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高压鼠笼型电动机液态软起动技术

作者: 来源: 发布时间:2009-11-9 16:30:54  点击数:4567


      1引言
  电动机的起动过程是指电动机得电后,电动机转速由静态(零速)逐渐加速,直到稳定运行状态的过程。对于高压大功率笼型异步或同步电动机的起动,实际应用中工程技术人员常考虑两个方面的问题: 


  (1)电流冲击的问题
  一般地,笼型电机直接起动电流大约为电机额定电流的5~7倍,过大的起动电流冲击将对电网、负载及电机本身产生较大的影响;同时短时压降可能大于15%甚至更大。如此一来,严重影响到同台变压器供电的其它负载。同时过大的压降,导致电机端电压过低,起动转矩不够,电机起动失败;过大的起动电流使电机内部过热,电机温升过高,加速电机绕组绝缘过热老化。
  (2)机械冲击的问题
  笼型电动机直接起动时,起动电磁转矩约为额定电磁转矩的1.4~2.4倍。直接起动产生较大的机械冲击,会使整个传动系统受到过大的扭矩力冲击,容易损坏设备或缩短设备的使用寿命。如转子笼条断裂、变速箱齿轮打坏、转轴变形等等。因此在很多工况中,如空压机组、风机水泵类负载,并不需要太大的起动转矩,所以要设法减小起动电磁转矩。
  因而在电动机起动的实际工程设计与应用中,我们总是试图满足以下几个方面:
  ①初始起动电磁转矩小,起动过程平均电磁转矩足够大;
  ②尽可能地限制电机起动电流;
  ③起动设备安全可靠,操作方便,经济实惠;
  ④起动过程功耗小,无谐波污染等等。2高压笼型电动机液态软起动产品原理与性能
2液态软起动技术
2.1液态软起动技术的电气原理
  电动机起动过程中,在电动机定子回路串接液体电阻,起动电流在液体电阻上将产生电压降,降低了电动机定子绕组上的电压,起动电流也得到减小,从而达到对主电机降压限流的目的。
  定子侧串入液变电阻本质上属于降压起动。对于大功率高压笼型电动机及同步机而言,在电网短路容量及变压器容量不是足够大或瞬时机械冲击过大时,是最佳起动方式之一。
2.2液态软起动产品的工作原理
  电机起动时,在电动机定子回路串入一特制液体电阻,该电阻在电机起动初始时刻自动投入,阻值在预定起动时间内均匀无级减小,并在阻值几近为零时刻切除,实现限制主电机电流及电机转速无级匀滑上升的目的。
【特性分析】
对于电机降压限流起动,这里用串可变液阻与串分级切换阻抗作对比定性分析。
  (1)图中起动曲线与横坐标轴(电磁轴)及纵坐标轴(转速轴或转差率轴)包络的面积大小,反映了起动过程平均电磁转矩大小,二者成正比关系。
  (2)图中起动曲线与横轴交叉点(Mq1、Mq2、Mq3、Mq4、Mqe)为起动初始电磁转矩。ML为额定负载转矩,对应的转速为电机额定转速(Ne)。Mm为最大电磁转矩。
  (3)起动电磁转矩大小反映初始起动电流大小,平均电磁转矩大小反映起动时间长短。从上图串可变液阻降压起动特性曲线可以看出,其初始起动电磁转矩很小,平均起动电磁转矩足够大,因此初始起动电流小,而起动时间不长。
2.4高压电动机可变液阻软起动所面临的问题
  (1)电化学性能与导电介质的稳定性;
  (2)液温变化对电液饱合度及阻值的影响;
  (3)电液的发热、散热与液箱容积;
  (4)起动过程中电液阻值在变化中的三相平衡性;
  (5)柔性传动中的极板运动及限流响应速度;
  (6)电机拖动理论与电机过渡过程的分析与研究;
  (7)电气绝缘与安全性。
2.5产品性能特点
  (1)起动过程可预测
  以电机拖动理论建立的数学模型为基础,采用计算机仿真技术,通过向计算机输入电机、电网、负载三大参数,调整液阻值变化规律,可获得电机起动过程的特性曲线(如电流、转速、电网电压、电磁转矩等)。输入不同的液阻变化规律,就可获得不同效果和起动特性曲线,可获得一组最佳的起动曲线,对应的液阻变化规律作为控制的依据。从而实现起动过程的预知预测,达到最优化控制的目的。 

  (2)起动电流与起动时间可控制
  电机起动电流与起动时间是两个互为反比的参数,起动电流大则起动时间短,起动电流小则起动时间长。用户根据电网容量大小及实际工艺与设备要求,有时要求起动电流尽可能小,时间长一点没关系;有时要求起动时间尽可能短,电流可以稍微大一点,而可变液阻起动产品正是通过调整电液浓度、改变PLC控制程序、调整动极板初始位置、调节减速节比等手段来控制电机起动电流大小,以满足用户不同的要求。
  (3)对工况条件变化及液温变化的可调整
  其一,调试或使用中,当用户实际工况发生变化,可变液阻软起动产品可以通过简单的现场调整,使电动机起动效果依然保持最佳。
  其二,液阻值大小与电液温度成反比,因季节变换或重复起动引起的电液温差,会导致电液初始液阻值有较大变化,引起起动效果有很大的不同,甚至导致起动失败。可变液阻软起动产品具有液温检测及阻值自动校验调整功能,以确保每次起动效果的相同性、稳定性及可靠性。
  (4)二次控制采用PLC控制,PLC引进原装西门子可编程控制器,可实现远程通讯及计算机集中控制,满足DCS系统控制要求,实现现代化通讯管理及控制要求。
  (5)产品热容量大,可塑性好,可恢复性强,可重复性好,经济、实用。
  (6)产品安全可靠,操作简单,维护方便。
  (7)具有液位、液温检测与显示、起动时间过长、极板超程、综合报警等告警功能,同时有完善的设备电气联锁保护功能。
  (8)同高压开关柜配合,可实现过电流、速断、短路、差动、零序、欠压、过压、网内操作过电压、雷击等保护功能。
  (9)绝缘耐压严格执行国家标准,出厂试验严格要求。
3工程中常见的起动方式对比分析
  按照电机拖动理论,电动机的起动有这么三种方式:全压直接起动、降压限流起动、变频变压(VVVF)起动。
3.1对于额定电压直接起动制接通电源既可,简单经济,基本不需要什么投资。
  但是全压起动主要的问题是:起动电流大(约为5~7IN),起动转矩冲击大(约为1.4~2.4TN),这在前面已经讲过。而且能否全压直起,还受到很多因素和条件的限制:比如,交流电网短路容量、供电变压器容量、供电线路长度、其它负载对电压稳定性要求、起动是否频繁、拖动系统转动惯量、电业部门相关的要求与规定等等。
3.2降压限流起动
  (1)电抗器起动机械特性较硬,起动电流大,工况适应性差,成功率低。电抗器一般根据用户提供的电机及负载参数制作,一次成形,参数不可调节。
  (2)自耦变压器起动机械特性也比较硬,起动电流较小,平均起动电磁转矩小,不允许连续起动及频繁起动,一般有三种抽头可供选择,但难以保证电机起动性能最佳,甚至有可能满足不了起动要求。而且对工况变化不可能做到最佳的适应性调整。
3.3高压变频起动
  变频器可最大限度地限制电机的起动电流,减少电网压降,可实现恒转矩及变转矩起动。应该说,在各种起动方式中,变频器的起动性能是最优秀的。
  但也有一些不足之处。比如:电压等级与容量有限,且当前主要依赖进口,一次投资和维护成本均高。运行中产生谐波污染。对电机本身的影响。PWM调制导致高du/dt,及高频电压分量损坏电机的绝缘,影响电机寿命。高次谐波引起电机发热,使电机不能满足出力运行。因而高压变频器用于短时的电机起动,其一次投资与收益极不平衡,因此工程实际应用并不是很广泛。
  (4)其它起动方式
  ①液力耦合器利用能耗转差调节原理,起动时负载与电机主轴脱离,相当于空载全压起动。电机全速运行后,通过调节液力耦合器工作腔内的油量实现柔性连接,逐步升速。
  ②电动机组采用同极小容量异步机作为辅机,容量约为主机的5~15%。用辅机将主机拖到一定转速后,主机投入电网后切除辅机。
4高压软起动技术创新与新产品

——闭环恒流液态软起动与人工智能化
4.1系统硬件结构框图与工作原理 
  由可编程控制器PLC采集主电机M的起动电流信号、电网电压、液态软起动系统相关信号,经过PLC程序进行计算和逻辑处理,控制执行电机适时的改变液体电阻的效果,从而达到闭环恒流软起动。同时PLC将相关数据通过PC/PPI通讯协议传输给计算机(PC),计算机对这些数据进行处理,产生所需的各种起动曲线、数据报表、起动过程动态显示,并可实现对整个传动系统的监控。实现人工智能化。
4.2性能特点
  (1)闭环恒流起动控制技术
  ①电液初始阻值的自动校验与调整:起动开始前,由PLC根据电液温度情况,控制传动机构运行,调整电液箱内动极板的初始位置,来确定起动初始的电液阻值,这是确保获得相同的良好起动效果的前提。
  ②起动电流的事先预置和设定:预先通过PLC程序设定合理的参数,起动时对主电机起动状态进行采样,经PLC计算、分析及逻辑处理后,输出控制传动电机,驱动导电极板实现极板的复杂运动以自动调整电阻值,从而达到控制主电机按照预先设定电流进行恒流起动的目的。
  ③可最大程度地降压限流恒流软起动,以满足和保证弱电网系统下的大容量电动机的成功起动。
  (2)智能化人机界面技术
  ①采用KINGVIEW6.0组态软件,编制液态软起动装置上位机程序(组态)。将起动过程分为七个动态显示画面选择界面(主菜单)、起动界面、曲线界面、起动监视、运行数据、系统帮助等。
  ②实时显示电网电压、主电机电流、运行电流、电液温升曲线,并可对曲线进行保存、查阅、打印。
  ③起动及运行过程中数据动态记录与实时显示,如:电网电压、起动电流倍数、起动电流峰值、起动时间、初始起动电流、电液温度等。
  ④人机对话功能,可实现软起动装置的远程界面控制,如手动试验极板升降、紧急停机等。
  ⑤电网电压、起动电流、液温实时棒状图动态显示功能。
  ⑥系统运行状态及实时数据可历史查询。
  ⑦人机界面的帮助系统,即人机界面的使用说明书。
  目前该产品已广泛应用于石油化工、冶金、矿山、建材、供水、制药、造纸等行业的风机、水泵、磨机、传输机等多种负荷上。产品覆盖全国并出口东南亚、中东、非洲等地区,产品性能已十分稳定。

 


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