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三相异步电机的几种起动方式

发布日期:2024-09-21 01:36:30 | 来源:江南JN体育
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  采用三相交流异步电机作动力的设备,需要一个平稳的起动过程,才能安全稳定的进入运行状态,正常生产。更主要的是,不会对人身和设备造成伤害,安全第一!三相交流异步电机起动时,首先建立定子磁通。定子线圈未形成磁通时,阻抗极小,起动回路中电流很大。一般在电机的额定电流的5~12倍左右。如果功率小、负载轻,起动电流也在5~7倍间。总之,随负载的加重,而对应起动电流也增大,是个变化量。所以,从低压建立磁通(即通过较小的电流量)而形成旋转磁场,电机转动起来后再全压运行。因而达到缓慢起动的效果,是安全的,也是必要的。这样,电机和设备均处于安全的起动和运行状态。另就交流异步电机本身来说,直接起动产生的大电流,对困扎的电机线圈是一种冲击。若长期冲击,将使电机的绝缘损坏或者寿命大大缩短。另外,在电力变压器容量允许的情况下,能顺利的起动才是首要条件。不然,供电电网要受到冲击,电机容量偏大时,也会因电压降跌落太大,电机反而不能起动、甚至使供电电网跳闸等现象出现。所以,从电机本身、设备、电网、人身等几个方面来说,电机的起动,一直是个重要的课题!从控制技术的进程来看,电机起动由简到烦包括以下几种方式;有些简单的方式在要求不高的情况下,至今还正常使用。小功率的三相交流异步电机起动,由于起动电流不大,就基本采用全压直接起动。这样,一方面可以提高控制线路的可靠性,另一方面,减少了电路控制的复杂性从而使维修简便些。小功率三相交流异步电机 的直接起动,最简单的就是瓷塑壳刀开关(带熔丝或配熔断 器),如图所示。

  现在多用自动空气开关配置,如图所示。常用DZ15、DZ20、DZ47—60、DZ100等系列型号,用于电机的不太频繁的起动。

  实际使用中要选择专用于电机 起动的,具有复式保护功能的断路器(空气开关)。这种断路器中,内置了电流线圈、电压线圈、热继电器(双金属片)等元件,因而具备短路、过载、欠压等功能电路。但用手动推开关合闸,这样直接起动电机,存在着不安全的因素。特别是功率增大时,如11kw以上电机,宜用接触器远距离操作。常用国产CJ20系列、CJX1系列等接触器。因为继电器控制容易增加功能,如正反控制、连锁控制、时序控制、继电保护等等,而实现继电器的程序逻辑控制。二、电机正反转的换向问题设备需要电机正反转时,不管电机采用何种方式的起动,在电机的正、反转换向的过程中都存在着电源反接的制动问题。这就是问题的关键之处!关键是抓住了这个要点,就是控制的精彩之处!对于不同的起动方式,尽管所采取的办法不同,但都是为了减少起动电流。在正反换向的过程中,电机正向运转切断后,速度还在惯性旋转下滑时,还没有完全停稳定,就反向合闸。对于电机来说,就是一个电源反接的制动过程;速度急速下降,降到零时,才宜反向起动。不然,在这个反接制动过程中,电机和设备会受到大电流的冲击,会出现跳闸等情况,设备也将受到不同程度的损伤。同样,开关、接触器、导线等元件都要受到大电流的冲击,因而触头的损耗和故障率就高了。动作越频繁,损耗和故障率就越高。更严重是电机功率越大损耗越大!所以不宜马上就反向起动。

  这是常见的控制方式,只适合小功率的电机,不太频繁的正反起动场所。在图四的电路中,操作者往往会直接按反向按钮,就存在着人为的电源反接的制动过程。这样,首先损坏的便是接触器的触点,再者热继电器和空气开关频繁跳闸,电机发热等问题,系统不能正常工作。必须改进;最常见的是在电机和机械的接轴上,加机械(抱闸)制动器。电机断电后,迅速制动,使电机的速度趋于降到零。这样,电机再起动时,就基本不会存在电源反接的制动过程,而减少了再次起动时的冲击电流。最好是让电机停止后,再延时一会儿,即①电机速度基本降到零时,再反向合闸。②电机速度降到一定低速度时,再低压反向合闸(不是全压)。这样,避免大电流的影响,电机的反向起动电流就不会很大,才能够顺利的起动运行。

  如图所示,通过时间继电器Kt01的断电延时来达到控制效果。也可以使用限位开关、速度继电器等元件来进行控制;如果控制的设备是位移系统,可使用两个限位(接近)开关。第一个限位开关,用于切断电机电源,第二个限位开关,表示电机自由滑行到位,反转起动开始。这样,就可以实现继电器的自动控制。如果控制的设备是旋转系统,电机断电后,用旋转速度继电器检测电机是否停止,或在电机接近停止的时候,输出一个信号来起动反转接触器。这样也可以实现继电器的自动控制,这些办法多用于机床设备之中,不再一一列举。

  频繁起动的辊道也是采用直接起动的方式,那是因为有专用于辊道的电机。这种辊道电机的极对数为10极以上(同步转速较低),电机结构上是铁芯作深沟嵌线,可减少起动电流,且起动力矩大等优点。专用辊道电机的这些优点,相对来说,较能满足频繁起动的要求。此时无法再用接触器来满足频繁正反的起动,应该采用交流无触点可控硅开关柜,如图所示。

  可控硅无触点交流开关柜,多做成抽屉式,一个抽屉柜,可以带几个辊道。方便维护和检修。主回路采用五套可控硅,控制专用电机的正向、停、反向的频繁操作,以适应长期工作。正转操作时,G1、G2、G3、G4、G9、G10导通,停止时,所有的可控硅均截止,尽管反转主令开关可以操作,但在电子控制系统中,反转的可控硅并不导通。必须等到电机速度下降到设定点,反转的可控硅G5、G6、G7、G8、G9、G10才导通。由于电机还在低速正转中,电机就进入反接制动状态(可控硅容量能够承受的电流范围),急速停车,再到反转的开始。同理,再正转时,也有一个反接的制动过程,然后才正常运行。

  控制电路中,主要元件是常用的集成块IC2—CD4011,构成两个简单的RS触发器。通过IC1(7812)稳压输出12V直流电压,为集成电路IC2提供工作电源。晶体三极管U10、二极管U7、电阻R2、正转固态继电器等组成了电机正转输出电路,同样,对称的组成了电机反转输出电路,正转、反转分别控制。电路接通后,两个RS触发器的复位端,接有电容C4、C6完成上电自复位。两个触发器的Q端均无输出,电路处于等待阶段。搬动主令SB01,IC1的③脚变为高电平H,晶体三极管U10延时导通,由阻容电路R1C3延时,以及二、三极管U8、U7的门槛电压决定。电路延时时间到后,三极管U10导通,固态继电器吸合,正转可控硅G1、G2、G3、G4、G9、G10接通,电机开始正转起动和运行。主令反转时的操作,是先拉回主令往反转方向去,经过中间位置停,到反转位置。即先断开了正转的主令触点后,再闭合停止主令触点,再闭合反转的主令触点。在控制电路图中,对应正转RS触发器翻转,这时,正转RS触发器的Q端变成低电平。跨接在两个触发器之间的电容器C3,先放电。当反转RS触发器的Q端变成高电平,电容器C3再被反向充电。外围正转可控硅关断,电机断电,电机趋向停止。电容器C3的反向充电电压逐渐升高,超过二、三极管U8、U9的门槛电压后。三极管U9导通,反转固态继电器吸合,外围反转可控硅G5、G6、G7、G8、G9、G10导通,电机开始反转起动和运行。这当中,电路板中的正转固态继电器断电,反转固态继电器并不是马上吸合,而是通过电容器C3充放电延时,有一个过渡过程。在这个过渡过程里,电机通过惯性下滑,完成减速停车。也有的在可控硅无触点交流开关柜中,采用能耗制动。控制电机的正转、停(能耗制动,)、反转的频繁操作,也能适应长期工作。三、降压起动过去,功率稍大的普通交流电机的起动,基本采用串接电阻降压、电抗补偿器、星三角等起动方式。均存在一定的或大或小的冲击,不能完全实现设备的平稳的起动。但这些方式简单实用,简述於下;1、电阻降压起动时,在电机主回路线中,串联电阻来限制起动电流,一旦电机电流下降下来,串联电阻就被短接,电机进入全压的再起动和运行之中。串联电阻相对来说,降低了电机的起动电压,称为电阻降压起动。如图所示。

  该方式的缺点;电阻消耗了功率,占用场地,不安全因素等缺陷。更不适合大电机的起动。所以,功率稍大的电机,就用自偶变压器(补偿器)。2、电抗补偿器同串接电阻一样,改成自偶变压器,就是电抗补偿器方式。自偶变压器一般有两个抽头,一个是65%,又一个是85%。起动时,比较电阻方式从电网获取的电流小得多,也即冲击电网小得多。另外起动力矩也大,是电气角度上较好的起动方式,适合于重载负荷起动的场所。

  起动时,自偶变压器首先接通,即图九中的接触器KM02、KM03闭合,电机按抽头电压值起动。电机起动电流逐渐降低后,时间继电器动作,切除自偶变压器。改进切除的方法,可以减少电机二次合闸的冲击电流。即先切断接触器KM03,自偶变压器的结构变成串联电抗器,首先切断KM02,再闭合KM01、电机起动电流是逐级变大的。但添置自偶变压器,价格太贵、体积大。 因而,采用星三角等起动比较实用。另外,延边三角形的电机,结构类型和串电抗器的作用一样。还有绕线电机(滑环电机)的使用,也是上述方式的演变。绕线电机的等效原理,也是变压器。这样,绕线电机二次串接电阻,或者是频敏电阻器、电抗器,按等效原理折射到一次,就和上述两种方式一样。这些方式(包括这些电机),在电子软起动器和变频器普及的今天,正在逐步被淘汰。所以,顺带提一提,不作详细阐述。3、星三角起动星三角起动方式,实质还是降压起动的另外一种形式。利用电机自身的结构,进行星、三角接法的变化,实现降压起动。起动时电机按星形接法接通电源,绕组两端承受相电压,电压降为1/√3即220V,结束后,电机按角形接法接通电源,绕组两端承受线V。理论上起动电流降低到额定的1/3Ie ,而不是1/√3。因而,相应起动力矩小、电机功率降为额定的1/3的场所。在重载时,一般要缩短切换时间,来满足起动的大力矩。总之,星三角起动方式的经济性,是使用得最多最广的方式,如下图所示。

  图中的控制是传统的星三角起动方式,这种传统的星三角起动方式,使用中总不尽人意,存在着如下不足之处;①星型接法的起动力矩不够?星型状态时,功率和力矩是角型时的1/3。星型接法的起动力矩不够,迫使电机出力而增大电流。星型接触器起动时,负载较重和起动时间过长,反而不能降低起动电流!因此,星三角起动方法,重负载时,要适当缩短星型接触器的合闸时间,才能达到减低过程起动电流的作用。需要找到一个最佳点,才能达到很好的使用效果。②切换时,尽管接触器断开,但电机的惯性旋转会有感生电压,造成反电势(与起动时的阻抗电压相反)。电机的反电势与施加的电压叠加,使接触器切断时产生的“弧光”更大。“弧光”将消耗这些能量?待触头有足够的距离,才熄灭。此时,角型再投入时,剩余的感生电势,又变成阻抗电压。因为电机感性阻抗的特点,总是去维持原有的状态。因此,断电时,一方面希望断电时间长,而使“弧光”迅速熄灭。另一方面,角型再投入时,希望断电时间短,而产生的二次冲击电流小。因为建立起来的电机旋转磁场的感生电压,会随速度惯性下降而减小,即阻抗电压降低,而使二次冲击电流增大。这些矛盾,难以通过接触器的切换控制,得到完满的解决,唯有电子器件的控制。③原经典电路中,时间继电器动作时,断开星型接触器,同时闭合角型接触器。这种电路结构存在一个问题;角型接触器接入电源时,分为两路;一条回路使电机角型运转。另一条回路,微观上看,通过“弧光”和星型接触器的星点,构成通路。如果“弧光”熄灭时间过长,在角型接触器接通电源时,容易产生“弧光”短路!等效为电阻性负载(像电焊机工作一样,电焊“弧光”就是一种电阻性负载),从而就增大了“弧光”的强度和响声?最大的问题正是在这里!另外,还在于接触器元件的质量,即接触器的灵活动作,和灭弧能力,以及能够承受的容量内,电机才能顺利的再起动,但有时起动电流太大,还使空开跳闸!不由得再仔细考虑考虑?

  图中所示的控制方式,就是对传统电路的改进。简述电路原理入后;起动时,按起动按钮SA01,时间继电器Kt01得电,其瞬时触点自保。星型接触器KM03吸。

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