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实现电动机异步起动控制的一种新思路(图)

作者: 来源: 发布时间:2009/8/7 11:30:30  点击数:1899

 

 
  电动机异步起动,与变压器空投工况十分相似。根据文献《抑制变压器励磁涌流的新方法》对变压器励磁涌流抑制的分析,初步形成了以下对电动机异步起动的控制思路。
  希望能在现有理论分析基础上,建立模型,以完成异步电动机、同步电动机的相关动模试验,取得数据波形资料,作进一步验证分析。
1、文献《抑制变压器励磁涌流的新方法》对变压器空投时主磁通表达式的推导,同样适用于电动机
  文献《抑制变压器励磁涌流的新方法》以单相变压器为例,进行推导。

  不管变压器是否空载,当施加于初级侧绕组,并达到稳态情况时:
   u1=i1R1+N1·dfdt
  
忽略R1,并令u1=Umsin(wt+a),有:
   
Umsin(wt+a)=N1·dfdt
  
可求出:
   
f=-UmwN1·COS(wt+a)
  
上式是在稳态情况下得出的,下面结合暂态过程进行分析。
  
变压器初级侧绕组在外施电压骤增时,由于变压器铁芯中的磁通不能突变,意即磁通在加上电压的瞬间(t=0时刻)仍维持为零。
  
根据上述的稳态磁通,可知t=0时刻产生的暂态磁通(即偏磁):
   
fp=UmwN1·COSa
  
对无损变压器(R1=0),该偏磁将维持不变;对有损变压器(R10),该偏磁将按时间常数衰减至0
  
令稳态磁通为fs,则有:
   
fs=-UmwN1COS(wt+a)
  
可见,变压器空载合闸时的主磁通表达式为:
   
f=fp+fs=UmwN1(COSa-COS(wt+a))
  
由于异步电动机与变压器的电磁特性相同,不管异步电动机是否带负载起动,上述推导均同样适用于异步电动机。
  同步电动机的起动,基本上全部采用异步起动方式(虽有同步起动方式,但实际采用较少)。在投入励磁之前,起动中的同步电动机就是一台异步电动机,所以,上述推导同样适用。
  
辅证文献:《从异步电动机启动瞬间自动跳闸谈选择断路器》,从实验角度验证了异步电动机起动时,存在稳态磁通和暂态磁通的问题。并指出,电动机投运时刻,如果电源电压的初相角为90度,则起动电流中的非周期性暂态分量值为0;如果初相角为0,则起动电流中的非周期性暂态分量值最大。这与上述对偏磁fp=UmwN1·COSa的分析结论相同。
2、电动机剩磁特性与变压器相同
  
剩磁现象的产生,是由于铁芯中的磁畴在外磁场作用下,按某一方向排列。当外磁场停止作用后,磁畴的排列被保留下来,不能恢复原状,形成剩磁。
  
异步电动机与变压器的电磁特性相同,所以,理论上,剩磁的极性表现也会相同。
  
稍有不同的是,异步电动机在定子三相绕组断电后,转子绕组由于惯性,不会马上停下来。
  
转子不会马上停下来,转子铁芯存在剩磁,异步电动机作为发电机向外发电。由于该时定子回路已经断开,转子剩磁发电并未转化成电能送出,而仅仅发生一部分涡流损耗,所以,异步电动机实际上的剩磁必然存在。虽然相比变压器,有少许损耗,但剩磁极性不会因此发生改变。
  
对同步电动机,停机时,如果灭磁开关先于断路器动作,其剩磁情形同异步电动机。
  
同步电动机在异步起动接近同步转速时,为了使其加速至同步转速,需要在转子绕组施加励磁,其所施加的励磁效果相对原异步电动机所存在的磁动势而言,必为助磁作用。所以,就算同步电动机在停机时断路器先于灭磁开关动作,转子铁芯剩磁的极性也不会得以改变,仍然与异步电动机的剩磁特性相同。
  
综上所述,不管异步电动机、同步电动机还是变压器,其系统侧断路器断电后,留在磁路中的剩磁在正常情况下均不会衰减消失,更不会改变极性。除非是元件铁芯受到高于材料居里点的高温作用后,剩磁才会衰减消失,但一般现场不会出现这种情况。
3、结论
  虽然文献《抑制变压器励磁涌流的新方法》仅分析了变压器和电容器,未纳入电动机,但异步电动机、同步电动机采用类似深圳智能SID-3YL涌流抑制器功能,实现对电动机的起动控制,从理论上是成立的。
  
但电机类问题理论上的分析,有时可能与实际相差甚远。尚需进一步在异步电动机、同步电动机上取得动模实验数据,予以验证。
  
如果验证结论满意,该种实现方式,将从根本上彻底改变现有电动机异步起动时基于自藕变起动、星三角变换起动、软起动、变频起动等起动实现方式。同时,也可大大改善电动机全压起动时对绕组绝缘的损坏,减少设计院的设计负担。势必对客户、对产品,产生较为重大的影响。
4、参考文献
  抑制变压器励磁涌流的新方法 叶念国 该文刊登在《中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集》。
  
从异步电动机启动瞬间自动跳闸谈选择断路器 周继燕 该文刊登在《农村电工》2006年第9期。
 
 
北京思瑞:何荣光
 

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