六个接头引出,接到转换开关上,起动时采用星形接法,起动完毕后再切换成△接法。起动电压为220V,运行电压为380V。这种起动设备的优点是起动设备简单,起动过程中消耗能量少。缺点是有二次电流冲击,设备故障率高,需要经常维护,所以不宜使用在频繁起动的设备上。 (2)自耦变压器降压起动:三相自耦变压器(也称补偿器)高压边接电网,低压边接电动机,一般有几个分接头,可选择不同的电压比,相对于不同起动转矩的负载。在电动机起动后再将其切除。其优点是起动电压可以选择,如或,以适应不同负载的要求。缺点是体积大,重量重,且要消耗较多有色金属,故障率高,维修费用高。 (3)对于绕线式异步电动机,可在转子绕组串接频敏变阻器或水电阻实现起动,待起动完成后再将其切除。但频敏变阻器成本高,而水电阻损耗又大。 值得指出的是:尽管各种老式降压起动方法各有其优缺点,但它们有一个共同的优点:就是没有谐波污染。 新型的电子式软起动器 所谓“软起动”,实际上就是按照预先设定的控制模式进行的降压起动过程。目前的软起动器一般有以下几种起动方式: (1)限流软起动:限流起动顾名思义就是在电动机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值(Im)的软起动方式。主要用在轻载起动的负载的降压起动,其输出电压从零开始迅速增长,直到其输出电流达到预先设定的电流限值Im,然后在保持输出电流I这种起动方式的优点是起动电流小,且可按需要调整,(起动电流的限值Im必须根据电动机的起动转矩来设定,Im设置过小,将会使起动失败或烧毁电机。)对电网电压影响小。其缺点是在起动时难以知道起动压降,不能充分利用压降空间,损失起动转矩,起动时间相对较长。 (2)转矩控制起动:主要用在重载起动,它是按电动机的起动转矩线性上升的规律控制输出电压,它的优点是起动平滑、柔性好,对拖动系统有利,同时减少对电网的冲击,是最优的重载起动方式。它的缺点是起动时间较长。 (3)转矩加突跳控制起动与转矩控制起动一样也是用在重载起动的场合。所不同的是在起动的瞬间用突跳转矩,克服拖动系统的静转矩,然后转矩平滑上升,可缩短起动时间。但是,突跳会给电网发送尖脉冲,干扰其它负荷,使用时应特别注意。 (4)电压控制起动是用在轻载起动的场合,在保证起动压降的前提下使电动机获得最大的起动转矩,尽可能地缩短起动时间,是最优的轻载软起动方式。 软起动器的适用场合 (1)生产设备精密,不允许起动冲击,否则会造成生产设备和产品不良后果的场合; (2)电动机功率较大,若直接起动,要求主变压器容量加大的场合; (3)对电网电压波动要求严格,对压降要求≤10%UN的供电系统; (4)对起动转矩要求不高,可进行空载或轻载起动的设备。 严格地讲,起动转矩应当小于额定转矩50%的拖动系统,才适合使用软起动器解决起动冲击问题。对于需重载或满载起动的设备,若采用软起动器起动,不但达不到减小起动电流的目的,反而会要求增加软起动器晶闸管的容量,增加成本;若操作不当,还有可能烧毁晶闸管。此时只能采用变频软起动。因为软起动器调压不调频,转差功率始终存在,难免过大的起动电流;而变频器采用调频调压方式,可实现无过流软起动,且可提供倍额定转矩的起动转矩,特别适用于重载起动的设备。但是变频器的价格就要比软起动器的价格高得多了。 3异步电动机的调压调速 异步电动机的调压调速属低效调速方式,因为在调速过程中始终存在转差损耗,因此调压调速有很大的限制,不是任何一台普通的笼型电机加上一套晶闸管调压装置,就可以实现调压调速的。 首先必须改变电动机的外特性,新的外特性必须使电动机有一个宽广的稳定的调速范围。一般要采用高转差率电机,交流力矩电机或在绕线式电机的转子绕组中串接电阻的方法,并且要加上转速闭环控制,才能进行稳定的调速。 其次是要将调速过程中由于转差功率引起的转子的温升很好地导出机外,才能实现长期稳定工作。这里可采取旋转热管结构,也可采取特殊风道冷却结构,都是行之有效的方法。 在电力电子技术高度发展的今天,变频调速装置的价格已不再昂贵的情况下,再考虑调压调速,似乎已无多大的现实意义了。 4结论(1)电子式软起动器结构简单,较之传统的△/Y起动器,自耦变压器起动器具有无触点、无噪音、重量轻、体积小,起动电流及起动时间可控制,起动过程平滑等优点,并且维护工作量小。当电动机空载或轻载时,节能效果显著,特别适用于短时满载,长时间空载的负载。 (2)对于高转差电机,实心转子电机,力矩电机等,尤其是在带风机、水泵类负载时,有较好的调速性能,但不适用于普通的笼型电机调速。 (3)采用智能控制器,具有完善的电机保护功能,保护整定值设置方便,保护性能可靠。 (4)其最大缺点是由于采用晶a闸管移相控制,故对电网及电机均存在谐波干扰。

出处：三相异步电动机的原理与结构 摘要：作电动机运行的三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运三相异步电动机而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。关键词 三相异步电动机；基本结构；工作原理；选用一、三相异步电动机的基本结构1、定子（静止部分）（1）定子铁心作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。构造：定子铁心一般由毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。定子铁心槽型有以下几种：半闭口型槽，半开口型槽，开口型槽。（2）定子绕组作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。构造：由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。（3）机座作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。2、转子（旋转部分）（1）三相异步电动机的转子铁心：作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。（2）三相异步电动机的转子绕组作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。3、三相异步电动机的其它附件端盖：支撑作用。轴承：连接转动部分与不动部分。轴承端盖：保护轴承。风扇：冷却电动机二、三相异步电动机的工作原理定子绕组接上三相电源后，电动机便产生旋转磁场，所谓旋转磁场就是指电动机内定子和转子之间气隙的圆周上按正弦规律分布的，能够围绕着电动机在空间不断旋转的磁场。转子与旋转磁场之间存在相对运动。转子导条被旋转磁场的磁力线切割而产生感应电动势，它在转子绕组中感应出电流，两者相互作用产生电磁转矩，使转子转动起来。从而将电能转化为转轴的机械能。当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。三、三相异步电动机的选用三相异步电动机应用广泛，是一种主要的动力源。在此，要特别强调合理选择电动机的额定功率，如额定功率选择过大，不仅造成设备投资费用增加，而且电动机长期处于低效率低功率因数点运行，是很不合理很不经济的。1、三相异步电动机的选用要点(1)根据机械负载特性、生产工艺、电网要求、建设费用、运行费用等综合指标，合理选择电动机的类型。(2)根据机械负载所要求的过载能力、启动转矩、工作制及工况条件，合理选择电动机的功率，使功率匹配合理，并具有适当的备用功率，力求运行安全、可靠而经济。(3)根据使用场所的环境，选择电动机的防护等级和结构形式。(4)根据生产机械的最高机械转速和传动调速系统的要求，选择电动机的转速。(5)根据使用的环境温度，维护检查方便、安全可靠等要求，选择电动机的绝缘等级和安装方式。(6)根据电网电压、频率、选择电动机的额定电压以及额定频率。2、三相异步电动机的选用步骤：选电动机类型→选电动机容量→校核启动转矩最大转矩→等效发热校核→经济性综合指标校核→电动机机械特性与负载特性对比→电动机电压等级与频率→决定核→电动机机械特性与负载特性对比→电动机电压等级与频率→决定3、三相异步电动机的维护保养启动前的准备和检查(1)检查电动机和启动设备接地是否可靠和完整，接线是否正确与良好。(2)检查电动机铭牌所示额定电压，额定频率是否与电源电压、频率相符合。(3)新安装或者长期停用的电动机(停用三个月以上)，启动前应检查绕组相对相、相对地的绝缘电阻值。(用1000伏兆欧表测量)。绝缘电阻应该大于兆欧。如果低于这个值，应该将绕组烘干。(4)对绕线型转子应该检查其集电环上的电刷以及提刷装置是否能正常工作，电刷的压力是否能符合要求。电刷压力为 N/cm。(5)检查电动机的转子转动时候灵活可靠，滑动轴承内的油时候达到规定的油位。(6)检查电动机所用的熔断器的额定电流是否符合要求。(7)检查电动机的各个紧固螺栓以及安装螺栓是否牢固并符合要求。4、运行中的故障处理(1)启动时的故障当合上断路器或自动开关后，电动机不转，只听到嗡嗡的声响，或者不能转到全速，这种故障原因可能是：定子回路一相断线，如低压电动机熔断器一相熔断，或高压电动机短路器以及隔离开关的一相接触不良，不能形成三相旋转磁场。转子回路断线或接触不良，使转子绕组内无电流或电流减小，因而电动机不转或者转动很慢。在传动机械中，有机械上的卡阻现象，严重时电动机就不转，且异常声响。电压过低使电动机转矩减小，启动困难或不能启动。电动机定子，转子铁心相摩擦，增加了负载，使转动困难。运行人员发现上述故障时，对高压电动机来讲，应立即拉开电动机的断路器以及隔离开关，检查其定子、转子回路。(2)定子绕组单相接地故障。电动机绕组由于受到各种因素的侵蚀，使其绝缘水平降低。此外，由于电动机长期过负荷运行，会使绕组的绝缘体因长期过热而变的焦脆或脱落。这都会造成电动机定子绕组的单相接地。(3)三相电动机单相运行的故障三相电动机在运行中，如果一相熔断器烧坏或接触不良，隔离开关，熔断器，电缆头以及导线一相接触松动以及定子绕组一相断线，均会造成电动机的单相运行。运行人员根据电动机所产生的异常现象，确认电动机为单相运行时，则应切断电源，使其停止运行。并用兆欧表测量定子回路电阻值，若电阻值很大或无穷大时，则说明该相断线。然后检查定子回路中的熔断器，断路器，隔离开关，电缆头以及接线盒内接线接触是否良好。四、三相异步电动机的铭牌每台电动机的机壳上都有一块铭牌，上面标明该电动机的规格、性能及使用条件，它是我们正确使用电动机的依据。这里对铭牌上主要的技术参数介绍如下。1、型号为了适应不同用途和工作环境需要，三相异步电动机制成不同系列和型号，不同型号的电动机的机座长度、中心高度、转速等技术参数不相同，使用或选购时应注意型号或根据需要查阅相应产品目录和技术手册。2、功率电动机在铭牌规定的运行条件下，正常工作时的输出功率(kw)。3、电压电动机定子绕组的额定线电压(v)。4、电流电动机在额定工作状况下运行时流入定子绕组的线电流(a)。5、转速电动机在额定工作状况下运行时转子每分钟的转数(r/min)。6、接法电动机的接线盒有六个接线端子，需要改变转子当前的转向时，只要把电动机的三根电源线中的任意两根对调一下，就能改变电动机的转向。结论：实践证明，在工农业生产中，根据实际需要，科学地选用三相异步电动机可以提高生产效率，收到很好的经济效益。在运行中对电动机进行科学的维护保养，使电动机长期处于非常好的技术状态，延长使用寿命，提高工农业生产的的效率。是非常有必要的。参考文献:[1] 才家刚.电动机使用与维理技术. 北京：水利水电出版社，1998.[2] 付家才.电机工程实践技术.北京：化学工业出版社，2003[3] 张曾常.电机绕组接线速成.北京：机械工业出版社，1996[4] 松柏.三相电动机修理自学指导.北京：北京科学技术出版社，2001

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