時(shí)間:2011-09-26 11:48:23來源:gengwt
1引言
交流異步鼠籠電動(dòng)機(jī)在直接起動(dòng)的過程中,將產(chǎn)生5~7倍于電動(dòng)機(jī)額定電流的起動(dòng)電流,過大的起動(dòng)電流嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)、接觸器的使用壽命;同時(shí),由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,增加了轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損和額外維護(hù);另外,還會(huì)造成很大的電網(wǎng)壓降,影響廠用電的安全、穩(wěn)定運(yùn)行,尤其是在事故情況下,可能造成事故擴(kuò)大。所以,需要在電網(wǎng)和電機(jī)之間加入軟起動(dòng)器來解決以上問題。
隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,晶閘管軟起動(dòng)裝置應(yīng)運(yùn)而生。三相異步電動(dòng)機(jī)的起停技術(shù)發(fā)生了劃時(shí)代的變化。晶閘管軟起動(dòng)產(chǎn)品問世不過30年左右的時(shí)間,而其主要性能卻大大優(yōu)于磁控軟起動(dòng)、液阻軟起動(dòng)等傳統(tǒng)軟起動(dòng)方式。它的體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,幾乎免維護(hù),功能齊全,起動(dòng)重復(fù)性好,保護(hù)周全,目前已成為軟起動(dòng)領(lǐng)域中佼佼者。
結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,本文詳細(xì)介紹了晶閘管軟起動(dòng)器在水泵上的應(yīng)用。
2晶閘管方式軟起動(dòng)
2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
晶閘管軟起動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示。在圖1中,QS為高壓隔離開關(guān),QF1、QF2為真空斷路器,SCR為(普通)晶閘管,M為中壓電動(dòng)機(jī)。QF1伺職主電路的通斷,QF2伺職電力器件的旁路。
在SCR軟起動(dòng)裝置里,SCR共6組,每組含(根據(jù)電壓的高低和可控硅的耐壓值來確定m的值)個(gè)相串的SCR。
圖1晶閘管軟起動(dòng)器主電路原理圖
2.2系統(tǒng)基本工作原理
利用晶閘管的開關(guān)特性,通過晶閘管的觸發(fā)角來改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間,從而控制到電機(jī)的輸出電壓,達(dá)到控制電機(jī)的起動(dòng)特性。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)過程完畢后,就讓交流接觸器吸合(如圖1所示意,即QF2吸合),短路所有的晶閘管,是電動(dòng)機(jī)直接連到電網(wǎng)上。
2.3起動(dòng)方式
1、電壓斜坡軟起動(dòng)
電壓斜坡軟起動(dòng)方式下的軟起動(dòng)器的輸出電壓并不是由0上升至額定電壓Ue,而是由一個(gè)起始電壓U0開始的。因?yàn)殡姍C(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比,所以電壓過低則電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也很小。如果電機(jī)的的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,則電機(jī)并不能運(yùn)行,反而會(huì)使電機(jī)發(fā)熱,因此電壓斜坡軟起動(dòng)方式下的軟起動(dòng)器的輸出電壓是從某起始電壓U0開始的。起始電壓U0要根據(jù)負(fù)載的特性設(shè)定出能使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最小電壓值。
2、斜坡恒流軟起動(dòng)
這種起動(dòng)方式是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的初始階段起動(dòng)電流逐漸增加,當(dāng)電流達(dá)到預(yù)先所設(shè)定的值后保持恒定(t1至t2階段),直至起動(dòng)完畢。起動(dòng)過程中,電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載調(diào)整設(shè)定。電流上升速率大,則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,起動(dòng)時(shí)間短。
3、階躍起動(dòng)
開機(jī),即以最短時(shí)間,使起動(dòng)電流迅速達(dá)到設(shè)定值,即為階躍起動(dòng)。通過調(diào)節(jié)起動(dòng)電流設(shè)定值,可以達(dá)到快速起動(dòng)效果。
4、電壓雙斜坡起動(dòng)
在起動(dòng)過程中,電機(jī)的輸出力矩隨電壓增加,在起動(dòng)時(shí)提供一個(gè)初始的起動(dòng)電壓Us,Us根據(jù)負(fù)載可調(diào),將Us調(diào)到大于負(fù)載靜磨擦力矩,使負(fù)載能立即開始轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)輸
出電壓從Us開始按一定的斜率上升(斜率可調(diào)),電機(jī)不斷加速。當(dāng)輸出電壓達(dá)到達(dá)速電壓Ur時(shí),電機(jī)也基本達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。軟起動(dòng)器在起動(dòng)過程中自動(dòng)檢測(cè)達(dá)速電壓,當(dāng)電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí),使輸出電壓達(dá)到額定電壓。
5、限流起動(dòng)
就是電機(jī)的起動(dòng)過程中限制其起動(dòng)電流不超過某一設(shè)定值(Im)的軟起動(dòng)方式。其輸出電壓從零開始迅速增長,直到輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im,然后保持輸出電流I這種起動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電流小,且可按需要調(diào)整。對(duì)電網(wǎng)影響小,其缺點(diǎn)是在起動(dòng)時(shí)難以知道起動(dòng)壓降,不能充分利用壓降空間。
6、突跳起動(dòng)
在起動(dòng)開始階段,讓晶閘管在極短的時(shí)間內(nèi)全導(dǎo)通后回落,再按原設(shè)定的值線性上升,進(jìn)入恒流起動(dòng),該起動(dòng)方法適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動(dòng)場(chǎng)合。
以上多種控制方式中比較有代表性的是電壓斜坡和限流軟起動(dòng)。
2.4停止模式
1、自由停車
當(dāng)要停止的時(shí)候,按啟動(dòng)按鈕,旁路接觸器斷開,晶閘管不工作,讓電機(jī)自由停止。
2、軟停止
軟停止,相當(dāng)于軟起動(dòng)的逆過程。當(dāng)停止時(shí),斷路器先斷開,然后由晶閘管將額定電壓緩慢降低到一定電壓值。
3、制動(dòng)停車
制動(dòng)是使運(yùn)行中的機(jī)車、車輛及其他運(yùn)輸工具或機(jī)械等停止或減低速度的動(dòng)作。制動(dòng)停車,就是讓設(shè)備迅速停止。
3水泵
3.1概述
水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加,主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等,也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。
3.2分類
根據(jù)泵的工作原理劃分為離心泵、旋渦泵、混流泵、軸流泵、電動(dòng)泵、蒸汽泵、齒輪泵、螺桿泵、羅茨泵、滑片泵、噴射泵、升液泵、電磁泵、潛水泵等。
3.3水泵主要特性
1、揚(yáng)程特性
水泵的揚(yáng)程是指水泵能夠揚(yáng)水的高度,通常用H表示,單位是m。揚(yáng)程以葉輪中心線為基準(zhǔn),分由兩部分組成。從水泵葉輪中心線至水源水面的垂直高度,即水泵能把水吸上來的高度,叫做吸水揚(yáng)程,簡稱吸程;從水泵葉輪中心線至出水池水面的垂直高度,即水泵能把水壓上去的高度,叫做壓水揚(yáng)程,簡稱壓程。即水泵揚(yáng)程=吸水揚(yáng)程+壓水揚(yáng)程。
揚(yáng)程特性,以管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?,表明在某一轉(zhuǎn)速下,供水揚(yáng)程與流量見的關(guān)心特性,稱為揚(yáng)程特性。養(yǎng)成特性反映了用戶用水量大小對(duì)供水揚(yáng)程的影響,即用戶的用水量越大,則管道中的摩擦損耗以及增大流速所需揚(yáng)程也越大,故供水揚(yáng)程越小。所以,揚(yáng)程特性說明供水揚(yáng)程是全揚(yáng)程減去損失揚(yáng)程的結(jié)果。揚(yáng)程特性與轉(zhuǎn)速有關(guān),水泵的轉(zhuǎn)速下降,其供水能力也下降,揚(yáng)程特性將下移。
2、管阻特性
管阻是閥門和管道系統(tǒng)對(duì)水流的阻力,其與管路的直徑和長度、管路各部分的阻力系數(shù),以及液體的流速等因數(shù)有關(guān)。
管阻特性,以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?,表明閥門在某一開度下,供水揚(yáng)程與流量之間的關(guān)系,稱之為管阻特性。管阻特性實(shí)際上是管道系統(tǒng)的負(fù)載特性,他表明為了在管路內(nèi)得到一定量的流量,水泵必須提供的揚(yáng)程。如果供水揚(yáng)程小于靜揚(yáng)程,將不能供水。當(dāng)閥門關(guān)小時(shí),管阻系數(shù)將增加,管阻也將增大,在揚(yáng)程相同的情況下,流量將減小,管阻特性曲線將上揚(yáng)。
3、供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)
揚(yáng)程特性和管阻特性的交點(diǎn),稱之為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn),在這一點(diǎn)上,供水系統(tǒng)既符合了揚(yáng)程特性,又符合了管阻特性,因此供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài),系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。
3.4水錘效應(yīng)
水錘效應(yīng)是指在水管內(nèi)部,管內(nèi)壁光滑,水流動(dòng)自如。當(dāng)打開的閥門突然關(guān)閉,水流對(duì)閥門及管壁,主要是閥門會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力。由于管壁光滑,后續(xù)水流在慣性的作用下,迅速達(dá)到最大,并產(chǎn)生破壞作用。壓力的沖擊將使管壁受力而產(chǎn)生噪聲,猶如錘子敲擊管子一般,稱為“水錘效應(yīng)”。在水利管道建設(shè)中都要考慮這一因素。相反,關(guān)閉的閥門在突然打開后,也會(huì)產(chǎn)生水錘,叫負(fù)水錘,也有一定的破壞力,但沒有前者大。
4實(shí)際應(yīng)用
4.1工況
某自來水廠電網(wǎng)的余量比較小,為了保證在起動(dòng)過程中不影響其他設(shè)備運(yùn)行,對(duì)水泵起動(dòng)電流要求很嚴(yán)格。
4.2工作原理
1、起動(dòng)
水泵由靜止?fàn)顟B(tài)起動(dòng)瞬間要克服軸承摩擦轉(zhuǎn)矩(為額定轉(zhuǎn)矩的30%~50%),在泵流體輸送管道中控制閥門的開放和關(guān)閉會(huì)造成靜壓,影響起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
水泵屬于平方轉(zhuǎn)矩負(fù)載,由于通常慣性較大,且起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的提高而增大,起動(dòng)之初不需要多大轉(zhuǎn)矩,因此而利用軟起動(dòng)將其起動(dòng),優(yōu)先采用轉(zhuǎn)矩類起動(dòng)方式。因?yàn)殡姍C(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比,所以此現(xiàn)場(chǎng)采用電壓斜坡起動(dòng),能夠更容易控制起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,更好的發(fā)揮軟起的作用,避免水錘效應(yīng)。
2、停車
在水泵的停止過程中,同樣會(huì)產(chǎn)生水錘效應(yīng)。當(dāng)采用自由停車時(shí),水泵電機(jī)立即斷電,系統(tǒng)失去驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,水頭會(huì)迅速超過電機(jī)慣量,使泵電機(jī)快速停止。這種狀況會(huì)引起管道及閥門的壓力突生,易引起管道及閥門的損壞。因此,在水泵的停止過程中應(yīng)采用軟停止,延長停止時(shí)間,減緩沖擊。
4.3起動(dòng)運(yùn)行記錄
某自來水廠的電機(jī)為6KV/900KW異步電機(jī),其采用晶閘管軟起動(dòng)器后的起動(dòng)記錄如表1:
日期 |
起動(dòng)前電網(wǎng)電壓(V) |
起動(dòng)時(shí)電網(wǎng)最大電壓(V) |
起動(dòng)時(shí)最大電流(A) |
起動(dòng)時(shí)間(S) |
起動(dòng)后正常電流(A) |
2009.7.5 |
6200 |
610 |
326 |
30 |
98 |
2009.7.6 |
6000 |
550 |
330 |
30 |
98 |
2009.7.7 |
6300 |
630 |
325 |
30 |
98 |
2009.7.8 |
6100 |
560 |
328 |
30 |
98 |
2009.7.9 |
6200 |
660 |
323 |
30 |
98 |
表1軟起動(dòng)器運(yùn)行記錄
5結(jié)束語
軟起動(dòng)器在不同的場(chǎng)所應(yīng)根據(jù)負(fù)載的類型,有針對(duì)性的選擇起動(dòng)方式,這樣才能使軟起動(dòng)器的性能更好的發(fā)揮。
作者簡介
高鵬宇男電氣工程師,現(xiàn)就職于亞泰集團(tuán)哈爾濱水泥有限公司動(dòng)力部,負(fù)責(zé)電氣設(shè)備和工程管理。
標(biāo)簽:
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