交流异步电机软起动及优化节能控制技术研究15页word.docx

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交流异步电机软起动及优化节能控制技术研究

观察内容的选择，我本着先静后动，由近及远的原则，有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的，能理解的观察内容。

随机观察也是不可少的，是相当有趣的，如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等，孩子一边观察，一边提问，兴趣很浓。

我提供的观察对象，注意形象逼真，色彩鲜明，大小适中，引导幼儿多角度多层面地进行观察，保证每个幼儿看得到，看得清。

看得清才能说得正确。

在观察过程中指导。

我注意帮助幼儿学习正确的观察方法，即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察，观察与说话相结合，在观察中积累词汇，理解词汇，如一次我抓住时机，引导幼儿观察雷雨，雷雨前天空急剧变化，乌云密布，我问幼儿乌云是什么样子的，有的孩子说：

乌云像大海的波浪。

有的孩子说“乌云跑得飞快。

”我加以肯定说“这是乌云滚滚。

”当幼儿看到闪电时，我告诉他“这叫电光闪闪。

”接着幼儿听到雷声惊叫起来，我抓住时机说：

“这就是雷声隆隆。

”一会儿下起了大雨，我问：

“雨下得怎样?

”幼儿说大极了，我就舀一盆水往下一倒，作比较观察，让幼儿掌握“倾盆大雨”这个词。

雨后，我又带幼儿观察晴朗的天空，朗诵自编的一首儿歌：

“蓝天高，白云飘，鸟儿飞，树儿摇，太阳公公咪咪笑。

”这样抓住特征见景生情，幼儿不仅印象深刻，对雷雨前后气象变化的词语学得快，记得牢，而且会应用。

我还在观察的基础上，引导幼儿联想，让他们与以往学的词语、生活经验联系起来，在发展想象力中发展语言。

如啄木鸟的嘴是长长的，尖尖的，硬硬的，像医生用的手术刀―样，给大树开刀治病。

通过联想，幼儿能够生动形象地描述观察对象。

摘 要：

本文对交流异步电动机的软起动和优化节能运行问题作了全面的分析和研究，提出了异步电动机起动和运行的综合控制方案。

并研制成功了智能马达优化控制器（IMOC）。

唐宋或更早之前，针对“经学”“律学”“算学”和“书学”各科目，其相应传授者称为“博士”，这与当今“博士”含义已经相去甚远。

而对那些特别讲授“武事”或讲解“经籍”者，又称“讲师”。

“教授”和“助教”均原为学官称谓。

前者始于宋，乃“宗学”“律学”“医学”“武学”等科目的讲授者；而后者则于西晋武帝时代即已设立了，主要协助国子、博士培养生徒。

“助教”在古代不仅要作入流的学问，其教书育人的职责也十分明晰。

唐代国子学、太学等所设之“助教”一席，也是当朝打眼的学官。

至明清两代，只设国子监（国子学）一科的“助教”，其身价不谓显赫，也称得上朝廷要员。

至此，无论是“博士”“讲师”，还是“教授”“助教”，其今日教师应具有的基本概念都具有了。

关键词：

异步电动机 软起动 节能运行 智能马达优化控制器。

与当今“教师”一称最接近的“老师”概念，最早也要追溯至宋元时期。

金代元好问《示侄孙伯安》诗云：

“伯安入小学，颖悟非凡貌，属句有夙性，说字惊老师。

”于是看，宋元时期小学教师被称为“老师”有案可稽。

清代称主考官也为“老师”，而一般学堂里的先生则称为“教师”或“教习”。

可见，“教师”一说是比较晚的事了。

如今体会，“教师”的含义比之“老师”一说，具有资历和学识程度上较低一些的差别。

辛亥革命后，教师与其他官员一样依法令任命，故又称“教师”为“教员”。

1 前 言

   目前在工矿企业中使用着大量的交流异步电动机（包括380V/660V低压电动机和3KV/6KV中压电动机），有相当多的异步电动机及其拖动系统还处于非经济运行的状态，白白地浪费掉大量的电能。

究其原因，大致是由以下几种情况造成的：

①由于大部分电机采用直接起动方式，除了造成对电网及拖动系统的冲击和事故之外，8~10倍的起动电流造成巨大的能量损耗。

②在进行电动机容量选配时，往往片面追求大的安全余量，且层层加码，结果使电动机容量过大，造成“大马拉小车”的现象，导致电动机偏离最佳工况点，运行效率和功率因数降低。

③从电动机拖动的生产机械自身的运行经济性考虑，往往要求电力拖动系统具有变压、变速调节能力，若用定速定压拖动，势必造成大量的额外电能损失。

   电动机的非经济运行情况，早已引起国家有关部门的重视，并分别于1990年和1995年制定和修定了一个强制性的国家标准：

《三相异步电动机经济运行》（GB12497-1995）。

希望依此来规范三相异步电动机的经济运行，国标的发布对低压电动机的经济运行起了很大的促进作用，但对中压电动机则收效甚微。

其原因是：

（1）中压电动机一般容量较大，一旦发生故障，其影响也大，因此对节电措施的可靠性的要求就更高；

（2）中压电动机节电措施受电力电子功率器件耐压水平的限制，节电产品的开发在技术上难度更大一些。

  到目前为上，国内尚无成型的中压电动机软起动和节电运行的产品面市。

2 异步电动机的软起动

  由于工业生产机械的不断更新和发展，对电动机的起动性能提出了越来越高的要求，归纳起来有以下几个方面：

①要求电动机有足够大的，并且能平稳提升的起动转矩和符合要求的机械特性曲线；②尽可能小的起动电流；③起动设备尽可能简单、经济、可靠，起动操作方便；④起动过程中的功率消耗应尽可能的少。

根据以上相互矛盾的要求和电网的实际情况，通常采用的起动方式有两种：

一种是在额定电压下的直接起动方式，另一种是降压起动方式。

2.1 直接起动的危害

   直接起动是最简单的起动方式，起动时通过闸刀或接触器将电动机直接接到电网上。

直接起动的优点是起动设备简单，起动速度快。

但是直接起动的危害很大；

①电网冲击：

过大的起动电流（空载起动电流可达额定电流的4~7倍，带载起动时可达8~10倍或更大），会造成电网电压下降，影响其他用电设备的正常运行，还可能使欠压保护动作，造成设备的有害跳闸。

同时过大的起动电流会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命。

②机械冲击：

过大的冲击转矩往往造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绕组绝缘磨损，导致击穿烧机；转轴扭曲，联轴节、传动齿轮损伤和皮带撕裂等。

③对生产机械造成冲击：

起动过程中的压力突变往往造成泵系统管道、阀门的损伤，缩短使用寿命；影响传动精度，甚至影响正常的过程控制。

   所有这些都给设备的安全可靠运行带来威胁，同时也造成过大的起动能量损耗，尤其当频繁起停时更是如此。

因此对电动机直接起动有以下限制条件：

①生产机械是否允许拖动电动机直接起动，这是先决条件；

②电动机的容量应不大于供电变压器容量的10~15%；

③起动过程中的电压降△U应不大于额定电压的15%。

对于中、大功率的电动机一般都不允许直接起动，而要求采用一定的起动设备，方可完成正常的起动工作。

2.2 老式降压起动方式的适用场合及性能比较：

   降压起动的目的是减小起动电流，但它同时也使起动转矩下降了。

对于重载起动，带有大的峰值负载的生产机械，就不能用这种方式起动。

传统的降压起动有以下几种方法：

（1）星形/三角形转换器：

这种方法适用于正常运行时定子绕组采用△接法的电动机。

定子有六个接头引出，接到转换开关上，起动时采用星形接法，起动完毕后再切换成△接法。

起动电压为220V，运行电压为380V。

这种起动设备的优点是起动设备简单，起动过程中消耗能量少。

缺点是有二次电流冲击，设备故障率高，需要经常维护，所以不宜使用在频繁起动的设备上。

在转换过程中，由于瞬变电势和电动机剩磁产生的电势往往与电源电压有相位差，严重时会产生电压相加，引起过大的冲击电流和电磁转矩，因此大大地限制了它的使用。

由于起动电压为运行电压的，故其起动转矩为额定转矩的1/3，只能用在空载或轻载（负载率小于1/3）起动的设备。

在电动机轻载或空载运行时，也可利用该起动设备作降压运行，以提高电动机的功率因数和效率。

（2）自耦变压器降压起动：

三相自耦变压器（也称补偿器）高压边接电网，低压边接电动机，一般有几个分接头，可选择不同的电压比，相对于不同起动转矩的负载。

在电动机起动后再将其切除。

其优点是起动电压可以选择，如0.65、0.8或0.9UN，以适应不同负载的要求。

缺点是体积大，重量重，且要消耗较多有色金属，故障率高，维修费用高。

（3）磁控软起动器：

磁控软起动器是利用控磁限幅调压的原理，在电动机起动过程中电压可由一个较低的值平滑地上升到全压，使电动机轴上的转矩匀速增加，起动特性变软，并可实现软停车。

但其起控电压在200V左右，用户不可调整，会有较大的电流冲击，且体积较大。

（4）对于高压电机，可在定子线路中串联电抗器或水电阻实现降压起动，待起动完成后再将其切除。

但电抗器成本高，水电阻损耗又大。

（5）对于绕线式异步电动机，可在转子绕组串接频敏变阻器或水电阻实现起动，待起动完成后再将其切除。

但频敏变阻器成本高，而水电阻损耗又大。

其他还有延边三角形起动，定子串电阻起动等方法。

   值得指出的是：

尽管各种老式降压起动方法各有其优缺点，但它们有一个共同的优点：

就是没有谐波污染。

2.3 新型的电子式软起动器

   随着电力电子技术和微机控制技术的发展，国内外相继开发出一系列电子式起动控制设备，用于异步电动机的起动控制，以取代传统的降压起动设备。

新型的电子式软起动器的主回路一般都采用晶闸管调压电路，调压电路由六只晶闸管两两反向并联组成，串接于电动机的三相供电线路上。

当起动器的微机控制系统接到起动指令后，便进行有关的计算，输出晶闸管的触发信号，通过控制晶闸管的异通角β,使起动器按所设计的模式调节输出电压,以控制电动机的起动过程。

当起动过程完成后，一般起动器将旁路接触器吸合，短路掉所有的晶闸管，使电动机直接投入电网运行，以避免不必要的电能损耗，软起动器的控制框图如图1所示。

图1 软起动器的控制框图

所谓“软起动”，实际上就是按照预先设定的控制模式进行的降压起动过程。

目前的软起动器一般有以下几种起动方式：

（1）限流软起动：

限流起动顾名思义就是在电动机的起动过程中限制其起动电流不超过某一设定值（Im）的软起动方式。

主要用在轻载起动的负载的降压起动，其输出电压从零开始迅速增长，直到其输出电流达到预先设定的电流限值Im，然后在保持输出电流I

  这种起动方式的优点是起动电流小，且可按需要调整，（起动电流的限值Im必须根据电动机的起动转矩来设定，Im设置过小，将会使起动失败或烧毁电机。

）对电网电压影响小。

其缺点是在起动时难以知道起动压降，不能充分利用压降空间，损失起动转矩，起动时间相对较长。

（2）电压钭坡起动：

输出电压由小到大钭坡线性上升，将传统的降压起动变有级为无级，主要用在重载起动。

它的缺点是起动转矩小，且转矩特性呈抛物线型上升对起动不利，且起动时间长，对电机不利。

改进的方法是采用双钭坡起动：

输出电压先迅速升至U1，U1为电动机起动所需的最小转矩所对应的电压值，然后按设定的速率逐渐升压，直至达到额定电压。

初始电压及电压上升率可根据负载特性调整。

这种起动方式的特点是起动电流相对较大，但起动时间相对较短，适用于重载起动的电机。

（3）转矩控制起动：

主要用在重载起动，它是按电动机的起动转矩线性上升的规律控制输出电压，它的优点是起动平滑、柔性好，对拖动系统有利，同时减少对电网的冲击，是最优的重载起动方式。

它的缺点是起动时间较长。

（4）转矩加突跳控制起动与转矩控制起动一样也是用在重载起动的场合。

所不同的是在起动的瞬间用突跳转矩，克服拖动系统的静转矩，然后转矩平滑上升，可缩短起动时间。

但是，突跳会给电网发送尖脉冲，干扰其它负荷，使用时应特别注意。

（5）电压控制起动是用在轻载起动的场合，在保证起动压降的前提下使电动机获得最大的起动转矩，尽可能地缩短起动时间，是最优的轻载软起动方式。

各种软起动方式的相应起动曲线见图2。

图2 各种软起动波形图 

停车方式有三种：

一是自由停车，二是软停车，三是制动停车。