工频启动电流及其影响
“我们首先来了解一下几种启动方式的特点。”说着,张老师就拿出了一张图3-1。然后说:“如图(a),当接触器km闭合的瞬间,定子电流立即就产生了以额定同步转速旋转的磁场。因为施加的是全电压,磁通是额定磁通。于是,转子绕组就以额定同步转速切割额定磁通,如图(b)所示,这就是工频直接启动的特点。不消说,这时转子绕组里的感应电动势和电流是非常大的。反映到定子侧,其启动电流可以达到额定电流的(4~7)倍,如图(c)所示。这就是导致空气断路器跳闸的原因。”
“这个特点,不论皮带上有没有煤,有多少煤,应该是一样的吧?就是说,电动机在启动时峰值电流的大小也应该是相同的吧?”小孙问。
“是的。”张老师肯定地点了点头。
“那为什么刚买来时断路器不跳闸,装上了煤就跳闸了呢?”小孙问。
“因为空载时电动机启动得快,随着转速的上升,转子和磁场之间的转差迅速减小,电流也很快降了下来。所以电流峰值滞留的时间很短,断路器还来不及跳闸,电流就降下来了。负荷加重以后,启动过程会有所减慢,电流峰值滞留的时间延长,断路器就要跳闸了。”
“这么大的启动电流会烧电动机么?”小孙又问。
“因为时间太短,电动机的温度还来不及升上去,所以是不会烧的。但如果电动机的容量较大的话,将导致电网电压有瞬间的下降,如图(d)所示,这将会干扰其他设备的正常工作。”
“所以要想办法降低启动电流。”小孙抢着说。
(a)工频直接启动 (b)切割磁力线的特点 (c)启动电流 (d)对电网的影响
图3-1 工频直接启动的特点
工频启动过程及问题
“还有启动过程的问题呢。”张老师瞧着小孙,又拿出了图3-2,接着说:
“在图3-2(a)中,曲线①是电动机的机械特性;曲线②是负载的机械特性。两者的交点q是拖动系统的工作点,转速为n1。在转速从0上升到n1的全过程中,电动机的电磁转矩始终大于负载转矩,两者之差称为动态转矩tj。动态转矩是用来使拖动系统产生加速度的。由图知,在整个启动过程中,动态转矩是很大的,所以,加速度也很大,整个启动过程在不到1s的时间内就完成了,如图(b)所示。这样大的加速度会产生什么后果呢?
拿你们的输煤机来说,在静止状态,两个滚轮之间的皮带处于松弛状态,如图3-3(a)的上部所示。当加速度很大时,皮带被迅速绷紧,这必将影响皮带的使用寿命。此外,加速度太大,还将导致齿轮之间的撞击,如图(b),以及各传动轴受到很大的剪切力,如图(c)所示等。”
(a)动态转矩 (b)升速过程
图3-2 工频直接启动的启动过程
(a)传输带的绷力 (b)齿轮的撞击 (c)轴的剪力
图3-3 工频启动过程存在的问题
“没想到,工频启动还有这么多弊病。”小孙说。
“还有呢,在如图3-4(a)所示的供水系统中,由于水泵在低速时的阻转矩非常小,启动过程中的动态转矩更大,如图(b)所示,启动过程更快,据有些资料记载,从静止状态上升到额定转速,只需0.25s,如图(c)所示。供水管道中的流量在这么短的时间内从0上升到额定流量,将会引起严重的水锤效应,使管道系统、阀门等等,受到破坏。”
“啊,这么严重?”小孙不觉吐了吐舌头。接着问:“那……,软启动器启动时又有哪些特点呢?”
(a)供水系统示意图 (b)动态转矩 (c)启动过程
图3-4 供水系统的工频启动
软启动器的特点
张老师拿出了图3-5,然后说:“所谓软启动器,实质上是一个能够无级调压的降压启动器,如图(a)所示。启动时,因为可以把电压降得很低,电动机的磁通很小。因此,其启动特点是:转子绕组以同步转速切割较小磁通,如图(b)所示,从而可以把启动电流限制在允许范围内,如图(c)所示。异步电动机在电压下降后,机械特性的特点是:临界转速不变,临界转矩减小。所以,刚启动时的动态转矩较小,启动过程是通过逐渐加大电压来完成的,其临界转矩不断右移,整个启动过程比较平缓,如图(d)所示。美中不足之处是它的启动转矩也随着电压的下降而减小,所以,在需要重载启动的场合,就难以发挥作用了。”
“变频器的启动过程比软启动器优越吗?”小孙问。
(a)软启动器电路(b)启动特点(c)启动电流(d)启动过程
图3-5 软启动器启动特点
变频启动的特点
“优越得多,”张老师一边找出了图3-6,一边说:“变频调速系统可以在很低频率下启动,启动时的同步转速很低,所以,转子绕组是以很低的转速切割额定磁通,也可以把启动电流限制在允许范围内,如图(b)所示。启动过程是通过逐渐增加频率来完成的,其机械特性曲线随着频率的增加而逐渐上升,启动过程极为平稳,如图(c)所示。此外,其启动转矩可以达到额定转矩的(1.8~2)倍。在用煤量不大时,还可以适当降低转速来节能,好处多着呢。”
(a)变频电路(b)变频启动的特点特点(c)变频启动过程
图3-6 变频启动的特点
小孙的笔记
1.电动机在工频电源下直接启动时的特点是:转子绕组以同步转速切割额定磁通,故:
(1)启动电流大,可能使电网电压瞬间下降。
(2)动态转矩大,启动过程快,影响机器各部件的寿命。
2.软启动器启动的特点是:转子绕组以同步转速切割较小磁通,故启动电流和动态转矩都较小,但启动转矩小,难以重载启动。
3.变频启动的特点是:转子绕组以很低转速切割额定磁通,故启动电流和动态转矩也都较小,并且启动转矩大, 能够重载启动。
楼主最近还看过