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1、山东科技大学继续教育学生毕业论文用纸1.引言1.1问题的提出异步电动机自发明一百年以来，因其结构简单牢固、成本低、可靠性高和高性能，已经成了工业应用的宠儿，成为经典传动的核心成员。标准三相感应异步电动机被广泛应用于各种机电能量转换场所，煤矿带式输送机就是其典型的应用。带式输送机作为输送散料的最可靠、最经济的设备,已成为我国矿山的主要运输设备之一。早期带式输送机由于其功率小、运距短、速度低、电机与减速器之间一般采用刚性联轴器或液力联轴器即可满足起动要求。但随着矿山生产能力的不断提高,带式输送机朝着大功率、长距离、大运量、高速度方向发展,输送机的起动将直接影响到该机能否正常运行。主要表现在以下几个
2、方面：(1) 带式输送机满载起动是不可避免的。对于长距离、大运量带式输送机,运行过程中一旦发生紧急停车,再起动时仍为满载起动,因而满载起动是设计中必须考虑的。(2) 必须延长起动时间,确保起动的平稳性。由于带载起动,且带速较高,起动时间过短会引发物料与输送带之间的相对运动,从而发生滚料现象,这一点对倾角运输尤为重要。因此要控制带式输送机的起动加速度。(3) 由于大功率、高带速的直接起动,使输送带的动张力增加了好几倍,对输送机的元部件产生较大的冲击,影响了各元部件、胶带及整机的稳定性及使用寿命。(4) 起动张力增大引起输送带强度提高。由于输送带成本在带式输送机整机费用中占40%60%,因而采取有
3、效措施控制起动张力,降低输送带强度,具有很可观的经济效益。(5) 由于大功率多电机同时起动,对电网的电流及电压都会产生较大的影响。1.2异步电机的起动鼠笼式异步电机起动和直流电动机一样，异步电动机拖动生产机械在起动过程中，要求电动机具有足够大的起动转矩，使生产机械较快地达到正常运行；同时又希望起动电流不要太大，以免过大的起动电流引起电源电压的下降，从而影响接在电网上的其他电气设备的正常工作。不同负载和不同供电电网的容量，对电动机起动性能的要求是不一样的。对异步电动机起动性能的基本要求有：足够大的起动倍数；尽可能小的起动电流倍数；起动时间短，能符合生产技术要求；起动设备简单、经济、可靠等。其中最
4、主要的是起动转矩和起动电流的倍数。1.2.1 直接起动在电力拖动中使用最广泛的电动机时三相鼠笼式异步电动机，小容量的鼠笼异步电动机一般都可以直接起动。直接起动即全压起动，通过开关或接触器将额定电源直接加在电动机的定子绕组上，使电动机由静止状态逐渐加速到稳定运行。这种起动方法的优点是所需设备少，线路简单，但起动电流大。这是由于当电动机刚投入电网，转子尚未开始转动时，起动电流就是短路电流，而限制短路电流的短路阻抗的数值一般很小，因此起动电流较大。一般笼型异步电动机直接起动时的电流倍数为，这往往不能满足起动要求。就电动机本身而言，笼型异步电动机都允许在额定电压下直接起动。但是否采用此法起动，主要取决
5、于供电变压器容量的大小。一般情况下，对于经常起动的电动机，起动电流引起供电母线的电压降落不超过，而不经常起动的电动机，起动电流引起供电母线的电压降落如不超过，才允许采用直接起动。因为，按国家标准GB755-65规定，异步电动机的过载能力，这样，当供电电源电压降低时，接在同一电源上的其它异步电动机的最大电磁转矩变为,此时尚能在额定转矩的负载下运行。在电网容量足够大，起动电流不致引起显著的电压降落时，如果没有其他特殊的起动要求，应优先采用直接起动。如果直接起动引起电压降落超过，可采用降压起动的方法1.2.2 降压起动降压起动就是降低电机端电压的方法来限制起动电流，待起动完毕后，再切换到额定端电压下
6、运行。由于异步电动机的起动转矩与端电压平方成正比，因此，降压起动时，起动转矩也随之减小。可见，这种起动方法只能适用于对起动转矩要求不高的场合，例如用于驱动离心泵、风机等。常用的几种降压起动方法有：1. 定子电路串电抗起动定子电路串电抗起动，接通电源前，先将电抗串入定子绕组，起动时合上电源开关，待转速稳定后，再将电抗切除。由于起动时定子绕组串入的电抗器起到分压作用，使加在电机上的端电压降低，故减小了起动电流。由于起动电流正比于定子的端电压，而起动转矩正比于定子端电压的平方。如果起动时电机端电压降到额定电压的倍，则起动电流降到额定电压时起动电流的倍，但起动转矩降到原来的倍。因此，该起动方法只能用于
7、空载或轻载起动。2. 星型三角型转换降压起动（），起动的方法只适用于正常运行时定子绕组接成三角形的电动机。起动时定子绕组接成星形，起动完毕后再换成三角形。设电动机每相短路阻抗为常值。当定子绕组为接法时，电动机直接起动时的线电流为：，式中，为电动机额定线电压。当电动机定子绕组改为星形接法起动时，这时施加在定子每相绕组上的电压降为，因此接法时起动电流，可见起动时，电源供给的起动电流仅为接法直接起动时的。在不考虑参数的变化情况下，由于(为相电压)，因而改为接法起动时的起动转矩也减小到接法起动时的起动转矩的。起动设备简单，操作方便，故系列中以上的电动机，定子绕组都按接法设计，以便采用起动。现在星三角磁
8、力起动器依然应用很普遍。3. 自耦变压器起动这种起动方法是利用一台降压的自耦变压器又称起动补偿器，使加在定子绕组上的电压降低，待起动完毕后，再把电动机直接接到电源。设电动机在额定电压下，直接起动时的起动电流为，起动转矩为。自耦变压器原、副边电压之比为，于是经过自耦变压器降压后，加在电动机上的端电压降为，则电动机的起动电流。而只是自耦变压器的副边电流，自耦变压器的原边电流才是由电源提供的起动电流，其值为：.由于电机端电压降为（），所以自耦变压器和起动具有相同的性质，其起动和由电源提供的起动电流减少的倍数是一样的。而自耦变压器起动的优点在于不受定子绕组接法的限制并且变比可以改变。一般起动补偿器备有
9、电源电压的几个抽头。使用时可根据起动电流和所需要的起动转矩来选择，这种起动方法的缺点是增加了设备费用。4. 延边三角形起动 起动方法设备简单、经济性好，但起动转矩只有额定电压起动时的，因此只能适用于空载或轻载起动，不适用于各种不同起动要求。延边三角形起动方法是从起动方法演变而来的，不同之处仅在定子每相绕组中多一个中间抽头。电动机正常运行时定子绕组接成三角形。起动时，定子绕组的一部分仍接成三角形，剩下的部分接成星形。它象一个三角形的三个边延长，故称延边三角形起动。根据延边三角形接法时的特点，定子每相绕组所承受的电压，小于三角形接法时的电压,但大于星形接法时的。因此，起动电流和起动转矩比直接起动时
10、小，但比起动时大。采用不同的抽头比例，即可适应不同的起动要求。这样起动方法的缺点是定子绕组的制造比较负载。5. 部分绕组起动若正常运行电动机的定子每相绕组由两条或多条并联支路组成。起动时，仅将各相绕组中的一条支路接入电源。这时，由于定子绕组阻抗的增加，使起动电流减小，起动完毕后再将其余支路接入电源。6. 电机的软起动前面介绍异步电动机的起动方法与设备，如降压起动、自耦变压器降压起动等，较大程度地缓解了在供电变压器容量相对不够大时电动机起动的矛盾。但它们还存在着明显不足之处，如没解决电动机起动瞬间电流冲击问题，而且上述起动设备在起动过程中需进行电压切换，电动机也将有瞬时大电流冲击问题。另外，起动
11、设备的触点多，发生故障也多，维护工作量大等。随着电力电子技术的进步和发展，一种称为软起动器(或固态软起动器)的新型起动设备正在工业中推广应用。这种软起动器使得电动机起动平稳，对电网冲击小，还可以实现电动机软停车、软制动，以及电动机的过载、缺相等保护，还能实现电动机轻载节能运行等。2. 电动机的软起动与传统起动设备相比，软起动器具有更好的起动控制性能及保护性能。随着它的推广和应用，软起动器将很快成为替代传统起动设备的产品。2.1 软起动的由来与发展三相交流电动机发明以来，经历了100多年的历程。在这漫长的岁月中，它为奠定与发展这项经典的传动技术树立了丰碑，然而，电动机的起动特性却一直举步维艰，难
12、以跨出“硬起动”的框框。众所周知，电动机起动时刻出现的起动电流最高可达电动机额定电流的15倍，这样大的电流不仅加重了进线、供电电网以及接在电动机前面的开关电器的负荷，而且同时出现的巨大转矩又会使电动机发生猛烈的冲振，并且也给用作动力传输的辅助设备（例如三角皮带、变速机构）和做功的机械设备带来不可避免的机械冲击。所以，这种“硬起动”不仅会缩短传动单元和做功机械设备的使用寿命，而且过高的起动电流还会引起供电电网的电压骤然跌落，致使那些对电压敏感的用电设备产生负面的影响。为了降低这种高倍的起动电流，迄今为止使用得最普遍的是星三角磁力起动器。在电动机绕组星形接线时，电动机电流仅为三角形接线时的，遗憾的
13、是电动机的转矩也同样降低到三角形接线时的。为了使电动机在额定转速时达到它的额定转矩，在经历了预先设定的时间后，又从星形接线转换到三角形接线，在转换过程中出现的电流峰值反作用于供电电网；同样，此时产生的转矩冲击使传动单元还是落入“硬起动”的俗套。近年来，随着电子技术与控制技术突飞猛进的发展，人们终于在20世纪90年代初找到了令人满意的起动特性，电子式软起动器就此应运而生，它的问世立即受到广大用户的重视与青睐。该类电子式软起动器以晶闸管为主电路，微控制器作为核心控制单元来完成电动机的起动过程，已成为可能。国内外已有各种SCR为主体的电子式固态起动器出现在市场上。软起动的方式主要指软起动装置按什么原
14、则规律将电动机从零速升至额定转速。其中出现了各种起动方式“斜坡电压起动方式“”恒电流或限流起动方式“、脉冲突跳方式”等等。典型产品有雷诺尔公司的软起动器，提供起动方式有：限流起动、斜坡电压起动、转矩加突跳控制起动、转矩控制、电压控制5种。其他软起动装置 有西门子、AB、ABB等公司的产品，其中不外乎上面集中起动方式，各软起动装置厂家为方便用户、增加产品的适应性。均提供了众多的可资遴选的起动方式；其中SIEI公司提供的起动方式就有10种之多：普通负载标准起动、高起动转矩负载、常用泵、需带突跳起动的泵、轻型传输带、重型传输带、小惯量风机、大惯量风机、往复式压缩机、螺旋式压缩机。在电动机起动过程中通
15、过控制电路控制晶闸管导通角的大小，使电动机的起动电流根据工作要求所设定的规律进行变化,这样，电动机起动电流大小、起动方式均可任意调整与选择，使电动机处于最佳起动过程，同时还可以减少起动功率损耗。2.2 一般软起动方式 1. 斜坡电压起动早期的软起动器是以起动电压为控制对象进行软起动的。图2-1斜坡电压控制示意图。 图2.1中，起动电压先以设定的速率增加，然后再转为额定电压。这种起动方式比传统的自精变压器或YA降压起动有了较大的进步，但在某些工况应用时，还会出现较大的二次冲击电流，而且容易损坏晶闸管。2. 恒电流起动目前的软起动器大都以起动电流为控制对象进行软起动的。起动时电动机的起动电流保持恒
16、定(即限定起动电流)，其电流限定值Ism通常在电机额定电流的1.54.5倍之间选择。恒流起动时间图2-2表示了这种恒流软起动方式的电流特性。 设定的电流限定值Ism大，起动转矩大，起动时间短；Ism小，起动转矩就小，起动时间长。这种起动方式一般适用于起动惯性大的场合3. 斜坡恒流软起动若控制起动电流以一定的速率平稳地增加，当起动电流增大到所设定的电流限定值时，就将起动电流保持恒定直至起动结束。斜坡起动时间恒流起动阶段图2.3表示了斜坡恒流软起动方式的电流特性。从图中可以看出，电动机的起动过程分为两个阶段，先为斜坡起动阶段，后为恒流起动阶段。当起动即将结束时起动电流会自动减下来。起动电流上升变化率和恒流值都可以任意设定，恒流值大小决定起动时间的长短。因此，起动电流上升变化率和恒流值一般应根据负载情况与生产要求来设定，以便软起动器获得最佳
