做座无刷自控电机软起动器原理及应用

无刷自控电机软起动器原理及应用

随着国民经济的发展，生产设备越来越大型化。工业领域的球磨机、破碎机、风机、水泵、打浆机、轧钢机等设备中的电动机容量越来越大。三相绕线式转子交流异步电动机因转子可外接电阻、频敏变阻器，且有较高的起动转矩、起动功率因素和较小的起动电流，故在大容量、大转矩的电机中得到广泛应用。

1 绕线电机常用起动方法和存在的主要问题

绕线电机常用的起动方法有：

A、频敏变阻起动柜：它是将绕线式电机转子回路通过滑环、碳刷引入地面的频敏变阻起动柜内，在电机起动时，串入频敏变阻器，随着电机转速的增加，转子电流频率的降低，频敏变阻阻抗逐步减少，达到连续限制电机起动电流的目的。电机起动结束后、还需通过接触器或短路环将频敏变阻短接（部分中小型电机在转子上装有短路环）。串频敏变阻器起动，由于频敏变阻器实际上是一个电感元件，它降低了电机起动时的功率因数。即如要产生电机额定转矩的起动转矩，电机起动电流须是电机额定电流的2.5倍以上。因此，它一般用在对起动转矩要求不太高的风机、水泵、空压机和球磨机电机上。它的变形产品：无刷无环起动器是将频敏变阻器直接安装在电机转子上，实现电机无刷运行。无刷无环起动器存在：（1）起动电流一经出厂，就无法调整。（2）重量是无刷自控电机软起动器的1.8倍以上，且起动器最大功率无法越过500KW。（3）电机正常运行时，频敏变阻器不短接，会产生一定的功率损耗。

B、绕线式异步电机串电阻多级起动柜，它也是将电机转子电流引入起动柜内，通过时间、电流或凸轮控制器改变电阻的大小，达到增加电机起动转矩、减少起动电流的目的。但复杂的起动控制装置，且起动过程中需频繁切换起动电阻，造成多次冲击电流，因此，它只用在对起动转矩要求特高的起重机，轧钢机等设备上。它的变型产品是：绕线式异步电动机液态电阻起动柜，它是将绕线式电机转子回路通过滑环、碳因此刷引入地面，将液体电阻串入电机的转子回路，通过伺服电机改变液体电阻的大小，达到无级连续调整电机起动转矩和起动电流的目的。它与凸轮控制器改变电阻相比，最大的优点是：无级连续调整电机电流；缺点是：常见的绕线式异步电动机液态电阻起动柜，没有考虑液体电阻对极板及其传动设备的腐蚀作用、没有考虑装置的密封和防爆、没有考虑环境温度对起动装置的影响，造成寿命低，应用范围小，不能安装在有振动的地方（如行车上）和北方的室外和造价高等缺点。

柜式起动设备均需将转子电流通过电刷、滑环、电缆等引到地面控制柜，电刷与滑环间磨下的碳粉会导致电机绝缘的降低，引发电动机故障。滑环、电刷压力弹簧锈蚀，引起电刷与滑控制器环间打火。因对电机保养提出了更高的要求。同时电机起动过程人为给定，不能适应不同负载；起动装置元器件多、二次回路复杂、故障率高、维护保养技术要求高、拖动系统综合价格高是它们共同的另一个通病。

由于上述起动装置一些无法克服的缺陷，为满足用户的要求，开发了无刷自控电机软启动器。

2 无刷自控电机软起动器工作原理及结构特点

2.1无刷自控电机软起动器简介

无刷自控电机软起动器是将起动电阻直接安装在电动机的转轴上，利用电机旋转时产生的离心力作为动力，控制电阻的大小，达到减少电机起动电流、增加起动转矩，使绕线式异步电动机实现无刷自控运行的装置。它主要由机壳、电解液、动极板、弹簧、接线柱、安全阀、排气阀等构成。它的内部原理结构简图如图1所示，当电机起动时，一方面，随着电机转速的升高，动极板在离心力的作用下，逐步靠近机壳，串入电机转子内的电阻逐步减少，并在达到额定转速时，与外壳短接，电阻降为零；另一方面，动极板与机壳间的水电阻，因通过电流而发热，在水电阻负温度特性的作用下，电阻也会逐步减例如铝合金、镁合金、碳纤维等复合材料的采取少。在上述两方面的作用下，使电动机以恒定电流、恒定转矩起动。

2.2无刷自控电机软起动器工作原理

无刷自控电机软起动器控制原理如图2所示，它与绕线式交流异步电动机转子串入可变电阻相当。在电机起动过程中，水电阻大小通过下述方法火焰高度方便调理进行调节：

a） 改变极板的距离：随着电机转速的升高，离心力加大，水电阻极板距离逐步减少，并在电机转速达到电机额定转速经过一段延时后，将水电阻极板距离降为零。

b） 改变水电阻的温度：水电阻通过电流后温度自动升高，在水电阻负温度特性的作用下，电阻逐步减少。

2.3无刷自控电机软起动器结构特点

为保证水电阻能在电机转子上长期免维护运行，无刷自控电机软起动器在整体设计上应用了以下技术：

1、选用具有下述特性的电解液为水电阻：A、对金属（铜和钢）具有防锈作用；B、通过大电流后，不发生电解液变质、极板腐蚀、产生气体的化学反应；C、电解液的冰点为-25℃，沸点为120℃，以满足不同环境下安全工作的要求。2、起动器采用金属全密封结构，尽可能减少密封面数量。3、设置安全排气阀，在电机转速达到额定转速后，自动打开排气阀，保证正常运行时，起动器内部的压力与大气压一致；同时，为避免因电机长时间堵转，