無刷自控軟起動(dòng)器起源及發(fā)展

1、1無刷自控軟起動(dòng)器起源及發(fā)展無刷自控軟起動(dòng)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?shí)現(xiàn)繞線電機(jī)無刷運(yùn)行，所采取的措施和步驟及每一個(gè)步驟所帶來的技術(shù)進(jìn)步。特別是無刷自控電機(jī)軟起動(dòng)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(jī)軟起動(dòng)器有一個(gè)全面的了解和認(rèn)識(shí)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：軟起動(dòng)器起動(dòng)電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)比1無刷自控繞線電機(jī)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(dòng)機(jī)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(jī)的起動(dòng)電流，還能增加電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)時(shí)的功率因素，使電機(jī)起動(dòng)比接近1（轉(zhuǎn)子串電阻和反電勢時(shí)，起動(dòng)比接近1，串頻敏變阻器時(shí)，起動(dòng)比最高可以達(dá)到0.55，而普通的鼠籠型電機(jī)起動(dòng)比小于0.2）。因此，三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動(dòng)機(jī)在大容量、大轉(zhuǎn)矩的機(jī)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(dòng)機(jī)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(yùn)行維護(hù)

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(jī)的效率；（3）電刷與滑環(huán)間磨下的碳粉會(huì)導(dǎo)致電機(jī)絕緣的降低，引發(fā)電動(dòng)機(jī)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(dòng)系統(tǒng)可靠性降低，運(yùn)行維護(hù)工作量增大。因此，自三相繞線式轉(zhuǎn)子交流異步電動(dòng)機(jī)誕生開始，人們就一直探索無刷運(yùn)行。1深槽或雙鼠籠電機(jī)深槽或雙鼠籠電機(jī)從三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性可以知道，適當(dāng)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能。在普通鼠籠

4、電機(jī)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(jī)啟動(dòng)時(shí)，頻率較高，深槽部分漏磁通多，阻抗大，出現(xiàn)啟動(dòng)電流較小的“集膚效應(yīng)”現(xiàn)象，制成深槽或雙鼠籠電機(jī)，來達(dá)到改善電機(jī)啟動(dòng)性能的目的。由于它人為地增加了電機(jī)轉(zhuǎn)子漏抗和轉(zhuǎn)子電阻，電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、正常運(yùn)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(jī)是靠犧牲電機(jī)的運(yùn)行性能來換取電機(jī)的啟動(dòng)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(jī)容量較少的場合，如油田的抽油機(jī)等。2雙繞組電機(jī)雙繞組電機(jī)《中小型電機(jī)》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(dòng)機(jī)”（簡稱：雙繞組電機(jī)）。它是利用兩套定子繞組和兩套轉(zhuǎn)子繞組的方法實(shí)現(xiàn)無刷運(yùn)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(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、減少啟動(dòng)電流；根除繞線電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)用戶的成本和維護(hù)工作量；C、開發(fā)該電機(jī)需重新設(shè)計(jì)、制造電機(jī)外殼和轉(zhuǎn)軸，增加了電機(jī)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(huì)造成電機(jī)不能正常工作，甚至短路等損壞電機(jī)事故；E、人工通過控制開關(guān)改變啟動(dòng)過程中的電機(jī)輸入電源的相位，達(dá)到減少啟動(dòng)電流、增加啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。

7、由于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間很短（約310秒），在這個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)，由人工通過控制開關(guān)切換電機(jī)的六個(gè)檔位，很難保證控制狀態(tài)處于最佳：即很難保證在啟動(dòng)過程中，電機(jī)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(dòng)電阻需多級短接才能保證電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能；2、大容量電機(jī)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(jī)上應(yīng)用。5.無刷自控電機(jī)軟啟動(dòng)器無刷自控電機(jī)軟啟動(dòng)器2003年，作者申請了無刷自控電機(jī)軟啟動(dòng)器無

8、刷自控電機(jī)軟啟動(dòng)器發(fā)明專利（專利號(hào)為：031128092）。無刷自控電機(jī)軟啟動(dòng)器無刷自控電機(jī)軟啟動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖4所示，它是為大中型電機(jī)啟動(dòng)而設(shè)計(jì)的。它的控制原理與繞線電機(jī)液態(tài)電阻起動(dòng)柜相當(dāng)，所不同的是，將起動(dòng)電阻直接安裝在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力作為動(dòng)力，控制起動(dòng)電阻的大小，達(dá)到減少電機(jī)起動(dòng)電流、增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使繞線式異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無刷自控運(yùn)行的裝置。它主要由機(jī)殼、電解液、動(dòng)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(jī)起動(dòng)時(shí)，一方面，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，動(dòng)極板在離心力的作用下，逐步靠近機(jī)殼，串入電機(jī)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(shí)，與外殼短接，電阻降為零；另一方面，動(dòng)極板與機(jī)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(huì)逐步減少。在電機(jī)轉(zhuǎn)速和溫度兩方面的作用下，使電動(dòng)機(jī)以近似于恒定電流、恒定轉(zhuǎn)矩起動(dòng)。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(shí)，會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，從而縮短了無刷自控軟啟動(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)軸速度，當(dāng)排氣閥打開后，液體會(huì)因轉(zhuǎn)速未達(dá)到“離心”狀態(tài)，液體會(huì)從排氣孔噴出。3、大型電機(jī)如啟動(dòng)失?。ǘ罗D(zhuǎn)），會(huì)產(chǎn)生數(shù)千千瓦的功率，僅靠安全閥和排氣閥無法及時(shí)排出產(chǎn)生的大量蒸汽，會(huì)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(jī)軟起動(dòng)器無刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器2008年，作者為克服無刷自控

11、電機(jī)軟啟動(dòng)器無刷自控電機(jī)軟啟動(dòng)器的不足，申請了無刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器無刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器實(shí)用新型專利（專利號(hào)為：200820172688.7）。無刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器無刷自控電機(jī)軟起動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖5所示，它由圓柱型外殼(1)、彈簧(2)、動(dòng)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(dòng)短接裝置等構(gòu)成。動(dòng)極板(4)滑配在外殼(1)的中心立柱上，動(dòng)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(jī)軟起動(dòng)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(dòng)聯(lián)接，雙輪與動(dòng)極板滾動(dòng)聯(lián)接。導(dǎo)軌由一個(gè)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(jī)啟動(dòng)時(shí)，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，雙輪和軸承產(chǎn)生的離心力逐步升高，通