無刷自控軟起動器起源及發(fā)展

1、1無刷自控軟起動器起源及發(fā)展無刷自控軟起動器起源及發(fā)展翟佑華付軍河南油田南陽石蠟精細(xì)化工廠河南油田黨政辦(473132)摘要：摘要：本文介紹了人們?yōu)閷崿F(xiàn)繞線電機無刷運行，所采取的措施和步驟及每一個步驟所帶來的技術(shù)進步。特別是無刷自控電機軟起動器的生產(chǎn)和使用過程中發(fā)現(xiàn)的不足及解決的辦法，使讀者對無刷自控電機軟起動器有一個全面的了解和認(rèn)識。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：軟起動器起動電流起動轉(zhuǎn)矩起動比1無刷自控繞線電機背景技術(shù)背景技術(shù)三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步

2、電動機因轉(zhuǎn)子可外接電阻、頻敏變阻器和反電勢。它不但能限制電機的起動電流，還能增加電機的起動轉(zhuǎn)矩和起動時的功率因素，使電機起動比接近1（轉(zhuǎn)子串電阻和反電勢時，起動比接近1，串頻敏變阻器時，起動比最高可以達(dá)到0.55，而普通的鼠籠型電機起動比小于0.2）。因此，三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動機在大容量、大轉(zhuǎn)矩的機械設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。但：（1）三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動機因需將轉(zhuǎn)子電流通過電刷、滑環(huán)、電纜等引到地面控制柜，控制設(shè)備復(fù)雜，運行維護

3、成本高；（2）碳刷、滑環(huán)、聯(lián)接轉(zhuǎn)子回路的電纜及短接裝置需消耗大量的電能，降低了電機的效率；（3）電刷與滑環(huán)間磨下的碳粉會導(dǎo)致電機絕緣的降低，引發(fā)電動機故障；電刷的磨損、壓力彈簧銹蝕，引起電刷與滑環(huán)間打火造成拖動系統(tǒng)可靠性降低，運行維護工作量增大。因此，自三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動機誕生開始，人們就一直探索無刷運行。1深槽或雙鼠籠電機深槽或雙鼠籠電機從三相異步電動機的運行特性可以知道，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以改善電動機的啟動性能。在普通鼠籠

4、電機中，轉(zhuǎn)子電流回路是閉合的，無法串入電阻。人們從轉(zhuǎn)子槽形入手，設(shè)法利用轉(zhuǎn)子電流，在電機啟動時，頻率較高，深槽部分漏磁通多，阻抗大，出現(xiàn)啟動電流較小的“集膚效應(yīng)”現(xiàn)象，制成深槽或雙鼠籠電機，來達(dá)到改善電機啟動性能的目的。由于它人為地增加了電機轉(zhuǎn)子漏抗和轉(zhuǎn)子電阻，電機的最大啟動轉(zhuǎn)矩、正常運行的功率因素和效率（效率降低3—7%）均有所降低。深槽或雙鼠籠電機是靠犧牲電機的運行性能來換取電機的啟動性能，正因如此，它一般只用在對電氣可靠性要求較高

5、、工作環(huán)境較惡劣、單機容量較少的場合，如油田的抽油機等。2雙繞組電機雙繞組電機《中小型電機》雜志2001年第四期64頁上公開了一種“無刷雙繞組三相異步電動機”（簡稱：雙繞組電機）。它是利用兩套定子繞組和兩套轉(zhuǎn)子繞組的方法實現(xiàn)無刷運行。兩套轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)后與裝在轉(zhuǎn)子上的旋轉(zhuǎn)電阻相聯(lián)接，通過改變兩套定子繞組輸入電源的相位，來改變轉(zhuǎn)子電阻的端電壓，達(dá)到增加電機啟動轉(zhuǎn)矩、減少啟動電流；根除繞線電機碳粉、電火花引起的繞組匝間短路、擊穿和集電環(huán)燒損等

6、故障的目的。但該電機存在以下不足之處：A、有兩套定子繞組和兩套轉(zhuǎn)子繞組，增加了電機的體積、材料消耗和人工成本；B、控制電路復(fù)雜，增加了電機用戶的成本和維護工作量；C、開發(fā)該電機需重新設(shè)計、制造電機外殼和轉(zhuǎn)軸，增加了電機的開發(fā)成本；D、對外接線有9根，可以組成幾十種接線方式，如有一種不按規(guī)定接線，就會造成電機不能正常工作，甚至短路等損壞電機事故；E、人工通過控制開關(guān)改變啟動過程中的電機輸入電源的相位，達(dá)到減少啟動電流、增加啟動轉(zhuǎn)矩的目的。

7、由于電機啟動時間很短（約310秒），在這個很短的時間內(nèi)，由人工通過控制開關(guān)切換電機的六個檔位，很難保證控制狀態(tài)處于最佳：即很難保證在啟動過程中，電機電流處于最小、轉(zhuǎn)矩處于最大的目3但它存在以下不足：1、起動電阻需多級短接才能保證電動機的啟動性能；2、大容量電機的離心開關(guān)制造成本高，體積大；3、金屬電阻的熱容量小，體積大。因此，無法在大容量電機上應(yīng)用。5.無刷自控電機軟啟動器無刷自控電機軟啟動器2003年，作者申請了無刷自控電機軟啟動器無

8、刷自控電機軟啟動器發(fā)明專利（專利號為：031128092）。無刷自控電機軟啟動器無刷自控電機軟啟動器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，它是為大中型電機啟動而設(shè)計的。它的控制原理與繞線電機液態(tài)電阻起動柜相當(dāng)，所不同的是，將起動電阻直接安裝在電動機的轉(zhuǎn)軸上，利用電機旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力作為動力，控制起動電阻的大小，達(dá)到減少電機起動電流、增加起動轉(zhuǎn)矩，使繞線式異步電動機實現(xiàn)無刷自控運行的裝置。它主要由機殼、電解液、動極板、施密特接觸裝置、彈簧、接線柱、安全閥、

9、排氣閥等構(gòu)成。它的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)簡圖如圖4所示，當(dāng)電機起動時，一方面，隨著電機轉(zhuǎn)速的升高，動極板在離心力的作用下，逐步靠近機殼，串入電機轉(zhuǎn)子內(nèi)的電阻成比例地減少，并在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時，與外殼短接，電阻降為零；另一方面，動極板與機殼間的水電阻，因通過電流而發(fā)熱，在水電阻負(fù)溫度特性的作用下，電阻也會逐步減少。在電機轉(zhuǎn)速和溫度兩方面的作用下，使電動機以近似于恒定電流、恒定轉(zhuǎn)矩起動。但它存在以下不足：1、沒有涉及極板電腐蝕問題，金屬極板通過交流電流

10、時，會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，從而縮短了無刷自控軟啟動器的使用壽命。2、排氣閥是靠安裝在閥門上的慣性塊控制，由于電解液旋轉(zhuǎn)速度滯后電機轉(zhuǎn)軸速度，當(dāng)排氣閥打開后，液體會因轉(zhuǎn)速未達(dá)到“離心”狀態(tài)，液體會從排氣孔噴出。3、大型電機如啟動失?。ǘ罗D(zhuǎn)），會產(chǎn)生數(shù)千千瓦的功率，僅靠安全閥和排氣閥無法及時排出產(chǎn)生的大量蒸汽，會發(fā)生爆炸（已在用戶手中出現(xiàn)過一次爆炸現(xiàn)象，幸虧沒有傷著人）。6.無刷自控電機軟起動器無刷自控電機軟起動器2008年，作者為克服無刷自控

11、電機軟啟動器無刷自控電機軟啟動器的不足，申請了無刷自控電機軟起動器無刷自控電機軟起動器實用新型專利（專利號為：200820172688.7）。無刷自控電機軟起動器無刷自控電機軟起動器的結(jié)構(gòu)如圖5所示，它由圓柱型外殼(1)、彈簧(2)、動極板(4)、靜極板(7)、接線柱(9)、安全排氣閥(8)、防爆膜片(10)和極板移動短接裝置等構(gòu)成。動極板(4)滑配在外殼(1)的中心立柱上，動極板(4)與靜極板(7)相鄰面均設(shè)有(柔性)石墨板；靜極板(

12、7)與接線柱(9)聯(lián)接，并通過絕緣子固定安裝在外殼(1)上，與外殼(1)相鄰面加有絕緣板。無刷自控電機軟起動器中的短接裝置，由雙輪（13）、軸承（12）和導(dǎo)軌（11）構(gòu)成，雙輪和軸承聯(lián)成一體，軸承外側(cè)與導(dǎo)軌滾動聯(lián)接，雙輪與動極板滾動聯(lián)接。導(dǎo)軌由一個近似于直角三角形的鋼板構(gòu)成，在靠近圓心的位置較低，隨半徑的增加逐步增高，并在靠近外殼的外圓柱處，角度忽然變小。極板短接過程是：電機啟動時，隨著電機轉(zhuǎn)速的升高，雙輪和軸承產(chǎn)生的離心力逐步升高，通