【正文】 7） IN， 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： TS=KTTN=（ ） TN。 再看對(duì)供電變壓器的影響，整個(gè)交流電網(wǎng)的容量相對(duì)于單個(gè)的三相異步電動(dòng)機(jī)來講是非常大的。但是具體到直接供電的變壓器來講，容量卻是有限的。配電變壓器的容量是按其供電的負(fù)載總?cè)萘吭O(shè)置的，正常運(yùn)行條件下，變壓器由于電流不超過額定電流，其輸出電壓比較穩(wěn)定，電壓變化率在允許的范圍之內(nèi)。三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，變壓器提供較大的起動(dòng)電流，會(huì)使變壓器輸出電壓下降。若變壓器額定容量相對(duì)很大、電動(dòng)機(jī)額定功率相對(duì)很小時(shí)，短時(shí)起動(dòng)電流不會(huì)使變壓器輸出電壓下降多少，因此也沒有什么關(guān)系 。若變壓器額定容量相對(duì)不夠大、電動(dòng)機(jī)額定功率相對(duì)不算小時(shí)，電動(dòng)機(jī)短時(shí)較大的起動(dòng)電流，會(huì)使變壓器輸出電壓短時(shí)下降幅度較大，超過了正常值，這樣一來，影響了幾個(gè)方面： （ 1） 起動(dòng)電動(dòng)機(jī)本身，由于電壓太低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降很多，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，可能起動(dòng)不了。 電動(dòng)機(jī)較大的起動(dòng)電流引起電壓下降，對(duì)電動(dòng)機(jī)本身有著不良影響，因電壓太低會(huì)使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降很多，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，電動(dòng)機(jī)可能不能起動(dòng)。通常電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程時(shí)間很短，短時(shí)間過大的電流，從發(fā)熱角度來看，電動(dòng)機(jī)本身是可以承受的。但是，對(duì)于起動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)，過大的起動(dòng)電流會(huì)使電動(dòng)機(jī) 內(nèi)部過熱，導(dǎo)致電機(jī)溫升過高，使電機(jī)繞組絕緣過熱而老化。因此要采取措施，減少最初起動(dòng)電流的影響。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流的大小為： IST = 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 由上式可見，降低起動(dòng)電流有三種方法：降低電源電壓；定子邊串接電阻或電抗；轉(zhuǎn)子邊串接電阻或電抗。 從上面分析看出，不同的電源和不同的負(fù)載情況， 對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求不一樣的。有時(shí)要求有大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；有時(shí)要求起動(dòng)電流要小，有時(shí)上述兩個(gè)要求要同時(shí)滿足。總之電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程需要考慮以下幾個(gè)問題： 應(yīng)有足夠大的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（ TS≥ ）； 盡可能小的最初起動(dòng)電流； 起動(dòng)操作簡(jiǎn)便，起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)； (2)大中異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的再一個(gè)危害就是影響由同一臺(tái)配電變壓器供電的其他負(fù)載。顯然，即使是偶爾出現(xiàn)一次，也是不允許的。從上邊分析看出，變壓器額定容量相對(duì)電動(dòng)機(jī)講不足夠大時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。 直接全壓起動(dòng)的危害性主要有如下幾點(diǎn)： 電動(dòng)機(jī)在空載全壓直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的 5～ 7倍。當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量相對(duì)較大時(shí)，該起動(dòng)電流將引起電網(wǎng)電壓急劇下降，電壓頻率也發(fā)生變化，這會(huì)破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)痣娋W(wǎng)失去穩(wěn)定，造成更大的事故。 電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)時(shí)的大電流在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)破壞繞組絕緣和造成鼠籠條斷裂，引起電機(jī)故障，大電流還會(huì)產(chǎn)生大量的焦耳熱，損傷繞組絕緣， 減少電機(jī)壽命。 電動(dòng)機(jī)直接全壓起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩約為額定轉(zhuǎn)矩的 2倍，對(duì)于齒輪傳動(dòng)設(shè)備來說，很大的沖擊力會(huì)使齒輪磨損加快甚至破碎； 對(duì)于皮帶傳動(dòng)設(shè)備來說，加大了皮帶磨損甚至拉斷皮帶。對(duì)于水泵類負(fù)荷來說，電動(dòng)機(jī)全壓起動(dòng)時(shí)，水流會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到全速，在遇到管路拐彎時(shí)，高速的水流沖擊到管壁上，產(chǎn)生很大的沖擊力，形成水錘效應(yīng)，會(huì)破壞管道。如果水泵前面的管路比較長，當(dāng)水泵電機(jī)突然停止時(shí)，高速的水流會(huì)沖擊到水泵的葉輪上，產(chǎn)生很大的沖擊力，會(huì)使葉輪變形或損壞。直接起動(dòng)時(shí)電機(jī)速度上升很快，潤滑油往往不能及時(shí)到位，會(huì)引起軸承干磨，降低其使用壽命。 電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的諧波電流，使電網(wǎng)的諧波大量增加。電網(wǎng)諧波含量的增加，將導(dǎo)致電氣設(shè)備壽命 縮短，網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振的可能性增加。同時(shí)，還可能引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)，儀表指示和電度計(jì)量不準(zhǔn)以及通信受干擾等一系列問題。 直接全壓起動(dòng)還會(huì)在高壓開關(guān)關(guān)合時(shí)產(chǎn)生陡度很大的操作過電壓，使定子繞組上電壓分布不均勻，對(duì)其絕緣造成極大的傷害。許多電機(jī)的自身故障都是由于絕緣受到傷害而引起的。以上各點(diǎn)都會(huì)使設(shè)備增加停工臺(tái)時(shí)，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，增加維修費(fèi)用。綜合考慮，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下應(yīng)盡量避免采用電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)方式，以保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量。在這種情況下，大中型異步電動(dòng)第一章 異步電動(dòng)機(jī)及其啟動(dòng)方式 3 機(jī)的軟起動(dòng)作為一個(gè)重要的課題 被提出來。 軟起動(dòng)的概念 電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)是采用串接于電源與被控電動(dòng)機(jī)間的軟起動(dòng)器，控制其內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，使電動(dòng)機(jī)輸入電壓從零開始逐漸上升，直至起動(dòng)結(jié)束，賦于電動(dòng)機(jī)全電壓的起動(dòng)方式。 軟起動(dòng)的常用起動(dòng)方式 目前的軟啟動(dòng)器有以下五種起動(dòng)方式 （圖 11） ： 圖 11 軟起動(dòng)器的五種起動(dòng)方式 限流起動(dòng)顧名思義是限制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，它主要是用在輕載起動(dòng)的負(fù)載降低起動(dòng)壓降，在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失起動(dòng)力矩，對(duì)電動(dòng)機(jī)不利。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 斜坡電壓起動(dòng)顧 名思義是電壓由小到大斜坡線性上升，它是將傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)從有級(jí)變成了無級(jí)，主要用在重載起動(dòng)，它的缺點(diǎn)是初始轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性拋物線型上升對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)不利，且起動(dòng)時(shí)間長有損于電機(jī)。轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)用在重載起動(dòng)，它是將電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩由小到大線性上升，它的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)平滑，柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有更好的保護(hù)，它的目的是保護(hù)拖動(dòng)系統(tǒng)，延長拖動(dòng)系統(tǒng)的使用壽命。同時(shí)降低電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載起動(dòng)方式，它的缺點(diǎn)是起動(dòng)時(shí)間較長。轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)相仿也是用在重載起動(dòng)，不同的是在起動(dòng)的瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服電機(jī)靜轉(zhuǎn) 矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，縮短起動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷，應(yīng)用時(shí)要特別注意。 電壓控制起動(dòng)是用在輕載起動(dòng)的場(chǎng)合，在保證起動(dòng)壓降下發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能的縮短了起動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟起動(dòng)方式。 軟啟動(dòng)運(yùn)行特點(diǎn) （ 1）能使電機(jī)起動(dòng)電壓以恒定的斜率平穩(wěn)上升，起動(dòng)電流小，對(duì)電網(wǎng)無沖擊電流，減小負(fù)載的機(jī)械沖擊。 （ 2）起動(dòng)電壓上升斜率可調(diào)，保證了起動(dòng)電壓的平滑性，起動(dòng)電壓可依據(jù)不同的負(fù)載在 30%～ 70%Ue(Ue 為額定電壓 )范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。 （ 3）可以根據(jù)不同的負(fù)載設(shè)定 起動(dòng)時(shí)間。 （ 4）起動(dòng)器還具有可控硅短路保護(hù)、缺相保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)。 軟起動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)合 原則上，異步電動(dòng)機(jī)凡不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可使用，適用于各種泵類負(fù)載或風(fēng)機(jī)類負(fù)載，需要軟起動(dòng)與軟停車 ， 對(duì)于變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)長期處于輕載運(yùn)行，只有短時(shí)或瞬間處于滿負(fù)荷運(yùn)行場(chǎng)合，應(yīng)用軟起動(dòng)器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果。 高壓電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)方式的綜合比較 目前，高壓電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方式種類繁多，主要有：高壓電抗器起動(dòng)、高壓變壓器起動(dòng)、高壓固態(tài)軟起動(dòng)、高壓液態(tài)軟起動(dòng)、電動(dòng)機(jī) 電動(dòng) 機(jī)組起動(dòng)等方法。其中高壓固態(tài)軟起動(dòng)器主要依賴進(jìn)口，成本高，價(jià)格雖略低于高壓變頻器，但它采用 SCR 降壓不降頻的控制方式，性能卻遠(yuǎn)不如高壓變頻器。且容量?jī)H限于 10KV，5000KW 以下。因此，其對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的應(yīng)用并不廣泛。 （ 1） 高壓變頻器 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體電力電子器件在高壓領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛、技術(shù)日趨成熟。目前，應(yīng)用于高壓大容量鼠籠式電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和起動(dòng)的高壓第一章 異步電動(dòng)機(jī)及其啟動(dòng)方式 5 變頻器已能做到 ， 10000KW 的水平，但比較成熟、可靠的還僅限于電壓 10KV以下、容量 5000KW 以下的鼠籠式電動(dòng)機(jī)。 變頻 器主要應(yīng)用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)的調(diào)速節(jié)能，但也可用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)、軟停車。變頻器應(yīng)用于高壓電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，主要控制方式有如下兩種：電源→降壓變壓器→低壓變頻器→升壓變壓器→高壓電動(dòng)機(jī) 、 電源→高壓變頻器→高壓電動(dòng)機(jī) 。 高壓變頻器之所以在高壓領(lǐng)域能夠得到廣泛地應(yīng)用，在于其良好的起動(dòng)及調(diào)速特性。其主要優(yōu)點(diǎn)如下： 采用 VVVF 控制方式，通常采取 SPWM 觸發(fā)模式，可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)或變轉(zhuǎn)矩起動(dòng)，幾乎涵蓋各種類型負(fù)載的起動(dòng)。 可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流、電壓斜坡上升方式的起動(dòng)，以滿足不同的負(fù)載及工藝起動(dòng)要求。 可實(shí)現(xiàn)脈沖突跳方式的起動(dòng)， 以克服足夠大的靜阻轉(zhuǎn)矩。 在各種起動(dòng)控制方式中 ,其起動(dòng)電流最小。而且最容易實(shí)現(xiàn)工況適宜性調(diào)整。 起動(dòng)功率因數(shù)及起動(dòng)機(jī)械效率均比其它起動(dòng)方式要高。 高壓變頻器不僅可以用于電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，而且可以同時(shí)用于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的調(diào)速節(jié)能。但是，用變頻器起動(dòng)電動(dòng)機(jī)并非十全十美，它也存在不足之處： 高次諧波污染問題 高壓變頻器結(jié)構(gòu)上使用大功率半導(dǎo)體電力電子器件（如 SCR， GTO， IGBT， ICBT等），采用三相橋式整流電路。對(duì)于 6 脈沖整流電路，電網(wǎng)輸入側(cè)的 5 次諧波畸變率達(dá)到基波電流的 20%， 7 次諧波率達(dá)到基波電流的 14%，忽略 11 次及以上的高次諧波，總的電流諧波畸變率達(dá)到基波電流的 34%以上，大大超過國家標(biāo)準(zhǔn)允許的諧波電流限定值。如此高的諧波嚴(yán)重影響同網(wǎng)其他電力設(shè)備的正常運(yùn)行。因此須同時(shí)投資大容量的諧波濾波裝置。當(dāng)然，采用 6 倍脈沖整流電路（如 18 脈沖， 24 脈沖），則諧波電流大大降低，但電路結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，一般采用較少。而且從僅用于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)這個(gè)角度考慮，可謂得不償失。 對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響問題 高壓大容量電動(dòng)機(jī)多使用普通鼠籠式電動(dòng)機(jī)，采用變頻器供電時(shí)，由于變頻器采用 PWM 調(diào)制，電壓變化率 du/dt 很高，電壓峰值也大大高于額定電壓，同時(shí)變 頻器還輸出高頻電壓成分。如此，將大大降低電動(dòng)機(jī)的絕緣壽命，甚至損壞電機(jī) ,一般需配置特殊絕緣的鼠籠式電動(dòng)機(jī)。而且輸出高次諧波引起電機(jī)的過熱，使電機(jī)不能滿出力運(yùn)行。采用級(jí)聯(lián)五電平以上的變頻器時(shí)，雖可極大地減小這些負(fù)面影響，但要配置正弦濾波器。 維護(hù)與維修問題 高壓變頻器較之通用變頻器，其技術(shù)含量更高，設(shè)備更為復(fù)雜，所需維護(hù)與維修的技術(shù)水平更高，維修更為復(fù)雜。而且維修費(fèi)用是相當(dāng)高的。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 6 一次投資與收益 一般地，高壓變頻器用于電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，具有很高的優(yōu)越性（如調(diào)速性能、降流節(jié)能等），其一次投資具有明顯的收益。但是 ，在不是舍我莫誰的情況下，選用高壓變頻器作為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)設(shè)備，其一次投資并沒有什么大的收益，尤其是非頻繁起動(dòng)的負(fù)載，更不適宜選用高壓變頻器。 （ 2） 晶閘管電子軟啟動(dòng)器 另一種基于電力電子器件開發(fā)的晶閘管電子軟啟動(dòng)器普遍采用單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)的控制。雖然能夠基本實(shí)現(xiàn)平滑起動(dòng)，但造價(jià)較昂貴，而 且高次諧波含量大、技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，所以應(yīng)用不是很廣范。 （ 3） 磁控式電機(jī)軟起動(dòng)裝置 磁控式電機(jī)軟起動(dòng)裝置是近年來開始在工業(yè)上逐漸認(rèn)可的一種大型電機(jī)軟起動(dòng)裝置 它投資較小，起動(dòng)效果好 它的基本工作原理是將電壓調(diào) 節(jié)式可漏電抗串聯(lián)在籠型電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中，電機(jī)起動(dòng)前可調(diào)電抗值為最大值。電機(jī)起動(dòng)時(shí)由于串聯(lián)了可調(diào)電抗，起動(dòng)電流較小。起動(dòng)過程中通過 PLC 調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)可調(diào)電抗的控制電壓，使之電抗逐漸減小至零，電機(jī)由起動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)過渡到正常運(yùn)行狀態(tài)。再將可調(diào)電抗旁路后退出運(yùn)行，電機(jī)起動(dòng)過程完成。 （ 4） 高壓熱變電阻起動(dòng)器 工作原理 ： 在電機(jī)定子回路串接液體電阻達(dá)到降壓起動(dòng)的目的。熱變電阻的導(dǎo)電介質(zhì)是具有一定濃度的電解液，它的起動(dòng)原理是將水溶液用一容器加固密封，兩極板固定不動(dòng)，起動(dòng)時(shí)利用極板間大的起動(dòng)電流將電解液的溫度急劇提升， 使液阻發(fā)生電解反應(yīng)，電解液的電阻率發(fā)生變化。依據(jù)電解液的電阻值與電解液溫度的反比例變化關(guān)系，電液阻值因電液溫度升高而降低，從而達(dá)到熱變電阻降壓起動(dòng)的目