畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-交流異步電機(jī)的節(jié)能技術(shù)研究

PAGEPAGE2題目交流異步電機(jī)的節(jié)能技術(shù)研究英文題目AcInductionMotorEnergySavingTechnologyResearch系別工程技術(shù)系學(xué)生姓名專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師職稱副教授年月日交流異步電機(jī)的節(jié)能技術(shù)研究摘要：面對(duì)日益增長(zhǎng)的能源需求和能源危機(jī)，人們?cè)?jīng)提出用可再生能源來(lái)發(fā)電或通過(guò)改善發(fā)電、輸電和用電系統(tǒng)中所用設(shè)備的效率來(lái)節(jié)能。異步電機(jī)應(yīng)用范圍很廣泛，而且使用數(shù)量極大。任何顯著改善感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行效率的措施都可以幫助我們節(jié)約能源，因此，本文對(duì)電機(jī)進(jìn)行了全面的分析和研究，在電機(jī)的啟動(dòng)和控制上加以改進(jìn)。關(guān)鍵詞:能源危機(jī)，節(jié)約能源，電機(jī)啟動(dòng)和控制。Abstract:Inthefaceofgrowingenergyneedsandtheenergycrisis,itwasproposedwithrenewableenergytopowergenerationorthroughtheimprovementofpowergeneration,transmissionandpowersystemintheefficiencyofequipmentusedtoenergyconservation.Asynchronousmotorapplicationrangeisverywide,anduseanumber.Anysignificantimprovementinductionmotorefficiencymeasurescanhelpustosaveenergy,therefore,inthispaper,themotorforacomprehensiveanalysisandstudy,inthestartofthemotorcontrolandimproved.Keywords:Theenergycrisis,Savingenergy,Motorstart-upandControl.

目錄30300引言 3151101、了解電機(jī)節(jié)能概念： 4248592、節(jié)能設(shè)備改造需要的理由 418132.1、生產(chǎn)工藝普遍落后； 4120762.2、供配電系統(tǒng)運(yùn)行效率低； 41982.3、電力品質(zhì)低、電能質(zhì)量差； 598642.4、能源管理方式粗放； 5156213、異步電機(jī)軟啟動(dòng)與節(jié)能運(yùn)行技術(shù)的重要意義 571573.1、異步電機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)概述 6109723.2、直接起動(dòng)的危害 65613．3、老式降壓起動(dòng)方式的適用場(chǎng)合及性能比較 767943.4、軟啟動(dòng)器的工作方式及適用場(chǎng)合 7141173.4.1、軟啟動(dòng)的工作方式 8118573.4.2、軟起動(dòng)器的適用場(chǎng)合 10102493.5、軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器的比較 1127143.6、傳統(tǒng)啟動(dòng)與軟啟動(dòng) 12274973.7、節(jié)能運(yùn)行技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 1321523.7.1、節(jié)能運(yùn)行的基本原理 13103293.7.2、節(jié)能運(yùn)行在軟啟動(dòng)器上的實(shí)現(xiàn) 1310694、軟啟動(dòng)器的基本原理 1572724.1、電機(jī)軟啟動(dòng)器控制原理圖 15298254.2、控制原理及軟件實(shí)現(xiàn) 17240794.2.1、

軟起動(dòng)器的上電與起動(dòng)控制 1739094.2.2、

軟起動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置 18101605.結(jié)論 19146536,、參考文獻(xiàn) 205977謝辭 21

引言

人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的能源需求和能源供應(yīng)緊缺之間的矛盾使得節(jié)能成為了人們目前日益關(guān)注的焦點(diǎn)。人們?cè)啻卧噲D通過(guò)利用可再生能源來(lái)發(fā)電或通過(guò)改善發(fā)電、輸電和用電系統(tǒng)中所用設(shè)備的效率來(lái)節(jié)能，來(lái)解決這對(duì)矛盾。由于我國(guó)電機(jī)產(chǎn)品種類繁多，但效率不高。與發(fā)達(dá)國(guó)家比，平均效率低3-5個(gè)百分點(diǎn)，運(yùn)行效率低10-20個(gè)百分點(diǎn)。目前我國(guó)約有1億臺(tái)工業(yè)電機(jī)，2500萬(wàn)臺(tái)壓縮機(jī)，3000萬(wàn)臺(tái)風(fēng)機(jī)和泵。但具備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試高效電機(jī)能力的企業(yè)只有30-50家。一些工業(yè)電機(jī)系統(tǒng)用戶對(duì)電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益缺乏認(rèn)識(shí)，或?qū)M(jìn)行電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造的技術(shù)問(wèn)題存在障礙，并且缺乏有效的信息平臺(tái)分享電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能改造方面的成功經(jīng)驗(yàn)。

再說(shuō)異步電機(jī)是工業(yè)領(lǐng)域中主要的耗能設(shè)備，大約80%以上電能由異步電機(jī)所消耗。市場(chǎng)調(diào)查表明，高效電機(jī)和普通電機(jī)的銷售價(jià)格分別為70元/kw-90元/kw和約40元/kw。此外，電機(jī)系統(tǒng)效率低下，長(zhǎng)期低效率運(yùn)行。電機(jī)系統(tǒng)匹配不合理，大馬拉小車(chē)現(xiàn)象嚴(yán)重，其運(yùn)行效率并不那么令人滿意，所以，節(jié)能型異步電機(jī)的研究成為了目前電機(jī)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。在過(guò)去異步電機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要考慮的是實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的優(yōu)良性能和降低其生產(chǎn)成本。它的精度性不高，僅僅靠的是一些專業(yè)經(jīng)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使一些不可能電機(jī)節(jié)能設(shè)計(jì)和技術(shù)的新研究有了可能。然而現(xiàn)在化得社會(huì)中異步電機(jī)的節(jié)能在逐漸的提高，并且節(jié)能技術(shù)的研究有了新的突破。

1、了解電機(jī)節(jié)能概念：主要包括更新淘汰低效電機(jī)及高耗電設(shè)備；節(jié)能電機(jī)概念和技術(shù)，合理匹配電機(jī)系統(tǒng)，提高電機(jī)效率；以先進(jìn)的電力電子技術(shù)傳動(dòng)方式改造傳統(tǒng)的機(jī)械方式，實(shí)現(xiàn)被拖動(dòng)裝置控制和設(shè)備制造；推廣軟啟動(dòng)裝置、無(wú)功補(bǔ)償裝置、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)、優(yōu)化電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行和控制。2、節(jié)能設(shè)備改造需要的理由企業(yè)是否需要節(jié)能可從以下方面可以做初步判斷，也就是能源浪費(fèi)情況診斷：2.1、生產(chǎn)工藝普遍落后；在我國(guó)的工業(yè)企業(yè)中，很多技術(shù)還停留在上世紀(jì)七八十年代水平，甚至還有部分企業(yè)采用蘇聯(lián)時(shí)期的生產(chǎn)技術(shù)或工藝，特別是高耗電行業(yè)，鋼鐵、化工、建材、機(jī)械、有色金屬、紡織、石油、煤炭等行業(yè)，生產(chǎn)工藝普遍落后，產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量也相對(duì)很低，單位產(chǎn)品能耗和電耗大。2.2、供配電系統(tǒng)運(yùn)行效率低；變壓器及配電線路配置不合理工廠供配電系統(tǒng)中能耗最多的是電力變壓器及配電線路。由于市場(chǎng)需求的變動(dòng)和工廠生產(chǎn)工藝的改變，往往出現(xiàn)按設(shè)計(jì)配置的電力變壓器容量與實(shí)際如何不相匹配的情況，例如變壓器容量過(guò)大、負(fù)載率低，變壓器損耗大；配電線路粗細(xì)和長(zhǎng)短不合理、不規(guī)范，也導(dǎo)致線路損耗大幅度增加。設(shè)備配置不合理，“大馬拉小車(chē)”情況嚴(yán)重國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)用電設(shè)備多為滿負(fù)荷設(shè)計(jì)，額定功率普遍偏大，實(shí)際運(yùn)行效率低，占我國(guó)工業(yè)用電總量60%-70%的電機(jī)，通常的使用效率不到75%，“大馬拉小車(chē)”與低負(fù)荷運(yùn)行的情況相當(dāng)普遍。在此狀態(tài)下，電機(jī)消耗的電能中有相當(dāng)部分是以發(fā)熱、鐵損、銅損、噪音與振動(dòng)等形式被浪費(fèi)掉。用電設(shè)備陳舊老化目前我國(guó)工礦企業(yè)中也有不少的變壓器、電機(jī)、風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)、電焊機(jī)等通用設(shè)備是屬于六七十年代的產(chǎn)品，有的設(shè)備及供電線路非常陳舊，這些設(shè)備及供電線路在運(yùn)行時(shí)效率低、耗電多、浪費(fèi)非常大，存在著很大的節(jié)電潛力。流體設(shè)備運(yùn)行工藝不合理風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)等通用機(jī)械拖動(dòng)設(shè)備為我國(guó)最主要終端耗電設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)機(jī)和泵類設(shè)備裝機(jī)容量大1.6億千瓦，占全國(guó)用電量的20%。而此類設(shè)備大部分設(shè)計(jì)為固定功率運(yùn)行，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)所需的壓力或流量并不固定，且大多數(shù)低于電機(jī)額定功率供給的壓力或流量，電能浪費(fèi)嚴(yán)重，節(jié)電潛力大。2.3、電力品質(zhì)低、電能質(zhì)量差；瞬變電壓和浪涌電流的影響工業(yè)企業(yè)用電設(shè)備數(shù)量多、啟動(dòng)頻繁、負(fù)荷變化大，容易對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，引起瞬變電壓和浪涌電流情況嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅和影響其它設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致電機(jī)的溫升和電表轉(zhuǎn)速加快而浪費(fèi)電能，系統(tǒng)用電效率下降諧波的影響工業(yè)自動(dòng)化使用整流器、變頻器、可控硅等非線性設(shè)備，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，使系統(tǒng)電壓和電流的波形畸變，惡化電力品質(zhì)，不但增加電耗，也影響了用電安全和設(shè)備使用壽命，諧波的危害已成為電網(wǎng)最主要的公害。供電電壓不穩(wěn)定工業(yè)輸變電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷大、分布廣，用電高峰期和低谷期分布時(shí)段非常明顯，因此在用電高峰和低谷時(shí)段電壓波動(dòng)很大，都會(huì)在很大程度上浪費(fèi)電能，同時(shí)會(huì)惡化用電品質(zhì)，不但會(huì)增加了電耗，也影響到用電設(shè)備的使用壽命和用電安全。2.4、能源管理方式粗放；能效使用與供電系統(tǒng)及各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)管理、維護(hù)、檢修密不可分，而大部分企業(yè)只從保障設(shè)備能正常運(yùn)行角度對(duì)電能進(jìn)行管理，沒(méi)有從使用效率、生產(chǎn)成本和設(shè)備使用壽命等角度，對(duì)電能進(jìn)行精益管理，比如能源計(jì)量、檢測(cè)管理制度不健全，能源管理崗位不到位，職責(zé)不明確等。由于缺乏科學(xué)有效的電能利用及電能質(zhì)量管理手段，企業(yè)一般都不知道電能主要消耗在什么地方，電能質(zhì)量有沒(méi)有被污染以及污染程度有多大？不清楚什么時(shí)間消耗了多少，不明白電能浪費(fèi)的漏洞在哪里，更不清楚改善的機(jī)會(huì)有哪些，怎么樣改善。3、異步電機(jī)軟啟動(dòng)與節(jié)能運(yùn)行技術(shù)的重要意義電機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中最重要的拖動(dòng)設(shè)備之一，交流異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)及其他生產(chǎn)當(dāng)中。但電機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的電流過(guò)大，啟動(dòng)瞬間轉(zhuǎn)矩造成的機(jī)械沖擊也會(huì)影響其本身及拖動(dòng)設(shè)備的使用壽命，過(guò)大的啟動(dòng)電流還加速了電機(jī)絕緣老化。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)引起較大的電網(wǎng)壓降，影響電網(wǎng)供電和其他設(shè)備運(yùn)行。頻繁啟動(dòng)電機(jī)的場(chǎng)合，還會(huì)因電機(jī)的短路、缺相、過(guò)流、欠壓、堵轉(zhuǎn)等故障影響設(shè)備運(yùn)行。因此，宜采用軟啟動(dòng)控制技術(shù)，改善電機(jī)的不良啟動(dòng)性能，延長(zhǎng)電機(jī)壽命，減少電網(wǎng)沖擊。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，電機(jī)的用電量已占到我國(guó)發(fā)電總量的50%，研究電機(jī)節(jié)能運(yùn)行技術(shù)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。由電機(jī)學(xué)理論可知，異步電機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)載時(shí)效率最高，通?？蛇_(dá)80%左右；其負(fù)載越小，效率和功率因數(shù)就越低。多數(shù)電機(jī)，其大部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的負(fù)荷率都在50%-60%，實(shí)際運(yùn)行效率較低；而電機(jī)選型時(shí)又是按照需要的最大負(fù)載和最壞情況下所需要的功率而定的，因此在大部分時(shí)間內(nèi)，電機(jī)都運(yùn)行在效率較低的輕載情況下。在輕載情況下降低電機(jī)電壓，既提高了其運(yùn)行效率，也可以顯著節(jié)省電能。3.1、異步電機(jī)軟啟動(dòng)技術(shù)概述由于工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的不斷更新和發(fā)展，對(duì)電機(jī)的起動(dòng)性能提出了越來(lái)越高的要求，歸納起來(lái)有以下幾個(gè)方面：（1）要求電機(jī)有足夠大的，并且能平穩(wěn)提升的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和符合要求的機(jī)械特性曲線；（2）盡可能小的起動(dòng)電流；（3）起動(dòng)設(shè)備盡可能簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，起動(dòng)操作方便；（4）起動(dòng)過(guò)程中的功率損耗應(yīng)盡可能的少。根據(jù)以上相互矛盾的要求和電網(wǎng)的實(shí)際情況，通常采用的起動(dòng)方式有兩種：一種是在額定電壓下的直接起動(dòng)方式，另一種是降壓起動(dòng)方式。3.2、直接起動(dòng)的危害直接起動(dòng)是最簡(jiǎn)單的起動(dòng)方式，起動(dòng)時(shí)通過(guò)閘刀或接觸器將電機(jī)直接接到電網(wǎng)上。直接起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，起動(dòng)速度快，但是直接起動(dòng)的危害很大：（1）電網(wǎng)沖擊：過(guò)大的起動(dòng)電流（空載起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的4～7倍，帶載起動(dòng)時(shí)可達(dá)8～10倍或更大），會(huì)造成電網(wǎng)電壓下降，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，還可能使欠壓保護(hù)動(dòng)作，造成設(shè)備的有害跳閘。同時(shí)過(guò)大的起動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機(jī)壽命；（2）機(jī)械沖擊：過(guò)大的沖擊轉(zhuǎn)矩往往造成電機(jī)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)斷裂和定子端部繞組絕緣磨損，導(dǎo)致?lián)舸龣C(jī)，轉(zhuǎn)軸扭曲，聯(lián)軸節(jié)、傳動(dòng)齒輪損傷和皮帶撕裂等；（3）對(duì)生產(chǎn)機(jī)械造成沖擊：起動(dòng)過(guò)程中的壓力突變往往造成泵系統(tǒng)管道、閥門(mén)的損傷，縮短使用壽命；影響傳動(dòng)精度，甚至影響正常的過(guò)程控制。所有這些都給設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來(lái)威脅，同時(shí)也造成過(guò)大的起動(dòng)能量損耗，尤其當(dāng)頻繁起停時(shí)更是如此。因此對(duì)電機(jī)直接起動(dòng)有以下限制條件：（1）生產(chǎn)機(jī)械是否允許拖動(dòng)電機(jī)直接起動(dòng)，這是先決條件；（2）電機(jī)的容量應(yīng)不大于供電變壓器容量的10％～15％；（3）起動(dòng)過(guò)程中的電壓降△U應(yīng)不大于額定電壓的15％。對(duì)于中、大功率的電機(jī)一般都不允許直接起動(dòng)，而要求采用一定的起動(dòng)設(shè)備，方可完成正常的起動(dòng)工作。3．3、老式降壓起動(dòng)方式的適用場(chǎng)合及性能比較降壓起動(dòng)的目的是減小起動(dòng)電流，但它同時(shí)也使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降了。對(duì)于重載起動(dòng)，帶有大的峰值負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械，就不能用這種方式起動(dòng)。傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)有以下幾種方法：（1）星形/三角形轉(zhuǎn)換器：這種方法適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用△接法的電機(jī)。定子有六個(gè)接頭引出，接到轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)上，起動(dòng)時(shí)采用星形接法，起動(dòng)完畢后再切換成△接法。起動(dòng)電壓為220V，運(yùn)行電壓為380V。這種起動(dòng)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，起動(dòng)過(guò)程中消耗能量少。缺點(diǎn)是有二次電流沖擊，設(shè)備故障率高，需要經(jīng)常維護(hù)，所以不宜使用在頻繁起動(dòng)的設(shè)備上。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于瞬變電勢(shì)和電機(jī)剩磁產(chǎn)生的電勢(shì)往往與電源電壓有相位差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓相加，引起過(guò)大的沖擊電流和電磁轉(zhuǎn)矩，因此大大地限制了它的使用。由于起動(dòng)電壓為運(yùn)行電壓的1/，故其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1/3，只能用在空載或輕載（負(fù)載率小于1/3）起動(dòng)的設(shè)備。在電機(jī)輕載或空載運(yùn)行時(shí)，也可利用該起動(dòng)設(shè)備作降壓運(yùn)行，以提高電機(jī)的功率因數(shù)和效率。（2）自耦變壓器降壓起動(dòng)：三相自耦變壓器（也稱補(bǔ)償器）高壓邊接電網(wǎng)，低壓邊接電機(jī)，一般有幾個(gè)分接頭，可選擇不同的電壓比，相對(duì)于不同起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的負(fù)載。在電機(jī)起動(dòng)后再將其切除。其優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)電壓可以選擇，如0.65、0.8或0.9UN，以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。缺點(diǎn)是體積大，重量重，且要消耗較多有色金屬，故障率高，維修費(fèi)用高。(3)磁控軟起動(dòng)器：磁控軟起動(dòng)器是利用控磁限幅調(diào)壓的原理，在電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中電壓可由一個(gè)較低的值平滑地上升到全壓，使電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩勻速增加，起動(dòng)特性變軟，并可實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)。但其起控電壓在200V左右，用戶不可調(diào)整，會(huì)有較大的電流沖擊，且體積較大。(4)串聯(lián)電抗器或水電阻：對(duì)于高壓電機(jī)，可在定子線路中串聯(lián)電抗器或水電阻實(shí)現(xiàn)降壓起動(dòng)，待起動(dòng)完成后再將其切除。但電抗器成本高，水電阻損耗又大。(5)串接頻敏變阻器或水電阻：對(duì)于繞線式異步電機(jī)，可在轉(zhuǎn)子繞組串接頻敏變阻器或水電阻實(shí)現(xiàn)起動(dòng)，待起動(dòng)完成后再將其切除。但頻敏變阻器成本高，而水電阻損耗又大。其他還有延邊三角形起動(dòng)，定子串電阻起動(dòng)等方法。值得指出的是：盡管各種老式降壓起動(dòng)方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，但它們有一個(gè)共同的優(yōu)點(diǎn)：就是沒(méi)有諧波污染。3.4、軟啟動(dòng)器的工作方式及適用場(chǎng)合隨著電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)出一系列電子式起動(dòng)控制設(shè)備，用于異步電機(jī)的起動(dòng)控制，以取代傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)設(shè)備。新型的電子式軟起動(dòng)器的主電路一般都采用晶閘管調(diào)壓電路，調(diào)壓電路由六只晶閘管兩兩反向并聯(lián)組成，串接于電機(jī)的三相供電線路上。當(dāng)起動(dòng)器的微機(jī)控制系統(tǒng)接到起動(dòng)指令后，便進(jìn)行有關(guān)的計(jì)算，輸出晶閘管的觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通角α,使起動(dòng)器按所設(shè)計(jì)的模式調(diào)節(jié)輸出電壓,以控制電機(jī)的起動(dòng)過(guò)程。當(dāng)起動(dòng)過(guò)程完成后，一般起動(dòng)器將旁路接觸器吸合，短路掉所有的晶閘管主電路，使電機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行，以避免不必要的電能損耗，軟起動(dòng)器的控制框圖如圖1所示。3.4.1、軟啟動(dòng)的工作方式所謂“軟起動(dòng)”，實(shí)際上就是按照預(yù)先設(shè)定的控制模式進(jìn)行的降壓起動(dòng)過(guò)程。目前的軟起動(dòng)器一般有以下幾種起動(dòng)方式：(1)限流軟啟動(dòng)主要用于輕載啟動(dòng)。在啟動(dòng)過(guò)程中限制啟動(dòng)電流不超過(guò)某一設(shè)定值(Im)，其輸出電壓從零開(kāi)始迅速增長(zhǎng)，直到其輸出電流達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電流限值Im，然后在保持輸出電流I<Im的條件下逐漸升高電壓直到額定值，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，直到額定轉(zhuǎn)速。限流軟啟動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)電流小、對(duì)電網(wǎng)電壓影響小，且可按需要進(jìn)行調(diào)整(啟動(dòng)電流的限值Im必須根據(jù)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩來(lái)設(shè)定，Im設(shè)置過(guò)小將會(huì)使啟動(dòng)失敗或燒毀電機(jī))，缺點(diǎn)是在啟動(dòng)時(shí)難以知道啟動(dòng)壓降，不能充分利用壓降空間，損失啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。圖1軟起動(dòng)器的控制框圖(a)限流起動(dòng)(b)電壓斜坡起動(dòng)(c)轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)(d)轉(zhuǎn)矩加突跳控制起動(dòng)(2)電壓斜坡啟動(dòng)用于重載啟動(dòng)。輸出電壓由小到大斜坡線性上升，將傳統(tǒng)的降壓?jiǎn)?dòng)變有級(jí)為無(wú)級(jí)。電壓斜坡啟動(dòng)缺點(diǎn)是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，轉(zhuǎn)矩特性呈拋物線型上升，對(duì)啟動(dòng)不利，且啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)電機(jī)也不利。改進(jìn)的方法是采用雙斜坡啟動(dòng)：輸出電壓先迅速升至U1（電機(jī)啟動(dòng)所需最小轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的電壓值），然后按設(shè)定的速率逐漸升壓，直至額定電壓。初始電壓及電壓上升率可根據(jù)負(fù)載特性調(diào)整。這種啟動(dòng)方式的特點(diǎn)是啟動(dòng)電流相對(duì)較大，但啟動(dòng)時(shí)間相對(duì)較短。(3)轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)主要用于重載啟動(dòng)，它是按電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩線性上升的規(guī)律控制輸出電壓，它的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)平滑、柔性好，對(duì)拖動(dòng)系統(tǒng)有利，同時(shí)減少了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，是最優(yōu)的重載啟動(dòng)方式，其缺點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。(4)轉(zhuǎn)矩加突跳控制啟動(dòng)與轉(zhuǎn)矩控制啟動(dòng)同樣用于重載啟動(dòng)。不同的是，突跳控制在啟動(dòng)瞬間用突跳轉(zhuǎn)矩克服拖動(dòng)系統(tǒng)的靜轉(zhuǎn)矩，然后轉(zhuǎn)矩平滑上升，可縮短啟動(dòng)時(shí)間。但是，突跳會(huì)給電網(wǎng)發(fā)送尖脈沖，干擾其它負(fù)荷。(5)電壓控制啟動(dòng)用于輕載啟動(dòng)，在保證啟動(dòng)壓降的前提下使電機(jī)獲得最大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，盡可能地縮短啟動(dòng)時(shí)間，是最優(yōu)的輕載軟啟動(dòng)方式。停車(chē)方式有三種：一是自由停車(chē)，二是軟停車(chē)，三是制動(dòng)停車(chē)。軟起動(dòng)器帶來(lái)的最大好處是軟停車(chē)和制動(dòng)停車(chē)，軟停車(chē)消除了拖動(dòng)系統(tǒng)的反慣性沖擊，對(duì)于水泵就是“水錘”效應(yīng)；制動(dòng)停車(chē)則在一定場(chǎng)合代替了反接制動(dòng)停車(chē)功能。3.4.2、軟起動(dòng)器的適用場(chǎng)合(1)生產(chǎn)設(shè)備精密，不允許起動(dòng)沖擊，否則會(huì)造成生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品不良后果的場(chǎng)合；(2)電機(jī)功率較大，若直接起動(dòng)，要求主變壓器容量加大的場(chǎng)合；(3)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)要求嚴(yán)格，對(duì)壓降要求≤10％UN的供電系統(tǒng)；(4)對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高，可進(jìn)行空載或輕載起動(dòng)的設(shè)備。嚴(yán)格地講，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)當(dāng)小于額定轉(zhuǎn)矩50％的拖動(dòng)系統(tǒng)，才適合使用軟起動(dòng)器解決起動(dòng)沖擊問(wèn)題。對(duì)于需重載或滿載起動(dòng)的設(shè)備，若采用軟起動(dòng)器起動(dòng)，不但達(dá)不到減小起動(dòng)電流的目的，反而會(huì)要求增加軟起動(dòng)器晶閘管的容量，增加成本；若操作不當(dāng)，還有可能燒毀晶閘管。此時(shí)只能采用變頻軟起動(dòng)。因?yàn)檐浧饎?dòng)器調(diào)壓不調(diào)頻，轉(zhuǎn)差功率始終存在，難免產(chǎn)生過(guò)大的起動(dòng)電流；而變頻器采用調(diào)頻調(diào)壓方式，可實(shí)現(xiàn)無(wú)過(guò)流軟起動(dòng)，且可提供1.2～2倍額定轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，特別適用于重載起動(dòng)。(5)軟啟動(dòng)器的缺點(diǎn)是不能長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求很高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置上。這是因?yàn)殡姍C(jī)軟啟動(dòng)器實(shí)際上是將自身電壓斜坡式抬升至最大值，停機(jī)過(guò)程中又逐漸下降至設(shè)定的關(guān)機(jī)水平來(lái)完成工作的。由于轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，連接電機(jī)無(wú)法一開(kāi)始就達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩，因此軟啟動(dòng)器更適合于風(fēng)扇、電梯、水泵、傳送帶等輕型易啟動(dòng)設(shè)備。

3.5、軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器的比較軟起動(dòng)器與傳統(tǒng)降壓起動(dòng)器的性能比較見(jiàn)表2。3.6、傳統(tǒng)啟動(dòng)與軟啟動(dòng)異步電機(jī)的傳統(tǒng)啟動(dòng)方式有全壓?jiǎn)?dòng)、星三角降壓?jiǎn)?dòng)和自耦降壓?jiǎn)?dòng)等。前者啟動(dòng)電流大，5-7倍的啟動(dòng)電流造成能量的巨大消耗，對(duì)電網(wǎng)和變壓器也有很大沖擊，影響電機(jī)本身及控制期間的壽命；后兩者啟動(dòng)電流較小，但同樣存在沖擊電流，設(shè)備故障率較高，同時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低，啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。所謂“軟啟動(dòng)”，就是按預(yù)先設(shè)定的控制模式進(jìn)行的電機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程。交流電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流一般是額定電流的1.5倍，軟啟動(dòng)的主要目的是降低異步電機(jī)的啟動(dòng)電流，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，延長(zhǎng)電機(jī)及相關(guān)設(shè)備的使用壽命。

3.7、節(jié)能運(yùn)行技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀3.7.1、節(jié)能運(yùn)行的基本原理電機(jī)效率是電機(jī)輸出功率與輸入功率比值的百分?jǐn)?shù)。因?yàn)殡姍C(jī)的輸入功率并不僅用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、在軸上輸出功率，還有一部分成為電機(jī)的固有損耗，所以電機(jī)效率總是小于1。電機(jī)的主要損耗為鐵耗和銅耗，其中銅耗是電流經(jīng)過(guò)電機(jī)繞組產(chǎn)生，與電流平方成正比：鐵耗是電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子鐵心中的勵(lì)磁電流而產(chǎn)生，與供電電壓成正比。其他損耗很小可忽略。若電壓不變而電機(jī)負(fù)載變化，則與電壓成正比的勵(lì)磁電流基本不變，電機(jī)從電網(wǎng)吸取的無(wú)功功率Q也不變，但電機(jī)吸收的有功功率是隨負(fù)載增加而增大的。因此，電機(jī)在空載和輕載時(shí)功率因數(shù)很低，同時(shí)由于與負(fù)載電流成正比的可變損耗降低使電機(jī)的效率也大大下降。如能在負(fù)載減輕的同時(shí)，相應(yīng)降低電機(jī)端電壓，則勵(lì)磁電流隨之減小，Q下降，從而提高了功率因數(shù)；同時(shí)，定子鐵損耗下降，可較大地提高效率，達(dá)到節(jié)電的目的。3.7.2、節(jié)能運(yùn)行在軟啟動(dòng)器上的實(shí)現(xiàn)為獲得最佳的節(jié)能效果，人們提出很多電機(jī)端電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)原則，如恒功率因數(shù)控制、最小定子電流控制、最小功率因數(shù)角控制和最小定子輸入功率控制等，但最為重要的因素應(yīng)是功率因數(shù)角定義的工程實(shí)用性。異步電機(jī)通常總在全壓下運(yùn)行，電機(jī)從空載到滿載，磁場(chǎng)幾乎不變。因此磁化電流在所有負(fù)載下基本相同。當(dāng)電機(jī)工作在空載或輕載時(shí)功率因數(shù)很低，造成電機(jī)效率低。如在輕載時(shí)適當(dāng)降低端電壓，則定子電流中的無(wú)功分量將減小，從而使功率因數(shù)上升。由此可見(jiàn)，功率因數(shù)既能反映電機(jī)負(fù)載的變化，又能反映供電電壓波動(dòng)，是一個(gè)理想的控制參數(shù)。因此，恒功率因數(shù)控制成為目前在異步電機(jī)節(jié)能運(yùn)行技術(shù)中采用最多的控制策略。其原理方框圖如圖7所示。圖7

利用軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，就是單片機(jī)通過(guò)不斷檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)角（cos），并與設(shè)定的功率因數(shù)角比較，根據(jù)比較結(jié)果自動(dòng)地調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)器可控硅的導(dǎo)通角α，cos數(shù)值低表明是輕載，要降低電機(jī)的端電壓；cos數(shù)值高表明是重載，則需升高電機(jī)的電壓。如此一來(lái)，實(shí)現(xiàn)了可控硅輸出電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使電機(jī)始終工作在設(shè)定的功率因數(shù)下，減少了電機(jī)輕載運(yùn)行時(shí)的損耗，提高了電機(jī)運(yùn)行效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

4、軟啟動(dòng)器的基本原理4.1、電機(jī)軟啟動(dòng)器控制原理圖圖3軟啟動(dòng)器控制原理圖軟啟動(dòng)器的晶閘管調(diào)壓電路由6個(gè)晶閘管兩兩反向并聯(lián)組成，串接于交流異步電機(jī)的三相供電線路之上。(圖4)加入啟動(dòng)信號(hào)后，系統(tǒng)軟件首先施加若干毫秒的固定延時(shí)用于系統(tǒng)自檢，然后進(jìn)行有關(guān)計(jì)算，輸出晶閘管觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)控制晶閘管導(dǎo)通角α，使啟動(dòng)器按所設(shè)計(jì)的模式調(diào)節(jié)輸出電壓、控制電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程。啟動(dòng)過(guò)程完成后，單片機(jī)再發(fā)出控制信號(hào)，啟動(dòng)器將用于短接可控硅的旁路接觸器吸合，短路掉所有的晶閘管，使單片機(jī)控制系統(tǒng)停止工作，電機(jī)直接投入電網(wǎng)運(yùn)行，避免不必要的電能損耗。（圖4）軟起動(dòng)器是電力電子技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其電路原理如圖4所示。將三組反并聯(lián)晶閘管串接于供電電源與被控電機(jī)之間。起動(dòng)時(shí)，由電子電路控制晶閘管的導(dǎo)通角，使電機(jī)的端電壓逐漸增大，直至全電壓，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)沖擊軟起動(dòng);停機(jī)時(shí)，則控制晶閘管的關(guān)斷速度，使電機(jī)的端電壓由全電壓逐漸下降至零，實(shí)現(xiàn)軟停車(chē)，可見(jiàn)，軟起動(dòng)器實(shí)際上是一個(gè)晶閘管交流調(diào)壓器。改變晶閘管的觸發(fā)角，就可調(diào)節(jié)晶閘管調(diào)壓電路的輸出電壓。在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，軟起動(dòng)器的輸出是一個(gè)平滑的升壓過(guò)程（且可具有限流功能），直到晶閘管全導(dǎo)通，電機(jī)在額定電壓下工作。圖5是ABB

PSD系列軟啟動(dòng)器產(chǎn)品的原理圖，圖中的元件如下：E1：電路板;F6：溫度監(jiān)視器;J1–J3：連接端子;K4：繼電器，在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)動(dòng)作;K5：繼電器，在全壓狀態(tài)時(shí)（Ue=100%）動(dòng)作;K6：繼電器，故障信號(hào);T2：電流互感器;T5：控制變壓器;V1–V6：晶閘管;X1–X3：端子板。另外，根據(jù)功率范圍，還有兩組或三組風(fēng)扇作為標(biāo)準(zhǔn)配置。根據(jù)不同的應(yīng)用要求，還可選擇過(guò)載保護(hù)器。在圖1中，V2、V4、V6三只晶閘管依次對(duì)應(yīng)于U、V、W三相電源的正半周，開(kāi)通角α相同，故三相的觸發(fā)脈沖應(yīng)依次相差120o;每相的正、負(fù)半周依次分別由反并聯(lián)的兩只晶閘管觸發(fā)控制，所以同一相的兩個(gè)反并聯(lián)晶閘管觸發(fā)脈沖應(yīng)相差180o，觸發(fā)順序是V2、V5、V4、V1、V6、V3，依次相差60o。

圖5

軟啟動(dòng)器原理框圖4.2、控制原理及軟件實(shí)現(xiàn)4.2.1、

軟起動(dòng)器的上電與起動(dòng)控制軟起動(dòng)器控制回路如圖6所示。操作員首先手動(dòng)合上開(kāi)關(guān)Q50，如果沒(méi)有過(guò)載等故障并且熔絲F40正常，K51將吸合，給PLC發(fā)出“上電準(zhǔn)備好”信號(hào)，此時(shí)操作員可以在HMI畫(huà)面上給出上電命令，K51將吸合，從而K10吸合，給PLC發(fā)出“上電完成”信號(hào)，完成上電操作。起動(dòng)時(shí)，操作員從操作臺(tái)上按下起動(dòng)按鈕，電機(jī)按設(shè)定的起動(dòng)時(shí)間從低速起動(dòng)至設(shè)定值，給PLC發(fā)出“運(yùn)行”信號(hào)。抱閘風(fēng)機(jī)也與主電機(jī)同時(shí)起動(dòng)。為了保護(hù)電機(jī)和機(jī)械設(shè)備，除了必須收到“上電完成”信號(hào)，還必須滿足以下條件：無(wú)急停連鎖;潤(rùn)滑油泵運(yùn)行;潤(rùn)滑壓力達(dá)到規(guī)定值;干油泵運(yùn)行;空氣壓力達(dá)到規(guī)定值。

圖6控制回路原理圖4.2.2、

軟起動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置軟起動(dòng)器上電后，需對(duì)其有關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。對(duì)于PSD型軟起動(dòng)器來(lái)說(shuō)，主要參數(shù)及其設(shè)定范圍如下：（1）

起動(dòng)時(shí)升壓時(shí)間：0.5～60s。（2）

起動(dòng)時(shí)初始電壓：10～60%電源電壓。（3）

限流功能：2～5倍電機(jī)額定電流。（4）

停止時(shí)降壓時(shí)間：0～30s。軟起動(dòng)器在得到停止信號(hào)后，按照設(shè)定的降壓時(shí)間，輸出端由設(shè)定的級(jí)落電壓（100%～30%的電源電壓）降至初始電壓，然后即刻降到零電壓。結(jié)論能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)資源，是制約生產(chǎn)力發(fā)展的重要因素。電能是一種廣泛利用的優(yōu)質(zhì)能源，電力是工業(yè)動(dòng)力之源，電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的樞紐，當(dāng)今世界上一切電力拖動(dòng)基本上都是通過(guò)這一形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電機(jī)的廣泛應(yīng)用，近百年來(lái)使整個(gè)世界的生產(chǎn)力獲得了迅猛發(fā)展，同時(shí)它的耗電（世界各國(guó)）一直占駐國(guó)家總電量的一半以上，現(xiàn)代社會(huì)隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，運(yùn)行電機(jī)的總量還在與日俱增，更加速了電力的生產(chǎn)，加速了一次能源（煤、石油）的開(kāi)采，據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)的估計(jì)，還有一個(gè)世紀(jì)，這些有限的一次能源諸將開(kāi)采殆盡。因此，提高現(xiàn)有能源的利用效益應(yīng)成為當(dāng)今人類關(guān)注的大事。對(duì)于占駐主要耗電量的電機(jī)及其供配電系統(tǒng)的電效益的提高應(yīng)首當(dāng)重視。這方面有待國(guó)家統(tǒng)籌方略。軟起動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)