5 异步电机软起动及优化节能控制技术

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1、第5章异步电机软起动及优化节能控制技术运动控制系统在工矿企业中使用着大量的异步电动机（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，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

2、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，往往要求电机拖动系统具有变压、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。电动机的非经济运行情况，早已引起国家有关部门的重视，并分别于1990年和1995年制定和修定了一个强制性的国家标准：《三相异步电动机经济运行》（GB12497-1995）。希望依此来规范三相异步电动机的经济运行，国标的发布对电动机的经济运行起了很大的促进作用。本章介绍异步电动机降压软起动技术及其优化节能控制技术。5.1异步电动机的软起动在一般情况下，异步电动机的起动

3、电流比较大，而起动转矩并不大。对于一般的鼠笼形电动机，起动电流和起动转矩对其额定值的倍数大约为起动电流倍数起动转矩倍数式中，、为异步电动机直接起动时的起动电流；、为异步电动机额定电流；、为异步电动机直接起动时的起动转矩；、为异步电动机额定转矩。对于小容量电动机，只要供电网络和变压器的容量足够大（一般要求比电机容量大4倍以上），而供电线路并不太长（起动电流造成的瞬时电压降落低于10%~15%），可以直接通电起动，操作也很简便。中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降过大，影响其他用电设备的正常运行，甚至使该电动机本身根

4、本起动不起来。这时，必须采取措施来降低其起动电流。归纳起来，对电动机的起动性能提出了以下几个方面的要求：(1)要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。5.1.1直接起动的危害直接起动是最简单的起动方式，起动时通过闸刀或接触器将电动机直接接到电网上。直接

5、起动的优点是起动设备简单，起动速度快。但是直接起动的危害很大：（1）对电网的冲击：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。（2）对电动机的冲击：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；另外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。（3）对生产机械的冲击：起动过程中的压力突变往往

6、造成泵系统管道、阀门的损伤，缩短使用寿命；影响传动精度，甚至影响正常生产过程。所有这些都给设备的安全可靠运行带来威胁，同时也造成过大的起动能量损耗，尤其当频繁起停时更是如此。因此对电动机直接起动有以下限制条件：（1）生产机械是否允许拖动电动机直接起动，这是先决条件；（2）电动机的容量应不大于供电变压器容量的10~15%（3）起动过程中的电压降△U应不大于额定电压的15%。对于中、大功率的电动机一般都不允许直接起动，而要求采用一定的起动设备，方可完成正常的起动工作。5.1.2传统降压起动方式的适用场合及性能比较降压起动的

7、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。在转换过程中，由于瞬变电势和电动机剩磁产生的

8、电势往往与电源电压有相位差，严重时会产生电压相加，引起过大的冲击电流和电磁转矩，因此大大地限制了它的使用。由于起动电压为运行电压的1/，故其起动转矩为额定转矩的1/3，只能用在空载或轻载（负载率小于1/3）起动的设备。在电动机轻载或空载运行时，也可利用该起动设备作降压运行，以提高电动机的功率因数和效率。（2）自耦变压器降压起动：三