[发明专利]一种大功率电机启动系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机启动系统和方法，尤其涉及一种大功率电机启动系统和方法。

 

背景技术

三相异步电机的启动，尤其是大功率、重负载的电机的直接启动会产生大的转矩冲击和电流冲击（一般能达到额定电流的4～7倍，甚至更高），过大的冲击会对电机、配电设备、其他电器设备、变压器、电网产生严重影响。主要影响如下： （1）影响电网稳定，①超大型电机直接起动的大电流对电网的冲击几乎类似于三相短路对电网的冲击，常常会引发功率振荡，使电网失去稳定；②起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。（2）影响同电网其它设备的正常运行，交流电机在全压直接起动时，起动电流会达到额定电流的4～7倍或更高，当电机的容量相对较大时，该起动电流会引起电网电压的急剧下降，进而影响同电网其它设备的正常运行。（3）对电机绝缘造成伤害，降低电机寿命，①大电流产生的焦耳热反复作用于导线外绝缘，使绝缘加速老化、寿命降低；②大电流产生的机械力使导线相互摩擦，降低绝缘寿命；③高压开关合闸时触头的抖动现象会在电机定子绕组上产生操作过电压，有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。（4）对电机的机械部件造成伤害，大电流在电机定子线圈和转子鼠笼条上产生很大的冲击力，会造成夹紧松动、线圈变形、鼠笼条断裂等故障。（5）对负载设备造成伤害，全压直接起动时的起动转矩大约为额定转矩的2倍，这么大的力矩突然加在静止的机械设备上，会加速齿轮磨损甚至打齿、加速皮带磨损甚至拉断皮带、加速风叶疲劳甚至折断风叶等等。为消除电机直接启动造成的不良影响，现在采用的电机启动方式有硬启动和软启动。硬启动（星/三角换接起动和自耦变压器降压起动等）为跳跃式启动，虽然这两种起动方式均可降低起动电流，但是在降压起动过程完成后的分档投切和加全压的瞬间，仍将产生数倍额定电流的尖峰电流形成二次冲击电流），此电流将对配电系统造成冲击，同时产生的破坏性的动态转矩会引起水泵电机的机械震动，对电机的转子、中间齿轮等非常有害，并使供电线路电耗增大，现已基本不使用。

软启动（平滑启动）现应用最为广泛，包括：晶闸管软启动、变频软启动、液阻软启动。液阻软启动的缺点是体积大、自身损耗、维护量高等。

变频器在工作中由于整流和变频，会产生谐波和干扰电磁波会影响电网和电子设备运行，特别是用于大功率电机的变频器。例如：（1）增加了电网中产生谐振的可能性，从而造成很高的过电流或过电压而引发事故的危险性。（2）增加附加损耗，如电流谐波将会使变压器的铜损增加。电压谐波将增加铁损。（3）使电气设备（如电动机、电容器、变压器等）使用不正常，产生发热损耗、机械震动、噪音、输出功率损耗；从而导致电机过热，加速绝缘老化，从而缩短它们的使用寿命。（4）使测量和计量仪器、仪表、自动装置、计算机系统，以及许多用电设备运转不正常，影响设备测量精度，出现误动作或误差，使机械产品加工质量降低。（5）干扰通信系统，降低信号的传输质量，破坏信号的正常传递，甚至损坏通信设备。（6）某些情况下，它不仅产生谐波，而且还引起供电电压波动和闪变，甚至引起三相电压不平衡，会危及电网安全经济运行，并影响电气设备的正常使用。

变频器还有故障率较高、电子零部件易损坏、使用环境要求高等不足之处。如（1）变频器内部是大功率的电子元件，极易受到工作温度的影响，产品一般要求为0～55℃，但为了保证工作安全、可靠，使用时应考虑留有余地，最好控制在40℃以下。在控制箱中，变频器一般应安装在箱体上部，并严格遵守产品说明书中的安装要求，绝对不允许把发热元件或易发热的元件紧靠变频器的底部安装。（2）温度太高且温度变化较大时，变频器内部易出现结露现象，其绝缘性能就会大大降低，甚至可能引发短路事故。必要时，必须在箱中增加干燥剂和加热器。（3）使用环境如果腐蚀性气体浓度大，不仅会腐蚀元器件的引线、印刷电路板等，而且还会加速塑料器件的老化，降低绝缘性能，在这种情况下，应把控制箱制成封闭式结构，并进行换气。（4）装有变频器的控制柜受到机械振动和冲击时，会引起电气接触不良。这时除了提高控制柜的机械强度、远离振动源和冲击源外，还应使用抗震橡皮垫固定控制柜外和内电磁开关之类产生振动的元器件。设备运行一段时间后，应对其进行检查和维护。因此为了保证变频器的可靠运行，往往还需要设置专用的变频机机房。