襄陽源創(chuàng)電氣小王告訴我們: 眾所周知,當(dāng)今異步電動機廣泛應(yīng)用于各類電力拖動系統(tǒng)中,耗用電能約占全國耗電總量的50%以上,當(dāng)其全壓運行時,啟動動電流約為額定電流的67" />
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軟啟動節(jié)能控制器的研究

發(fā)布時間:2017-10-30

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發(fā)布者:未知

    襄陽源創(chuàng)電氣小王告訴我們: 眾所周知,當(dāng)今異步電動機廣泛應(yīng)用于各類電力拖動系統(tǒng)中,耗用電能約占全國耗電總量的50%以上,當(dāng)其全壓運行時,啟動動電流約為額定電流的6—7倍,并在很短時間內(nèi)電動機轉(zhuǎn)速由零突然升至額定轉(zhuǎn)速nN,此瞬間的扭矩沖擊和瞬間的啟動大電流,不但會降低傳動機構(gòu)使用壽命,同時也使電網(wǎng)電壓下降。實際上多數(shù)電動機處在輕載或變負載運行,其效率和cos?較低,造成很大的電能浪費。此前已有很多從優(yōu)化電機設(shè)計工藝、合理選型、技術(shù)改造等途徑節(jié)能,而研究異步電動機啟動降耗及節(jié)能經(jīng)濟運行仍有重要的實際意義。為克服應(yīng)用中的實際問題,我們提出軟啟動節(jié)能控制器的方案。這是一種新思路,它能同時實現(xiàn)軟啟動和運行中的功率因數(shù)的提高,能較好地實現(xiàn)異步電動機的節(jié)能降耗。
 
    二、軟啟動方案的比較:
 
    電機軟啟動控制技術(shù),就是通過某種手段將階躍電壓給定信號轉(zhuǎn)變?yōu)榘从脩粼O(shè)定的“斜坡”信號,使控制量(如轉(zhuǎn)速和啟動電流)按某一種最佳規(guī)律變化,直至端電壓達到其全電壓(即額定電壓),啟動過程結(jié)束,轉(zhuǎn)速也達到nN,并且能靈活調(diào)整啟動時間。這種啟動方式可減少全壓啟動電流對電網(wǎng) 的沖擊;同時消除傳動系統(tǒng)的扭矩沖擊,達到軟啟動的目的。此控制技術(shù)實質(zhì)上就是電機啟動過程 電流的軟化。目前可以實現(xiàn)軟啟動的 方案有:離心聯(lián)結(jié)法、降壓啟動法、變頻調(diào)速系統(tǒng)中 的軟啟動法等。下面就這三種軟啟動技術(shù)的優(yōu)缺點簡述如下:
 
    (1)離心聯(lián)結(jié)法 離心聯(lián)結(jié)法包括液力耦合器、電磁轉(zhuǎn)差離合器等啟動方式。液力耦合器是利用液體在電機與負載間傳遞功率的柔性聯(lián)軸器和離合器;電磁轉(zhuǎn)差離合器主要由電樞和磁極兩旋轉(zhuǎn)部分傳遞功率。
 
    (2)變頻調(diào)速系統(tǒng)中的電動機軟啟動法鼠籠式異步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)中,磁通恒定控制法應(yīng)用極廣,即保持Ul/fl=常數(shù)。系統(tǒng)不僅可以調(diào)速,而且可平滑啟動電機,完成軟啟動。
 
    (3)降壓啟動法降壓啟動法包括降壓啟動法和功率元件軟啟動法。常規(guī)降壓啟動法有:定子串起動電抗,y/A啟動,自耦變壓器降壓啟動等;功率元件軟啟動控制器(又稱固態(tài)啟動器、電力電子軟啟動器)是一種新型的無觸點軟啟動器。以電力電子器件為核心,通過PWM觸發(fā)脈沖改變功率元件的通斷比0實現(xiàn)降壓,使輸出(即定子電壓)平滑上升,實現(xiàn)軟啟動。以上列舉了電動機軟啟動的方法,各有其優(yōu)缺點:(1)法僅分為兩個或多個步驟啟動,啟動電流跳躍沖擊仍存在;對于有調(diào)速要求的拖動系統(tǒng),采用(2)法,電動機可同時實現(xiàn)的軟啟動;若無調(diào)速要求,固態(tài)軟啟動器完全可替代常規(guī)軟啟動器,消除了機械磨損,并可抑制諧波電流。此法可適用于各種機電一體化設(shè)備;但其不足之處是:啟動轉(zhuǎn)矩較小,且啟動不夠穩(wěn)定,電機端電壓近似“直線”上升,不是真正的直線。
 
    三、功率因數(shù)節(jié)能原理
 
    當(dāng)電動機處于空載或輕載運行時,適當(dāng)降低其端電壓可提高功率因數(shù),減小運行電流,達到節(jié)能之目的,并能根據(jù)電動機的負載變化適當(dāng)調(diào)整cOS(p值的大小,從而提高經(jīng)濟運行能力。這是因為:
 
    異步電動機的損耗用下式表示:ZXP=Pcul+P?。校欤疲澹小。?/div>
 
    當(dāng)電動機輕載時,輸出功率減少,同時轉(zhuǎn)子銅損Pcu2降低;但P 、Pm、I)s基本不變。由于勵磁電流未變,定子銅損降低不多,因此電動機的效率和功率因數(shù)大為降低,如果在輕載時適當(dāng)降低電動機的輸入電壓,則電動機的鐵損P差不多隨電壓平方而減少,勵磁電流也因磁通的減少而下降,使P叫J減少,從而降低總耗ZXP,使效率和功率因數(shù)得到提高,這就是電動機輕載降壓節(jié)能的基本原理。
 
    但是,輕載時電壓的降低不能過分,有上式知,產(chǎn)生同樣的輕載轉(zhuǎn)矩,當(dāng)電壓(基本正比于磁通)過分降低后,轉(zhuǎn)子電流必然回升,減少了ll、2的降低程度,甚至反而使它們增大,不能有效的提高電動機的效率和功率因數(shù)。此外,過分降低電壓會使電動機帶不動電機而堵轉(zhuǎn)。
 
    電力電子器件的導(dǎo)通時間占空比l3的大小是通過檢測電機的電壓和電流之間的位移角(近似為功率因數(shù)角)去實現(xiàn)的。當(dāng)負載較大時,其負載電流滯后于電壓的位移角(即功率因數(shù)角(p)就小,也就是功率因數(shù)高;同理,當(dāng)負載較小時其負載電流滯后于電壓的位移角(即功率因數(shù)角)就大,即功率因數(shù)就低。通過檢測功率因數(shù)角的變化就可得知電動機負載的大小,以的變化去控制的導(dǎo)通時間占空比l3,使負載大時l3大,電機定子電壓高;反之,負載小時8小,電機定子電壓低。異步電動機輕載時降壓可以節(jié)能,但在不同負載下調(diào)壓的控制占空比I3和電壓、電流波形的功率因數(shù)角呈非線形變化,從而,簡單的恒功率因數(shù)角只能實現(xiàn)小范圍的穩(wěn)定節(jié)能運行。
 
    四、主方案的選擇
 
    由以上比較可知電力電子軟啟動器的性能比較良好,且能完成平滑啟動的所有過程,因此最后方案為U電力電子軟啟動器。我們設(shè)計的主要思 想是軟啟動和節(jié)能的有機統(tǒng)一,兩者都通過控制?。桑牵赏£P(guān)斷/開通時間比來實現(xiàn)。
 
    (1)主電路選擇 運用新型電力電子器件一IGI汀作為主電路 中的功率元件,完成交流調(diào)壓,調(diào)壓方式采用?。校祝蛿夭刂啤碾娐吩目煽啃?、經(jīng)濟性及控制的方便性考慮,圖4—1主電路拓撲十分理想。僅使用一只功率管VIGI汀,控制電路實現(xiàn)也較容易。
 
    當(dāng)單相交流電源加上后,正半周由DT1、VIG?。拢?、DT3導(dǎo)通;負半周由DT2、VIGBT、DT4導(dǎo)通,且能完成自動換向。電力電子器件VIGBT選用?。茫停罚担模伲玻矗判?。電容器C起續(xù)流作用,容值可 根據(jù)負載大小選取。DT1—4由整流橋組件2×?。耍拢校茫保埃保玻讓崿F(xiàn)。Rl、FR、Ll實現(xiàn)IG】3T的 開通緩沖;R2、FR、Cl實現(xiàn)IGBT的關(guān)斷緩沖。PWM驅(qū)動信號施加在VIGBT的G1(柵極)端上。
 
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