自控电机起动方式原理分析

自控电机起动方式原理分析

从异步电动机起动装置产生的原因和存在的问题出发，介绍无刷自控电机软起动器的原理和结构特点，说明无刷自控电机软起动器的优势和代替其它电机起动装置的必然性.。
关键词：软起动器 起动电流 起动转矩 无刷自控电机 鼠笼电机 绕线电机
一、问题的提出
1.1社会的发展
随着生产设备的大型化，工业领域的球磨机、破碎机、风机、水泵、打浆机等设备中的电动机容量越来越大。交流电动机以结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜等特点，得到了广泛的应用。但是,
1、起动电流是额定电流的5-7倍，对供电设备、电机及所拖动的机械设备的造成极大的损害。
2、起动时因过大的起动电流产生过大的电压降，严重威胁着邻近用电设备的安全运行。
3、起动转矩只有电机额定转矩的0.4-1.2倍(电机容量越大,起动转矩倍率越小),对起动转矩比较大的负载（如球磨机、抽油机等）为了能正常起动电机,必须增加电机容量，造成电机大马接小车。
1.2传统起动设备存在的问题
传统的鼠笼式异步电动机起动设备（Y-△、串电阻、串电抗器、自耦变压器等），属有级降压起动，起动控制过程靠时间继电器等间接控制。起动特性不理想、起动过程变换时产生较大的冲击电流、起动控制设备复杂、成本高。同时，起动转矩与起动电流的平方成正比，当电流降低50%时，起动转矩降低75% 绕线式异步电机串电阻多级起动，能极大地增加电机起动转矩、减少起动电流，但复杂的起动控制装置，且起动过程中需频繁切换起动电阻，造成多次冲击电流。绕线式异步电机串频敏变阻器起动，频敏变阻器仍属电抗器,起动电流仍达到电机额定电流的3-4倍，启动转矩不足额定转矩的1.5倍,电压稍低时，起动困难。同时，绕线式异步电机滑环、碳刷是造成电机运行维护工作量大、故障率高的根本原因。
1.3现代的软起动设备不能满足用户的需要
高压鼠笼式异步电动机液态电阻（热变电阻）、磁控电抗器、固态（晶闸管）软起动设备，能实现恒电流软起动电机（因电机起动电流与时间的关系是非线性，仅靠时间根本无法实现恒电流软起动）。但装置串联在电机的定子回路，要承受高电压。这使得起动装置体积较大、价格高、运行维护工作量大。同时，它仍受起动转矩与起动电流的平方成正比，当电流降低50%时，起动转矩降低75%的影响，起动电流必须大于电机额定电流3倍以上，才能起动轻载电机（对重载电机如球磨机，该起动方式无效）。绕线式异步电机液态电阻软起动设备，靠伺服电机改变水电阻极板距离。距离改变的速度需预先设置，无法自动跟踪实际负载的变化。同时它的结构复杂、体积大、价格高，无法克服滑环、碳刷造成的不良影响。
变频器起动电机，虽具有良好的静、动态起动特性（能以1.5倍额定电流、额定转矩起动电机），起动电流倍数可以在一定的范围内随意调节、实现了恒电流、恒转矩起动电机的目的。但价格昂贵（高压电机每KW达到1000元、低压电机每KW近500元）、结构复杂、运行维护难度大，如用它起动电机，目前时机显然不成熟。
二、 无刷自控电机软起动器工作原理及结构特点
2．1无刷自控电机软起动器简介
无刷自控电机软起动器是将起动电阻直接安装在电动机的转轴上，利用电机旋转时产生的离心力作为动力，控制电阻的大小，达到减少电机起动电流、增加起动转矩，使绕线式异步电动机实现无刷自控运行的装置。它在交流电动机上安装使用方法如图1所示

2．2无刷自控电机软起动器工作原理
无刷自控电机软起动器控制原理如图2所示，它与绕线式交流异步电动机转子串入电阻相当，即：

人们将S = r1/x1+x2时的转差率定义为临界转差率Slj，Slj一般在0.06―0.16之间，此时，电机的转矩为最大转矩，电机电流为启动时电流的0.717倍即5倍额定电流；随着电机转速的升高，S减少，电机电流和转矩均降低。当S=Se时（0.02S0.06），电机电流为额定电流时，产生的转矩就达到额定转矩（电机转子不串入电阻，起动电流达到额定电流7倍以上）。因此，串入电阻RST》（X1+X2）》R1，为分析问题方便，上述
公式简化为：
起动转矩：Mst=K1U12S/（rst+r2） 其中：K1=m1/Ω
起动电流：Ist= U1S/（rst+r2）
上式说明：只要保证电机起动电流恒定，就能保证电机起动转矩恒定；只有使起动电阻rs随S按一定的函数关系变化，才能保证起动电流的基本恒定。
2．3无刷自控电机软起动器结构特点
为保证水电阻能在电机转子上长期免维护运行，无刷自控电机软起动器在整体设计上应用了以下技术：
a）选用具有下述特性的电解液为水电阻：A、对金属（铜和钢）具有防锈作用；B、通过大电流后，不发生电解液变质、极板腐蚀、产生气体的化学反应；C、电解液的冰点为-20℃，沸点为120℃，以满足不同环境下安全工作。