高压鼠笼型电动机液态软起动技术

高压鼠笼型电动机液态软起动技术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57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1.42.4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；尽可能地限制电机起动电流；起动设备安全可靠，操作方便，经济实惠；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冋步机而言，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。_J（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（WVF）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57IN），起动转矩冲击大（约为1.42.4TN）,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515%。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。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。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。电网电压、起动电流、液温实时棒状图动态显示功能。系统运行状态及实时数据可历史查询。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。