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

發(fā)布時(shí)間:2017-10-30

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    襄陽源創(chuàng)電氣小王告訴我們: 眾所周知,當(dāng)今異步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各類電力拖動(dòng)系統(tǒng)中,耗用電能約占全國(guó)耗電總量的50%以上,當(dāng)其全壓運(yùn)行時(shí),啟動(dòng)動(dòng)電流約為額定電流的6—7倍,并在很短時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)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(dòng)大電流,不但會(huì)降低傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使用壽命,同時(shí)也使電網(wǎng)電壓下降。實(shí)際上多數(shù)電動(dòng)機(jī)處在輕載或變負(fù)載運(yùn)行,其效率和cos?較低,造成很大的電能浪費(fèi)。此前已有很多從優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)工藝、合理選型、技術(shù)改造等途徑節(jié)能,而研究異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)降耗及節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行仍有重要的實(shí)際意義。為克服應(yīng)用中的實(shí)際問題,我們提出軟啟動(dòng)節(jié)能控制器的方案。這是一種新思路,它能同時(shí)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和運(yùn)行中的功率因數(shù)的提高,能較好地實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的節(jié)能降耗。
 
    二、軟啟動(dòng)方案的比較:
 
    電機(jī)軟啟動(dòng)控制技術(shù),就是通過某種手段將階躍電壓給定信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榘从脩粼O(shè)定的“斜坡”信號(hào),使控制量(如轉(zhuǎn)速和啟動(dòng)電流)按某一種最佳規(guī)律變化,直至端電壓達(dá)到其全電壓(即額定電壓),啟動(dòng)過程結(jié)束,轉(zhuǎn)速也達(dá)到nN,并且能靈活調(diào)整啟動(dòng)時(shí)間。這種啟動(dòng)方式可減少全壓?jiǎn)?dòng)電流對(duì)電網(wǎng) 的沖擊;同時(shí)消除傳動(dòng)系統(tǒng)的扭矩沖擊,達(dá)到軟啟動(dòng)的目的。此控制技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是電機(jī)啟動(dòng)過程 電流的軟化。目前可以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)的 方案有:離心聯(lián)結(jié)法、降壓?jiǎn)?dòng)法、變頻調(diào)速系統(tǒng)中 的軟啟動(dòng)法等。下面就這三種軟啟動(dòng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)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(dòng)方式。液力耦合器是利用液體在電機(jī)與負(fù)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(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)法鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)電機(jī),完成軟啟動(dòng)。
 
    (3)降壓?jiǎn)?dòng)法降壓?jiǎn)?dòng)法包括降壓?jiǎn)?dòng)法和功率元件軟啟動(dòng)法。常規(guī)降壓?jiǎn)?dòng)法有:定子串起動(dòng)電抗,y/A啟動(dòng),自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)等;功率元件軟啟動(dòng)控制器(又稱固態(tài)啟動(dòng)器、電力電子軟啟動(dòng)器)是一種新型的無觸點(diǎn)軟啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)降壓,使輸出(即定子電壓)平滑上升,實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。以上列舉了電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)的方法,各有其優(yōu)缺點(diǎn):(1)法僅分為兩個(gè)或多個(gè)步驟啟動(dòng),啟動(dòng)電流跳躍沖擊仍存在;對(duì)于有調(diào)速要求的拖動(dòng)系統(tǒng),采用(2)法,電動(dòng)機(jī)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)的軟啟動(dòng);若無調(diào)速要求,固態(tài)軟啟動(dòng)器完全可替代常規(guī)軟啟動(dòng)器,消除了機(jī)械磨損,并可抑制諧波電流。此法可適用于各種機(jī)電一體化設(shè)備;但其不足之處是:?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩較小,且啟動(dòng)不夠穩(wěn)定,電機(jī)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(dòng)機(jī)處于空載或輕載運(yùn)行時(shí),適當(dāng)降低其端電壓可提高功率因數(shù),減小運(yùn)行電流,達(dá)到節(jié)能之目的,并能根據(jù)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載變化適當(dāng)調(diào)整cOS(p值的大小,從而提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力。這是因?yàn)椋?/div>
 
    異步電動(dòng)機(jī)的損耗用下式表示:ZXP=Pcul+P +PlFe+P?。?/div>
 
    當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí),輸出功率減少,同時(shí)轉(zhuǎn)子銅損Pcu2降低;但P 、Pm、I)s基本不變。由于勵(lì)磁電流未變,定子銅損降低不多,因此電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)大為降低,如果在輕載時(shí)適當(dāng)降低電動(dòng)機(jī)的輸入電壓,則電動(dòng)機(jī)的鐵損P差不多隨電壓平方而減少,勵(lì)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(dòng)機(jī)輕載降壓節(jié)能的基本原理。
 
    但是,輕載時(shí)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?cè)龃?,不能有效的提高電?dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)。此外,過分降低電壓會(huì)使電動(dòng)機(jī)帶不動(dòng)電機(jī)而堵轉(zhuǎn)。
 
    電力電子器件的導(dǎo)通時(shí)間占空比l3的大小是通過檢測(cè)電機(jī)的電壓和電流之間的位移角(近似為功率因數(shù)角)去實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)負(fù)載較大時(shí),其負(fù)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(fù)載較小時(shí)其負(fù)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(cè)功率因數(shù)角的變化就可得知電動(dòng)機(jī)負(fù)載的大小,以的變化去控制的導(dǎo)通時(shí)間占空比l3,使負(fù)載大時(shí)l3大,電機(jī)定子電壓高;反之,負(fù)載小時(shí)8小,電機(jī)定子電壓低。異步電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)降壓可以節(jié)能,但在不同負(fù)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(jiǎn)單的恒功率因數(shù)角只能實(shí)現(xiàn)小范圍的穩(wěn)定節(jié)能運(yùn)行。
 
    四、主方案的選擇
 
    由以上比較可知電力電子軟啟動(dòng)器的性能比較良好,且能完成平滑啟動(dòng)的所有過程,因此最后方案為U電力電子軟啟動(dòng)器。我們?cè)O(shè)計(jì)的主要思 想是軟啟動(dòng)和節(jié)能的有機(jī)統(tǒng)一,兩者都通過控制?。桑牵赏£P(guān)斷/開通時(shí)間比來實(shí)現(xiàn)。
 
    (1)主電路選擇 運(yùn)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(jì)性及控制的方便性考慮,圖4—1主電路拓?fù)涫掷硐?。僅使用一只功率管VIGI汀,控制電路實(shí)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(fù)半周由DT2、VIGBT、DT4導(dǎo)通,且能完成自動(dòng)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(fù)載大小選取。DT1—4由整流橋組件2×?。耍拢校茫保埃保玻讓?shí)現(xiàn)。Rl、FR、Ll實(shí)現(xiàn)IG】3T的 開通緩沖;R2、FR、Cl實(shí)現(xiàn)IGBT的關(guān)斷緩沖。PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加在VIGBT的G1(柵極)端上。
 
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